用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统技术方案

一种用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，包括能量管理模块，信号采集模块，信号处理模块和射频模块；能量管理模块维持能量储存和电压的稳定输出，能量管理模块的输出通过能量总线连接信号采集模块、信号处理模块和射频模块，从而实现对电力变压器状态的检测。本发明专利技术采用了无线技术，节省了大量检修费用和硬件投入，为实现长期在线监测提供了可能。射频芯片与太阳能电池相结合,有效提高了芯片供电时间,加强芯片功能,大幅增加通信距离,延长了芯片寿命。三轴加速度传感器得到的信号，通过数字信号处理方法，去除积分引起的趋势项，并快速获得振动位移信号，为实现实际时域测试提供了有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统
本专利技术涉及输变电
，更具体地，涉及一种用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统。
技术介绍
电力变压器作为电力系统中的重要设备，其安全稳定运行对电网至关重要。变压器绕组以及铁芯在运行中会发生故障，其中机械性故障极为常见且危害极大。因此，对变压器绕组、铁芯故障进行监测具有重要的意义。目前变压器绕组测试的方法主要包括在线监测和停电检测。传统的振动信号测量，为有线采集方式，检修维护成本较高，相较之下，无线传感技术的便利性凸显出来。无线传感技术包括Zigbee、蓝牙或无线局域网等技术，但它们的缺点在于需要构建监测传感网络节点，能耗高且不便于长期在线监测。RFID(radiofrequencyidentification，射频识别技术)作为一种新型的监测方法，通过无线射频非接触式技术，实现数据交换，该方法正逐渐兴起并引起广泛关注。其中，RFID的能量通常来自环境能量，利用RFID所处的不同环境条件，采用不同方式如射频能，太阳能，压电能，热电能，风能等。目前国内外采用射频天线获取能量的方式较为普遍。通过对比几种典型的能源收集特点，可以发现太阳能效率为10％～25％，功率密度室外、室内分别可高达100mW/cm2和100μW/cm2，射频能量功率密度通常却只有0.1μW/cm2(GSM900MHz)和0.001μW/cm2(WiFi2.4GHz)。人体和机械的压电能量分别为4μW/cm2，800μW/cm2。为了实现RFID更远距离目标识别与数据传输，首先要保证供电充足，而传统的射频供电手段已远远不能满足这一要求，严重制约了系统使用范围和寿命。而太阳能作为高效清洁的能源，可以有效提高芯片功能，大幅增加通信距离，延长芯片寿命，可实现长期监测，具有巨大的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出一种用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，包括能量管理模块，信号采集模块，信号处理模块和射频模块；能量管理模块维持能量储存和电压的稳定输出，能量管理模块的输出通过能量总线连接信号采集模块、信号处理模块和射频模块，从而实现对电力变压器状态的监测。可选地，能量管理模块，由光伏电池，超级电容，双路输入微功率PowerPath优先级排序器，低压稳压器组成，其中所述光伏电池的输出一路通过直流母线连接所述超级电容，另一路连接所述优先级排序器，所述超级电容的输出连接所述优先级排序器，所述优先级排序器的输出连接低压稳压器；所述能量管理模块利用获取的太阳能作为能量来源，并实现能量储存和维持电压的稳定输出。可选地，能量管理模块采用太阳能天线集成的光伏电池，贴片形式的天线与太阳能电池结合在一起。可选地，超级电容采用可编辑超级电容充电器，用于为所述传感器系统提供备用电源。可选地，所述双路输入微功率PowerPath优先级排序器位于所述超级电容和光伏电池输出端，用于在超级电容和光伏电池两路供电电源之间选择。可选地，所述低压稳压器为两端固定电压稳压器，用于提供稳定的电压。可选地，所述信号采集模块包括三轴加速传感器和滤波电路，采用三轴加速传感器对变压器内部振动信号进行三维采集，并通过滤波电路对输入信号进行滤波处理。可选地，信号处理模块由微处理器和I2C总线构成，对所述传感器采集到的信号加以处理和储存。可选地，射频模块包括射频天线和RFID芯片，用于实现通信与定位功能，所述传感器采集的信号通过I2C，上传至所述芯片，其中所述射频天线与光伏电池集成在一起。可选地，RFID芯片通过I2C总线与微处理器相连，当所述芯片从能量管理模块获取到足够的能量，激活所述微处理器，芯片内容可以被外界阅读器通过无线方式读取，传给计算机，实现振动数据的监测。可选地，计算机获取的监测数据，通过数据实时处理后，得到最终的监测数据，所述数据实时处理包括：数据初步处理和数据还原。可选地，所述数据初步处理包括，采用带通滤波，去除环境背景噪声，来自变压器电磁干扰和冷却风扇噪音干扰途径的低频噪声，以及直流分量和高频噪声。可选地，所述数据还原包括，将采集到的加速度信号通过两次积分，得到需要的位移信号。可选地，所述数据还原采用以下公式进行积分处理：v(t)＝∫a(t)dt＝∫(a′(t)+ε)+v0＝v′(t)+(εt+δ)+v0其中a′(t)＝a(t)-ε，a(t)表示加速度信号，a′(t)表示加速度原函数，ε表示直流分量，v(t)表示速度信号，v′(t)表示速度原函数，s(t)表示位移信号，s′(t)表示位移原函数，v0为初速度，为0，δ、ω表示常数。可选地，初位移S0为0，a(t)中含有直流分量ε，通过以下数据处理，消除趋势项：设加速度信号a(j)(j＝1，2，…，n)，则速度v(i)＝v(i-1)+[a(i)+a(i+1)]/(2fs)，其中，i＝1，2，…，n-1，v(0)＝0，fs表示采样频率，1/fs表示每个采样间隔上述速度信号中含有一次趋势项ε(i/fs)+(δ+v0)；位移信号s(k)＝s(k-1)+[s(k)+s(k+1)]/(2fs)，其中，(k＝1，2，…，n-2，s(0)＝0)上述位移信号含有二次积分造成的趋势项，采用多项式拟合法，滤除二次积分造成的积分常量，得到更为精确的位移数据。本专利技术采用了无线技术，节省了大量检修费用和硬件投入，为实现长期在线监测提供了可能。射频芯片与太阳能电池相结合,有效提高了芯片供电时间,加强芯片功能,大幅增加通信距离,延长了芯片寿命。三轴加速度传感器得到的信号，通过数字信号处理方法，去除积分引起的趋势项，并快速获得振动位移信号，为实现实际时域测试提供了有力的技术支持。附图说明图1是本专利技术的自取能RFID传感器系统示意图。图2是光伏电池的工作原理示意图。图3是光伏电池等效电路示意图。图4是绕组振动测试模型示意图。图5是换流变振动测量点位置图。图6是主变振动测量点位置图。图7是换流变压器振动信号波形示意图。图8是换流变压器振动信号频谱示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种用于监测电力变压器绕组、铁芯振动的自取能RFID传感器系统。1.自取能RFID传感器系统如图1所示，本专利技术的自取能RFID传感器系统分为四个模块：能量管理模块，信号采集模块，信号处理模块和射频模块。能量管理模块，由光伏电池，超级电容和低压稳压器组成，利用获取的太阳能作为能量来源，并实现能量储存和维持电压的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，包括能量管理模块，信号采集模块，信号处理模块和射频模块；能量管理模块维持能量储存和电压的稳定输出，能量管理模块的输出通过能量总线连接信号采集模块、信号处理模块和射频模块，从而实现对电力变压器状态的监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，包括能量管理模块，信号采集模块，信号处理模块和射频模块；能量管理模块维持能量储存和电压的稳定输出，能量管理模块的输出通过能量总线连接信号采集模块、信号处理模块和射频模块，从而实现对电力变压器状态的监测。


