CN205091401U - 一种变压器绕组振动频响测试系统 - Google Patents

Abstract

一种变压器绕组振动频响测试系统，其特征在于，设有一振动加速度传感器放置于变压器油箱壁上，并设有电流互感器与变压器连接，振动加速度传感器与电流互感器分别连接到信号采集模块，信号采集模块分别连接信号分析显示终端、信号控制模块，信号控制模块连接恒流变频激振电源，设有励磁变压器分别与恒流变频激振电源和变压器相连接。本实用新型的有益效果是：其检测的准确性和有效性都有显著提高；此外，本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，从而能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，大大降低了变压器的故障损坏率，同时延长了变压器的寿命。

Description

一种变压器绕组振动频响测试系统

技术领域

本实用新型设计涉及一种信号监测系统，尤其是涉及一种变压器绕组振动频响特性的检测系统。

背景技术

电力变压器是电力系统各种设备中最重要且贵重的关键设备之一，其运行的稳定性对电网的安全可靠运行影响重大。目前变电站设备及线路的运行环境始终不容乐观，变压器在长期连续运行过程中，不可避免地会发生各种形式的故障。除了会可能导致大面积停电外，还会有较高的检修费用，直接和间接经济损失巨大。此外，变压器出口短路形成的冲击电流所产生的巨大电磁作用力，会对变压器绕组的机械强度和动稳定性构成严重威胁。若不及时对故障变压器进行维修，不仅会损害变压器，更会对电网的正常运行造成影响，甚至导致电力系统崩溃。

变压器突发短路故障时，其绕组内会流过较大短路电流，在漏磁场的作用下对绕组产生较大电动力，进而导致绕组发生松动或变形。现有研究表明，变压器绕组变形具有累积效应，若不及时发现并修复松动或轻微变形故障，则当绕组松动或变形积累到一定程度后，会使变压器的抗短路能力大幅下降，较易引发重大事故。同时，绕组的松动或变形还会导致线圈内部局部绝缘距离发生变化，使局部出现绝缘薄弱点。当遇到过电压时，绕组可能发生饼间或匝间短路，或者由于局部场强增大而引起局部放电，随着绝缘损伤部位的逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故，进而进一步扩大事态。因此，在运行过程中，当变压器经历了外部短路事故或进行常规检修时，如何有效诊断变压器绕组是否存在松动或变形，进而判断变压器是否需要进行检修处理是保障变压器安全运行的重要措施。

变压器绕组变形检测是目前变压器的常规试验项目之一，最常用的检测方法主要有两种：一是短路阻抗法，由于变压器的短路阻抗反映的主要是变压器绕组的漏抗，而变压器漏抗由绕组结构决定，一旦变压器绕组发生松动或变形，变压器的漏抗也会发生相应改变，因此，通过对变压器的短路阻抗进行检测可间接反映变压器绕组是否发生了松动或变形，但该方法灵敏度较低，故障检出率较低，只能在变压器线圈整体变形较为严重时得到较为准确的诊断结果。二是频响法，将变压器绕组视为分布参数网络，并在频域由传递函数描述其特性，当绕组发生局部机械变形后，其分布参数发生相应变化，进而改变网络传递函数，因此，通过分析变压器绕组的网络传递函数曲线可对网络电参数进行分析，从而推断出变压器绕组是否发生松动或变形，但该方法的频响波形较为复杂，对绕组状况进行判断需要较多经验，难以形成明确的定量判据。

若将变压器绕组看作一个机械结构体，则当绕组结构或受力发生任何变化时，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映。鉴于变压器短路时的箱壁振动信号主要由绕组振动产生，因此，通过给变压器绕组注入频率和幅值已知的激励信号并采集变压器箱壁表面的振动信号，根据变压器的振动频响特性来对变压器绕组状态进行识别，可及时发现变压器运行过程中的绕组松动或变形等早期故障隐患，便于及时采取有效措施，提高变压器及电力系统运行的可靠性和安全性。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种变压器绕组振动频响测试系统，该检测系统应该能够对变压器绕组的电流和振动信号进行测试分析，从而实现对变压器绕组状态的高效、准确判断。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种变压器绕组振动频响测试系统：本发明设有一振动加速度传感器放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；并设有电流传感器与变压器连接，用于检测变压器的三相电流信号；)振动加速度传感器与电流传感器分别连接到信号采集模块，以接收所述振动加速度传感器电流传感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；信号采集模块分别连接信号分析显示终端、信号控制模块，以接收信号采集模块传输的数据和信号；信号控制模块连接恒流变频激振电源，以接收信号控制模块传输的数据和信号；设有励磁变压器分别与恒流变频激振电源和变压器相连接。

本实用新型所述信号采集模块包括：

振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

通信芯片，其与所述信号分析显示终端连接。

本实用新型发明所述的信号采集模块与所述的信号分析显示终端之间通过以太网连接。

本实用新型所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接。

本实用新型的有益效果是：

也就是说，本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统通过检测变压器箱壁的振动信号和变压器绕组的注入电流信号，分析和判断变压器绕组的振动频响特性，对变压器的绕组状态进行检测，其检测的准确性和有效性都有显著提高；此外，本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，从而能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，大大降低了变压器的故障损坏率，同时延长了变压器的寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统做进一步的详细说明；

