一种基于无线传感技术的变压器振动监测系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无线传感技术的变压器振动监测系统及测试方法，包括变压器振动监测单元及与该变压器振动监测单元依次连接的振动数据接收装置和计算机设备，所述变压器振动监测单元，用以采集变压器表面各测点处的振动信号及变压器温度；所述变压器振动监测单元包括单片机及与该单片机连接的数据发送装置、数字信号处理器和接口模块；所述接口模块还连接有三轴加速度传感器和温度传感器。本发明专利技术传感器置于变压器油箱表面，与变压器无直接电气连接；所测变压器振动加速度时域信号可进行简单的频谱分析，最终以数据报表形式被存储。该系统可应用于各电压等级、各种运行工况下的变压器振动监测，精确便捷。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，包括变压器振动监测单元及与该变压器振动监测单元依次连接的振动数据接收装置和计算机设备，所述变压器振动监测单元，用以采集变压器表面各测点处的振动信号及变压器温度；所述变压器振动监测单元包括单片机及与该单片机连接的数据发送装置、数字信号处理器和接口模块；所述接口模块还连接有三轴加速度传感器和温度传感器。本专利技术传感器置于变压器油箱表面，与变压器无直接电气连接；所测变压器振动加速度时域信号可进行简单的频谱分析，最终以数据报表形式被存储。该系统可应用于各电压等级、各种运行工况下的变压器振动监测，精确便捷。【专利说明】
本专利技术涉及一种以振动信号分析法为基础的，可用于各电压等级的电力变压器进行油箱表面振动特性的测试及诊断。
技术介绍
在过去十年的发展中，我国电力建设快速发展，成绩斐然。其中，发电装机容量高速增长，电网建设速度突飞猛进，电源结构调整不断优化，技术装备水平大幅提升，节能减排降耗效果显著，电力建设实现了跨越式发展，而这样的发展对电网的安全运行则提出了更高的挑战。作为电力系统中最重要的设备之一，电力变压器的正常运行对电能的可靠传输、灵活分配以及安全可靠使用起着决定性的作用。电力系统的安全运行和维护是多种设备共同作用的结果，而在其中，电力变压器属于价值昂贵但作用大且牵涉面广的一类，因此对于保障其安全运行的研究具有重大意义。仅仅从经济方面来考虑，进口的250MVA/500kV变压器平均约133万美元/台，国产同规格的也达到1000万元/台左右。当一台已经投入生产运行的电力变压器在运行过程中突发事故时，可能造成人员伤亡并导致大范围停电。此外，作为大型电力设备，一经损坏，可能的维修周期将可能长达半年或以上，因此需要寻求替代变压器或者相应降低该变电站的输送容量等，波及范围极广，影响恶劣，花费大量人力物力，是电力系统运行中需要极力避免的。而根据国内对变压器事故的统计结果，变压器的缺陷部分主要表现在铁心、线圈及引线、套管和分接开关，而在变压器生产和运输过程中也存在多种直接或者间接原因会导致电力变压器的铁心和绕组发生松动，而松动或者缺陷的存在则是发生变压器事故的隐患。因此可以认为，变压器的铁心和绕组松动是变压器发生故障的主要原因，分析变压器振动产生的原因可知，变压器油箱表面振动主要为内部铁芯和绕组振动通过相关绝缘部件以及变压器油传递到油箱表面的，因此认为基于振动信号的变压器绕组及铁心状态监测是可行的，通过带电测量变压器油箱表面的振动信号实时捕捉变压器绕组及铁心状态，从而达到对变压器实行状态监测的目的。由变压器理论分析可知，电力变压器在稳定运行时，硅钢片的磁致伸缩引起了铁心振动，绕组在负载电流的电场力作用下产生振动。绕组及铁心的振动通过变压器油箱表面和油传递到变压器的油箱，引起油箱的振动。由磁致伸缩引起的铁心振动以及负载电流作用下的绕组振动都是以两倍的电源频率为其基频的(?100Hz)。因此可以从频谱图中将二者与冷却系统引起(相关文献中提到，变压器冷却系统的振动频率在IOOHz以下)的振动区分开来。变压器油箱表面的振动与变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态密切相关，因此可以通过带电测量电力变压器的油箱表面振动来监测其绕组和铁心状况。该方法能够在最大程度上避免由于主观和客观因素而存在的变压器内部缺陷所导致的变压器故障，提高电网及设备安全运行水平，同时整个测试系统与变压器没有直接的电气连接，不需要改动变压器的任何组件，节约了成本，减小了测试的危险性，同时测试时不会受到现场磁场耦合的干扰，极大程度上保证了测试结果的正确性具有良好的经济效益及社会效益。