当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

基于振动法的电力变压器在线状态监测系统设计_图文

第 45 卷 第 12 期 2008 年 12 月

TRANSFORMER
基于振动法的电力变压器 在线状态监测系统设计

Vol.45 No.12 December 2008

李晓兰 1,黄 海 2,陈祥献 2,吕振肃 1
(1. 兰州大学信息科学工程学院,甘肃 兰州 730000; 2. 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江 杭州 310027)

摘要:介绍了一个基于振动法的、用于检测电力变压器故障原因的在线监测系统。

关键词:电力变压器;振动法;在线监测

中图分类号:TM406

文献标识码:B

文章编号:1001-8425(2008)12-0060-05

Design of On-Line Monitoring System for Power Transformer Based on Vibration Analysis Method

LI Xiao蛳lan1, HUANG Hai2, CHEN Xiang蛳xian2, LU Zhen蛳su1
(1. Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2. Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
Abstract:The on -line monitoring system to be used to detect power transformer faults based on vibration analysis method is presented. Key words:Power transformer; Vibration analysis method; On-line monitoring

1 引言
在电力系统的各种设备中, 变压器是主要的设 备之一, 其安全运行对于保证电力设备可靠运行意 义重大。 1990 年~2000 年,通过对 110kV 以上电压 等级电力变压器的统计分析结果表明, 变压器故障 中 绕 组 、铁 心 和 有 载 分 接 开 关 (OLTC) 的 故 障 分 别 占 总故障数的 37.5%、21.7%和 12.4%。 三项故障总和 达到 71.6%,它们是变压器发生故障的主要部件。
变压器检测技术分为离线检测和在线监测两 种。 离线检测主要采用事后维修和预防维修两种方 式,容易造成“亡羊补牢”和“过度维修”,从而造成不 必要的人力和物力的耗损, 所以近年来国内外主要 研究都趋向于在线监测的方式。 目前变压器在线监 测的主要方法有:短路电抗法、传递函数法、声强法、 油样气相色谱法和振动分析法等。 振动分析法主要 是通过分析固定在变压器油箱表面的振动传感器的 信号变化, 来监测变压器内部铁心和绕组的压紧状 况、位移及变形状态。 由于振动分析法简单,不需要
基 金 项 目 :宁 波 市 科 技 攻 关 资 助 项 目 (2007B10007)

电气连接, 对电力系统的正常运转无影响而且安全 可靠, 因而是当前变压器在线监测系统研究的主要 方法之一。
从俄罗斯 60 多台大型电力变压器的现场监测 结果来看,有 12 台变压器的振动监测方法结果与实 际情况几乎一致,准确率达到 80%~90%,再一次验 证了振动分析法用于变压器在线监测和故障振动系 统的可行性与可靠性。 但是目前用于电力变压器的 在线监测系统存在一些不足和局限,主要表现在:变 压器建模侧重于电气参数, 缺乏对机械结构参数的 研究;监测参数不全面,除了电压、电流外,温度、 OLTC 的状态和油泵及风扇开启时的振动都会使总 振动信号发生变化; 传统信号分析方法以傅立叶分 析法为基础,对非平稳振动信号的分析存在缺陷;目 前绝大部分变压器振动系统都是在试验室环境下测 试的,缺乏实际现场适用性与可靠性的检验。基于上 述原因,笔者设计了用于现场的、参数包括振动、电 压、电流、温度以及开关量的较为完整的变压器在线 监测与诊断系统 TCMS。 系统包括下位机分析监测、