图1是本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统在一种实施方式下的结构示意框图。

具体实施方式

见图1，一种变压器绕组振动频响测试系统：本发明设有一振动加速度传感器放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；并设有电流传感器与变压器连接，用于检测变压器的三相电流信号；)振动加速度传感器与电流传感器分别连接到信号采集模块，以接收所述振动加速度传感器电流传感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；信号采集模块分别连接信号分析显示终端、信号控制模块，以接收信号采集模块传输的数据和信号；信号控制模块连接恒流变频激振电源，以接收信号控制模块传输的数据和信号；设有励磁变压器分别与恒流变频激振电源和变压器相连接。

本发明所述信号采集模块包括：

振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

通信芯片，其与所述信号分析显示终端连接。

本发明所述的信号采集模块与所述的信号分析显示终端之间通过以太网连接。

本发明所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接。

本发明实施例以某电力公司的220kV变压器为试验对象进行检测。

图1显示了本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统在本实施例中的结构。如图1所示，振动加速度传感器放置于变压器箱壁上，以检测变压器的振动信号；电流传感器用以检测变压器绕组的注入电流。信号采集模块与振动加速度传感器和电流传感器分别连接，并接收振动加速度传感器和电流传感器分别传输的振动信号和电流信号，并对振动信号和电流信号分别进行抗混叠滤波和放大。信号分析显示终端与信号采集模块连接，以接收信号采集模块传输的数据和信号。信号控制模块分别与数据采集模块、信号分析显示终端连接，以接收数据采集模块、信号分析显示终端传输的数据和信号。恒流变频激振电源与信号控制模块连接，以接收信号控制模块传输的数据和信号。励磁变压器分别与恒流变频激振电源和变压器相连接。其中，信号采集模块包括：振动信号调理芯片，其与振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行抗混叠滤波和放大；电流信号调理芯片，其与电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对电流信号进行抗混叠滤波和放大；通信芯片，其与信号分析显示终端通过以太网连接。

上述变压器绕组振动频响检测系统按照下列步骤判断该变压器绕组的工作状态：

(1)将振动加速度传感器设置在变压器箱壁上，实时采集变压器箱壁的振动信号；采用电流传感器采集注入到变压器绕组的电流信号；此处，共放置8路振动加速度传感器；

(2)将采集到的振动信号、和电流信号传输至信号采集模块，信号采集模块分别对振动信号和电流信号进行抗混叠滤波和放大，然后将这些信号通过以太网传输至信号控制模块和信号分析显示终端；信号控制模块设定并传输恒流信号及起始频率至恒流变频激振电源；恒流变频激振电源输出恒流变频信号经励磁变压器后注入变压器绕组；信号分析显示终端根据变压器箱壁的振动信号计算绕组的振动频响函数；

信号控制模块判断可控恒流扫频电源输出的恒流信号频率是否大于设置的终止频率，若是则增加频率继续进行试验，若否则停止试验；

(3)信号分析显示终端对所述的8个测点的绕组振动频响曲线的通频带能量的平均值进行计算，所述的8个测点的振动频响曲线的同频带能量的平均值的计算方法为：

3a.对8个测点的振动频响曲线分别进行归一化处理，所述的归一化公式为：

$C_k\left(x\right)=\frac{{\hat{C}}_k\left(x\right)-U_k}{{\mathrm{\δ}}_k},k=1,2,...,N$

$U_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\hat{C}}_k\left(x\right)$

${\mathrm{\δ}}_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left({\hat{C}}_k\right(x)-U_k)}^2$

式中，为待归一化的振动频响曲线；U_i为待归一化的振动频响曲线均值；δ_i为待归一化的振动频响曲线方差；N为振动频响曲线长度，此处，N＝266；

3b.分别计算归一化后8个测点的振动频响曲线的通频带能量，所述的第i个测点的通频带能量计算公式为

${\mathrm{TE}}_i=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{C}_{i,k}^2\left(x\right)/N,i=1,2,...,8$

3c.计算8个测点的振动频响曲线的通频带能量的平均值，所述的通频带能量的平均值的计算公式为

$\stackrel{\‾}{TE}=\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{\mathrm{TE}}_i/8$

(4)根据变压器绕组振动频响曲线通频带能量的平均值的变化对绕组状态进行判别：当振动频响曲线通频带能量的平均值的变化超过10％时，判定变压器的绕组发生变化，此时需要及时进行检修处理，避免形成重大故障。

Claims (4)

1.一种变压器绕组振动频响测试系统，其特征在于，

设有一振动加速度传感器放置于变压器油箱壁上，并设有电流传感器与变压器连接，振动加速度传感器与电流传感器分别连接到信号采集模块，信号采集模块分别连接信号分析显示终端、信号控制模块，信号控制模块连接恒流变频激振电源，设有励磁变压器分别与恒流变频激振电源和变压器相连接。

2.如权利要求1所述的变压器绕组振动频响测试系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：

振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

通信芯片，其与所述信号分析显示终端连接。

3.如权利要求1或2所述的变压器绕组振动频响测试系统，其特征在于，所述的信号采集模块与所述的信号分析显示终端之间通过以太网连接。

4.如权利要求1所述的变压器绕组振动频响测试系统，其特征在于，所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接。