2.根据权利要求1所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
能量管理模块，包括光伏电池，超级电容，双路输入微功率PowerPath优先级排序器，低压稳压器，其中所述光伏电池的输出一路通过直流母线连接所述超级电容，另一路连接所述优先级排序器，所述超级电容的输出连接所述优先级排序器，所述优先级排序器的输出连接低压稳压器；所述能量管理模块利用获取的太阳能作为能量来源，并实现能量储存和维持电压的稳定输出。


3.根据权利要求2所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
能量管理模块采用太阳能天线集成的光伏电池，贴片形式的天线与太阳能电池结合在一起。


4.根据权利要求2或3所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
超级电容采用可编辑超级电容充电器，用于为所述传感器系统提供备用电源。


5.根据权利要求4所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
所述双路输入微功率PowerPath优先级排序器位于所述超级电容和光伏电池输出端，用于在超级电容和光伏电池两路供电电源之间选择。


6.根据权利要求5所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
所述低压稳压器为两端固定电压稳压器，用于提供稳定的电压。


7.根据权利要求1所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
所述信号采集模块包括三轴加速传感器和滤波电路，采用三轴加速传感器对变压器内部振动信号进行三维采集，并通过滤波电路对输入信号进行滤波处理。


8.根据权利要求7所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
信号处理模块包括微处理器和I2C总线构成，对所述传感器采集到的信号加以处理和储存。


9.根据权利要求8所述的用于电力变压器状态监测的自取能RFID传感器系统，其特征在于，
射频模块包括射频天线和RFID芯片，用于实现通信与定位功能，所述传感器采集的信号通过I2C，上传至所述芯片，其中所述射频天线与光伏电池集成在一起。

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，朱文兵，朱孟兆，周加斌，辜超，王学磊，朱庆东，顾朝亮，白德盟，李杰，李龙龙，张振军，任敬国，许伟，伊峰，高志新，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37