第 12 期

李晓兰、黄 海、陈祥献:基于振动法的电力变压器在线状态监测系统设计

61

上位机分析诊断两大部分, 结合最新的数值分析方 示变压器各个参数的信息并做出简单的状态诊断,

法较为全面的对变压器振动信号进行分析。

最 后 通 过 RS-232、Ethernet、GPRS 或 PSTN 把 处 理

2 TCMS 系统结构

获得的数据及异常信息发送给上位机。 上位机利用 LabVIEW 软件作进一步的分析处理,最终得到变压

为了完整地建模并分析变压器振动信号的产 器的运行状况。 同时上位机根据分析的结果动态的

生、传递和影响因素,系统中所采集的监测参数除了 改变 TCMS 监测的各个阈值,整个系统具有灵活性。

最主要的油箱表面振动外,还包括电压、电流、温度

TCMS 前置机使用于现场环境,要求可靠性高。

和开关量等参数。 首先, 在油箱表面选取合适的测 系统硬件核心部分选择具有工业级标准的 PC / 104

点。对于三相变压器,每个铁心对应处最能够反映出 模块。 其中 CPU 模块选用台湾某公司生产的基于

铁心和绕组的振动。因此,在油箱底部铁心正对的位 X86 架构的 PCM-3350,其主要特性为:板载低功耗

置各放置一个磁座 ICP 压电传感器(共 3 个),分别 NS GX1 CPU(时钟频率为 300MHz);支持 CFC SSD

检测变压器铁心和绕组的振动。 系统预留 1 路传感 固 态 电 子 盘 ;简 单 稳 定 ,可 无 风 扇 工 作 ;支 持 Win-

器通道, 可选择变压器油箱侧面或其他感兴趣的测 dowsCE 操作系统;支持 10 / 100M 高速以太网;支持

点提取振动信号。 振动传感器获得的加速度信号经 18-bit TFT LCD 显示。 数据采集模块选用研华公司

过信号分离、放大和抗混叠滤波处理,通过 A / D 模 的数据采集卡 PCM-3718H,采用 DMA 模式时采样

块进行数字采样,最后交付 CPU 模块进行处理。

频率可高达 100kHz,可用输入模拟量通道为 16 路,

鉴于各相电压、 电流相对位置的差别对绕组和 12 位 A / D 转换精度, 模块内含两个八位数字 I / O

铁心的振动信号的影响, 在变压器高压侧分别对三 通道用于数字量采集。

相电压、电流进行监测,同时系统各预留 1 路电压、 电流测量通道。 4 路电压和 4 路电流信号通过互感

3 TCMS 系统设计及功能概述

器以及信号调理电路,输入到 A / D 模块进行波形采 3.1 前置机软件设计及系统功能

样; 温度传感器采用 PT-100 的标准热敏电阻用来

前置机系统是整个 TCMS 系统的核心部分,考

检测变压器冷冻油箱温度, 通过相应的调理电路后 虑到实时性因素, 采用 Windows CE 操作系统以及

输入到 A / D 模块;8 路开关量主要测试油泵、 风扇 多线程模式开发。软件流程图如图 2 所示,共分为四

以及 OLTC 的状态, 直接由数据采集模块数字 I / O 个线程。采样线程完成系统采样、数据处理以及存储

中读出。

工作,优先级最高; MFC 界面线程负责显示采样线

整个系统的结构如图 1 所示。 A / D 模块获得的 程处理后的结果以及接受系统消息,优先级居中;通

数据由 CPU 进行数据处理,通过液晶显示屏初步显 讯线程完成与上位机通讯数据的接受与传送, 目前

暂定串口与网络两个线程,优

4 路加速 信号

……

4 路电压 4 路电流
……

1 路温度 信号

8 路开关 …… 信号

先级较低。 TCMS 系统在变压器正常
运行时实时提供当前变压器

运行的状态信息,包括采样直

加速度调理

电压电流信号调理

温度信号调理

开关量调理

接获得的动态数据和经过数

模拟信号 A/D

转换信号

值分析得到的静态数据。 动态 数据包括加速度信号和电压 电流信号的实时波形;静态数

据包括加速度信号峰峰值、有

电源模块

CPU

显示模块

效值、基频 100Hz 到 800Hz 各

通讯模块

RS-232 Ethernet
GPRS PSTN

次谐波幅值、电压电流和温度 的有效值以及变压器当前所 有开关量。 TCMS 前置机采样 频率设定为 4kHz,每隔 10s 采

图 1 TCMS 系统架构

样一次, 每次采样时间持续

Fig.1 Blocks of TCMS system

1s。 前置机显示部分通过棒图

62

第 45 卷

采样线程

MFC 界面线程

通讯线程 1

采样
4 路 振 动 ,4 路 电 压 ,4 路 电 流 ,1 路 温 度 ,8 路 开 关量采样值
数据处理
振动 P-P&RMS 电压电流 RMS
温度中值 数字量开 / 关

进入报警时间 记录状态
报警次数清 0

报警数据
计算实时趋势 实时趋势点数自加

N

实时趋势

次 数 =30 ?

