一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法及系统，该方法包括：选取变压器为激振源，同时确定振动信号监测位置，选择合适的振动传感器进行振动信号的测量；通过分析测量所得的振动信号，选取最佳振动信号监测点；在确定最佳振动信号监测点的基础上，利用压电片将变压器的振动机械能转换为电能，通过能量控制电路将所获得的电能转化为可供振动传感器正常工作的电能；采用LoRa无线通信技术，将振动传感器收集振动检测数据进行无线远传，同时对收集的振动监测数据进行排障分析，从而及时对变压器进行检修维护，实现一种变压器监测无源无线传感器。种变压器监测无源无线传感器。种变压器监测无源无线传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法及系统


[0001]本专利技术属于变压器监测
，具体涉及一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法及系统。

技术介绍

[0002]变压器在正常运行时，硅钢片的磁致伸缩会引起铁芯振动，同时绕组在负载电流的电磁力作用下产生振动。耦合之后的振动通过器身和冷却系统传递到变压器的油箱，引起油箱的振动。变压器油箱表面的振动与变压器绕组及铁芯的压紧状况、位移和绕组的变形程度有十分密切的关系。
[0003]运行中的变压器绕组线圈可以看作一个受到外界激励的质量
‑
刚度
‑
阻尼机械振动结构，由于受到强大的电磁力特别是超载或短路大电流引起的巨大电磁力冲击，作着复杂的机械振动，整个绕组带动着铁芯、绝缘垫块和夹件等结构发生振动。通过器身和油介质传递到变压器箱体表面，同时以声波的形式向外扩散。而传统的电测量方法对于此类故障的监测之所以始终只能起到定性参考的作用，正是由于运行中的绕组和铁芯的机械类故障，如构件的松动、变形最直接的表现形式是机械振动和声波，而互感、电感、电容、阻抗等电参量的变化都是这些故障的间接表现。
[0004]因此，通过振动分析法，即通过分析变压器箱体表面的振动信号来监测绕组的变形程度和铁芯的状况是切实可行的，是对电力变压器在线监测与故障诊断体系的一个有力补充和完善。与现有的变压器绕组变形测试技术相比，振动分析法与整个电力系统没有电气连接，对整个电力系统的正常运行无任何影响，可以安全、可靠地达到在线监测的目的，不仅可以检测出短路引起的绕组变形故障，还可以检测出铁芯、分接开关等结构件的松动故障。然而，目前变压器振动传感器存在无法通过振动取能实现无源及振动监测数据不能远传的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法及系统，实现一种变压器监测无源无线传感器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，包括：
[0008]选取变压器最佳振动信号监测点设置振动传感器，并将变压器最佳振动信号监测点处的振动机械能转换为电能；
[0009]将所获得的电能转化为供振动传感器正常工作的电能；
[0010]将振动传感器采集的振动数据进行远程传输并对变压器运行状态进行诊断。
[0011]进一步的，所述选取变压器最佳振动信号监测点，包括：
[0012]采用振动传感器对预设的变压器振动信号监测点进行振动信号的测量；
[0013]根据振动信号的幅值、能量和频率选取最佳振动信号监测点。
[0014]进一步的，所述根据振动信号的幅值、能量和频率选取最佳振动信号监测点，包括：
[0015]将采集到的振动信号转换为加速度信号并进行时频域转换；
[0016]对求得的加速度时域信号和频域信号进行分析，得到振动信号的频率、幅值和能量；
[0017]将幅值、能量和主频率幅值占比进行归一化处理；
[0018]取综合函数Y＝1/3幅值+1/3能量+1/3主频率幅值占比，按照Y值从大到小进行排序；
[0019]基于排序结果选取最佳监测点。
[0020]进一步的，按照排序选取至少一个作为最佳监测点。
[0021]进一步的，所述变压器振动信号监测点均匀分布在变压器的顶部、底部、正面、左侧和右侧。
[0022]进一步的，采用压电片将变压器最佳振动信号监测点处的振动机械能转换为电能。
[0023]进一步的，所述压电片采用通过高温固态处理合成Sm掺杂的PMN
‑
PT陶瓷。
[0024]进一步的，采用能量控制电路将所获得的电能转化为供振动传感器正常工作的电能。
[0025]进一步的，通过LoRa将振动传感器采集的振动数据汇聚到汇聚节点，再上传到接入节点通过有线网络或者4G移动网络把数据上传到服务器进行存储分析及故障诊断。
[0026]本专利技术还提供一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测系统，包括：
[0027]振动传感器，用于检测变压器各振动信号监测点处的振动信号；
[0028]压电片，用于将变压器最佳振动信号监测点处的振动机械能转换为电能；