目前，国内外对基于振动信号分析法的变压器振动离线监测系统进行了开发、测试以及实验研究，并对多地多个变电站内运行中的变压器进行了振动实测，取得了一定成果，然而欲实现对变压器振动的在线监测，现有的测试系统存在明显的不足，对于目前已经较为成熟的基于有线连接的监测系统，传感器信号与采集卡之间的信号通道多采用有线传输多采用有线传输方式，线缆长度需要几十甚至上百米，但是存在线缆布设复杂、成本较高、可维护性差、系统灵活性差等缺点，面对这些问题，一个可选择的解决思路就是采用新兴的无线传感网络监测模式来构建无线、分布式变压器振动监测系统，但是无线传感网络技术还不成熟，因此需要开展利用无线传感设备对变压器振动进行监测的可行性研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种克服有线加速度传感器的变压器振动测试系统在站内布线工作量大、灵活性差、电缆成本高等缺点的基于无线传感技术的变压器振动监测系统及测试方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是:一种基于无线传感技术的变压器振动监测系统，包括变压器振动监测单元及与该变压器振动监测单元依次连接的振动数据接收装置和计算机设备，所述变压器振动监测单元，用以采集变压器表面各测点处的振动信号及变压器温度；所述变压器振动监测单元包括单片机及与该单片机连接的数据发送装置、数字信号处理器、三轴加速度传感器和温度传感器。在本专利技术实施例中，所述变压器振动监测单元还连接有电源并放置于一密封壳体中构成振动加速度传感器。在本专利技术实施例中，所述振动加速度传感器的外壳材料为塑料，所述振动加速度传感器的两端均有两个用于固定的圆孔，所述振动加速度传感器通过永磁体吸附固定在变压器油箱表面。在本专利技术实施例中，所述振动加速度传感器的两端还分别设置有两个用于检测振动加速度传感器倾斜角度的角度传感器，该角度传感器检测的信息通过单片机发送至振动数据接收装置，一旦检测到发送的角度信息偏移角度较大，则告知工作人员进行维护。在本专利技术实施例中，所述振动加速度传感器能测振动幅值范围为_2g到3g，测试范围为100m。在本专利技术实施例中，所述振动数据接收装置用于接收变压器振动监测单元的数据发送装置发送的振动测试数据和温度数据，并传输给计算机设备。在本专利技术实施例中，所述数据发送装置为一无线射频发送器，所述振动数据接收装置为一射频接收天线。为实现上述的一种基于无线传感技术的变压器振动监测系统，提出了一种基于该系统的测试方法，其特征在于:包括如下步骤， 步骤SOl:选定需要进行测试的变压器，并取该变压器的12个测试点，分别安装振动加速度传感器，并记录变压器相关额定参数； 步骤S02:操作计算机设备上的软件激活各传感器，并初始化各参数，此时传感器进入测试模式； 步骤S03:将传感器采集数据传输至计算机设备端，通过软件观测波形的准确性，若波形出现较大误差则中断数据传输，检测是否传感器安装问题，若波形无误差或误差较小则继续数据传输； 步骤S04:当数据采样时间达到设定时间后，控制传感器进入睡眠模式，并将采集数据以报表形式导入计算机设备； 步骤S05:利用软件对所采集数据进行频谱分析，若各测点固有振动频率一致即为有效数据，若存在较大差异则应排除是否存在传感器损坏或传输过程中被干扰的情况； 步骤S06:数据采集完毕后记录测试时变压器运行工况，包括运行电压、负载电流、传输功率、绕组温度和变压器油温； 步骤S07:选择下一台待测变压器，重复以上步骤。所述振动加速传感器两端有镂空处用来将振动加速传感器固定安装在变压器的各测点上。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感技术的变压器振动监测系统，包括变压器振动监测单元及与该变压器振动监测单元依次连接的振动数据接收装置和计算机设备，其特征在于：所述变压器振动监测单元，用以采集变压器表面各测点处的振动信号及变压器温度；所述变压器振动监测单元包括单片机及与该单片机连接的数据发送装置、数字信号处理器和接口模块；所述接口模块还连接有三轴加速度传感器和温度传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑杰，庄明，叶威，汲胜昌，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网福建省电力有限公司，福建水口发电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11