Y

计算天趋势

天趋势次数自加 1 采样数清 0

开始
初始化界面 初始化设备 开启各个通讯线程

天趋势次 数%2=0?

N N

10s 定时 时间到?

Y 计算年趋势

Y 开启采样线程

年趋势数据

等待

振动 P-P 连续三次 Y 大于阈值
N

天趋势数据

结束采样线程

更新显示界面

图 2 前置机各线程流程图 Fig.2 Line flow diagram of front computer

等待
N 上位机通讯? Y 判断需要发 送数据类型 发送数据
通讯线程 2
等待
上位机通讯? Y
判断需要发 送数据类型
发送数据

数据的形式直观地显示静态数据的实时变化, 随着 10s 采样数据更新,显示界面实时更新相应的数值, 通过观察液晶显示界面, 可以直观的对当前变压器 运行状态做出诊断。
当 变 压 器 发 生 故 障 时 ,TCMS 具 有 越 值 报 警 和 事故追忆两大功能。 根据试验测试与实际变压器的 研究结果设定报警阈值, 若当前采集获得的信号经 过数据处理后振动峰峰值超过阈值, 则系统自动报 警,TCMS 前置机显示界面变为红色。 除此之外,系 统自动记录报警前后各 150s 内报警测点的振动、电 压电流的波形数据及处理后获得的静态数据。 此次 报警作为一个事件被记录, 上位机提取前置机保存 的报警信息并进行数据处理,分析事故原因。
TCMS 前置机对每个测点的所有静态数据都提 供趋势分析功能。趋势数据包括 5min 内变化的实时 趋势,以及天趋势和年趋势三种。上位机可以实时提 取最新趋势数据, 对趋势数据分析可以获得短期和 长期变压器运行的状态变化, 并以此推断变压器寿 命、诊断故障部件等。 3.2 上位机系统功能
TCMS 上位机系统采用 NI 公司的 LabVIEW 软

件设计编写, 支持网络以及串口通讯两种方式与下 位机通讯,扩展可加入 GPRS 和 PSTN 通讯方式。 目 前,上位机能够提取下位机处理获得的动态数据、静 态数据、趋势数据和报警数据并以波形的形式显示, 并进行简单的频谱分析。 上位机软件具有完善的文 档管理功能,可以冻结当前波形,存储用户感兴趣的 内容,根据需要随意放大或缩小图形,随意选择感兴 趣的通道进行对比。除此之外,上位机通过与前置机 通讯,能够动态的改变前置机的系统参数,包括报警 阈值、显示灵敏度,还可以对下位机系统远程校时、 IP 设定,以适应不同环境不同变压器的要求。
对于变压器诊断模型的建立以及具体信号分析 的方法,有另外的小组专门负责。后续工作上位机可 加入功率谱分析、倒谱分析、小波分析以及用于非线 性、非稳定信号的最新的 Hilbert-Huang 变换,实时 分析变压器当前运行状态, 并对故障产生的原因给 出结论。
4 系统结果
图 3 是 TCMS 前置机系统实物图。 整个系统放 置在铝制容器中,用金属盖封顶。图中从下往上看主

第 12 期

李晓兰、黄 海、陈祥献:基于振动法的电力变压器在线状态监测系统设计

63

显示界面

RS-232 8 路开关量 输入 I/ O
网口

CPU 模块
数据采集 模块
调理电路

温度信 4 路电流 4 路电压 4 路振动 号接口 信号接口 信号接口 信号接口
图 3 前置机实物图 Fig.3 Picture of front computer 要分为模拟信号接口、 数字信号接口、 信号调理电
路、通讯接口、数据采集模块和 CPU 模块,以及正上 方的液晶显示界面。 当前显示结果为变压器报警时 工作界面图。 变压器正常工作时,界面为蓝色;发生 故障后,界面转为红色。整个显示界面包括变压器振 动信号峰峰值、有效值、基频及各次谐波幅值、电压 有效值、电流有效值以及油泵、风扇和 OLTC 当前开 关状态。 四个通道交替显示,10s 更新显示通道。
上位机软件主要是显示从下位机提取出来的数 据,振动、电压、电流通道任选其中四路观察。图 4 为