[0029]能量控制电路，用于将所获得的电能转化为供振动传感器正常工作的电能；
[0030]传输模块，用于将振动传感器采集的振动数据进行远程传输。
[0031]进一步的，还包括，
[0032]计算模块，用于根据变压器各振动信号监测点处的振动信号确定变压器最佳振动信号监测点。
[0033]进一步的，所述能量控制电路为一种并联双中间电容能量回收控制电路。
[0034]进一步的，所述传输模块采用LoRa无线通信模块。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]1、本专利技术采用压电片将最佳振动信号监测点处的振动机械能转换为电能，采用Sm
‑
doped PMN
–
P铂陶瓷的压电片，获得了高达1500的超高压电系数d
33
和高于13000的介电常数ε
33
/ε0。
[0037]2、本专利技术采用改进型并联双中间电容能量回收控制电路获得高效率输出功率和电路良好负载适应性。
[0038]3、本专利技术采用LoRa无线通信技术，将振动传感器收集振动检测数据进行无线远传，从而实现变压器监测设备的无线传输功能。
附图说明
[0039]图1是本专利技术的基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法实现流程图。
[0040]图2是本专利技术实施例中变压器油箱振动信号监测点分布图。
[0041]图3是本专利技术实施例中能量控制电路图。
具体实施方式
[0042]下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0043]本专利技术的一个实施例提供一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，包括：
[0044]选取变压器最佳振动信号监测点，将变压器的振动机械能转换为电能；
[0045]将所获得的电能转化为供振动传感器正常工作的电能；
[0046]将振动传感器采集的振动数据进行远程传输并诊断。
[0047]本专利技术实施例的具体实现过程，参见图1，包括以下步骤：
[0048]步骤1：选取变压器为激振源，同时确定变压器振动信号监测点，选择合适的振动传感器进行振动信号的测量；
[0049]步骤2：分析测量所得的振动信号，通过分析振动信号的幅值、能量和频率选取最佳振动信号监测点；
[0050]步骤3：在确定最佳振动信号监测点的基础上，将进行取能转换的压电片放置在该监测点上，利用压电片将变压器的振动机械能转换为电能；压电片利用压电效应进行电信号和机械信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，包括：选取变压器最佳振动信号监测点设置振动传感器，并将变压器最佳振动信号监测点处的振动机械能转换为电能；将所获得的电能转化为供振动传感器正常工作的电能；将振动传感器采集的振动数据进行远程传输并对变压器运行状态进行诊断。2.根据权利要求1所述的一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，所述选取变压器最佳振动信号监测点，包括：采用振动传感器对预设的变压器振动信号监测点进行振动信号的测量；根据振动信号的幅值、能量和频率选取最佳振动信号监测点。3.根据权利要求2所述的一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，所述根据振动信号的幅值、能量和频率选取最佳振动信号监测点，包括：将采集到的振动信号转换为加速度信号并进行时频域转换；对求得的加速度时域信号和频域信号进行分析，得到振动信号的频率、幅值和能量；将幅值、能量和主频率幅值占比进行归一化处理；取综合函数Y=1/3幅值+1/3能量+1/3主频率幅值占比，按照Y值从大到小进行排序；基于排序结果选取最佳监测点。4.根据权利要求3所述的一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，按照排序选取至少一个作为最佳监测点。5.根据权利要求2所述的一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，所述变压器振动信号监测点均匀分布在变压器的顶部、底部、正面、左侧和右侧。6.根据权利要求1所述的一种基于压电自取能的变压器振动无源无线监测方法，其特征在于，采用压电片将变压器最佳振动信号监测点处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：路永玲，王真，胡成博，杨景刚，张国江，付慧，秦剑华，陈挺，王如山，朱雪琼，刘子全，姚楠，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司江苏省电力试验研究院有限公司国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，
类型：发明
国别省市：