上位机四通道实时波形图。 这种上位机和下位机分离的方式以及通讯的灵
活性便于远程监控变压器运行状态。 考虑到散热性 和电磁干扰(EMI),应 把 前 置 机 放 置 在 特 制 密 封 金 属机箱里且做接地处理,只留信号接口与外界接触。 因为系统硬件具有工业级标准, 故整个系统适用于 野外场所。
5 结束语
本文中构建的变压器在线状态监测与故障诊断 系统以振动信号为主要监测对象,结合电压、电流、 温度和开关量等参量。 硬件以嵌入式系统结构为平 台,通过通讯与网络技术建立交互的控制分析环境, 实时性高、可靠性较强。目前 TCMS 系统已用于变压 器现场试验,实现对数据的采集与远程分析等功能, 并能根据试验分析结果对变压器运行状态提供一定 的诊断。
参考文献:
[1] 胡 勇 ,程 蕾. 大 型 电 力 变 压 器 故 障 实 例 统 计 分 析[J]. 电 力 安 全 技 术 ,2003,3(5):20-22.
[2] Poza F,Marino P,Otero S,et al. Programmable electronic instrument for condition monitoring of in -service power transformers [J]. IEEE Trans. Instrum.& Meas., 2006,55(2):625-634.

图 4 上位机实时波形分析界面 Fig.4 Waveform analysis interface of remote computer

第 45 卷 第 12 期 2008 年 12 月

TRANSFORMER

Vol.45 No.12 December 2008

浅谈配电变压器故障的原因及防范措施

岳地松
(陕西省地方电力公司镇安县电力局,陕西 镇安 711500)

摘要:分析了配电变压器的故障类型及主要原因,并提出了一些具体的防范措施。

关键词:配电变压器;故障;防范

中图分类号:TM401+.1

文献标识码:B

文章编号:1001-8425(2008)12-0064-04

Brief Discussion on Fault Reason of Distribution Transformer and Protective Measure

YUE Di蛳song
(Zhen'an Electric Power Bureau, Zhen'an 711500, China)

Abstract:The fault types and reasons of distribution transformer are analyzed. Some protective measures are presented. Key words:Distribution transformer; Fault; Protection

1 前言
电力系统中, 配电变压器是配电网中的主要设 备,一旦发生故障,将影响工农业生产和人民的正常 生活,给企业带来经济损失。笔者总结和分析了我局 自农网改造以来配电变压器故障的类型和原因,并 提出了一些具体的防范措施。

2 故障类型及原因分析
2.1 绕组故障 2.1.1 匝间短路
由于农村部分低压线路维护不到位, 经常发生 超铭牌容量运行或变压器出口短路故障。 短路使变 压器的电流超过额定电流几十倍, 由于绕组温度迅

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

[3] 程锦,汲 胜 昌 ,刘 家 齐 ,等. 绕 组 振 动 信 号 监 测 法 中 测 试 位置的影响与分析[J]. 高电压技术,2004,30(10):46-48.
[4] Alessandro E C, Francesco M, Mario T. Diagnosis of the state of power transformer windings by on -line measurement of stray reactance. IEEE Trans. Instrum & Meas,1993,42(2):372-378.
[5] Leibfried T, Feser K. Monitoring of power transformers using the transfer function method. IEEE Trans. Power Deliv., 1999,14(4):1333-1341.

[6] 韩 庆 恒. 变 压 器 和 电 抗 器 声 级 测 量 方 法 的 对 比 分 析 [J]. 变 压 器 ,2002,39(10):14-18.
[7] 朱建新.电力变压器绕组变形故障的测量分 析 与 判 断[J]. 变 压 器 ,2000,37(6):21-24.
[8] 汲胜昌. 变压器绕组与铁心振动特性及其在故障监测中 的应用研究[D]. 陕西:西安交通大学,2003.
[9] 周 青 山. 电 力 变 压 器 器 身 振 动 带 电 监 测[J]. 电 网 技 术 , 1999,23(4):21.

收 稿 日 期 :2007-11-22 作 者 简 介 : 李 晓 兰 (1983-), 女 , 甘 肃 嘉 峪 关 人 , 兰 州 大 学 通 信 与 信 息 系 统 研 究 所 硕 士 研 究 生 , 主 要 从 事 嵌 入 式 系 统 设 计 、 信
号处理方面的研究工作; 黄 海(1959-),男,浙江宁波人,浙江大学数字仪器研究所教授,长期从事电子系统及仪器设计、数字信号处理 及实时系统方面的研究工作。


相关文章:
基于振动法的电力变压器在线状态监测系统设计.pdf
第45卷第12期2008年12月 TRANSFORMER No.12 Vol.45 December 2008 基于振动法的电力变压器 在线状态监测系统设计李晓兰 1,黄海2,陈祥献 2,吕振肃 1(1. 兰州大...
基于振动法的变压器振动在线监测系统.pdf
基于振动法的变压器振动在线监测系统 - 铁心和绕组故障是变压器故障中比较常见且危
基于振动信号分析的电力变压器状态检修系统研究_图文.pdf
基于振动信号分析的电力变压器状态检修系统研究 - 电力系统在国民经济的发展中举足轻重,电力变压器是电力系统中的重要设备,电力变压器的在线监测与故障诊断对于电力系统...
利用振动法进行变压器在线监测的应用研究 变压器_图文.pdf
*+,-+./+0 1’)*# $%%$ 利用振动法进行变压器在线监测的应用研究王世山,...变压器在线监测技术文献目录" ITG 基于决策树神经网络模型的电力变压器故障诊断方法...
基于振动信号的变压器直流偏磁监测系统的设计_图文.pdf
基于振动信号的变压器直流偏磁监测系统的设计 - G电力设备监测与故障诊断 .1465.. 基于振动信号的变压器直流偏磁监测系统的设计 孙贝贝.刘连光 (华北电力大学电气与...
基于LabVIEW的变压器在线状态监测系统.pdf
基于LabVIEW的变压器在线状态监测系统 - 变压器的在线状态监测对于变压器的故障诊断以及电网的正常运行具有重要的意义.对以机械参数为主、电气参数为辅的变压器振动分析...
电力变压器振动在线监测系统的开发与应用_周求宽.pdf
电力变压器振动在线监测系统的开发与应用_周求宽 - 第 34 卷第 3 期 20
电力变压器振动检测仪设计_图文.doc
电力系统有电气连接,而变压器振动监测法是通过粘过在器 身上的振动加速度传感器获取变压器的振动信号,以一种与电力系统完全无电气连 接的方式对变压器状态进行监测...
基于振动法的电力变压器绕组潜伏性故障诊断研究GZH资料....ppt
基于振动法的电力变压器绕 组潜伏性故障诊断研究 河海大学 马宏忠 1 目录 1 2...变压器在线状态监测与故障诊断技术的研究意义 电网 调度 位置:电力变压器工作处于...
基于振动分析法的变压器在线监测_论文.pdf
基于振动分析法的变压器在线监测 - 文章研究了变压器的振动原理,提出了变压器振动简化模型。基于现场试验数据,用最小二乘法进行参数拟合,得到振动模型参数,可作为指纹...
EN3600-TRCMS电力变压器状态在线监测和诊断系统V2_图文.pdf
EN3600-TRCMS电力变压器状态在线监测和诊断系统V2 - 通过对振动信号的分析来判断电力变压器线圈故障,铁芯松动,紧固件松动等故障
基于振动法的电力变压器绕组潜伏性故障诊断研究 GZH_图文.ppt
基于振动法的电力变压器绕 组潜伏性故障诊断研究 河海大学 马宏忠 1 目录 1 2 3 4 研究背景 理论研究实验研究 总结展望 2 一、研究背景 1、变压器在线状态监测...
电力变压器振动监测的测点位置选择_图文.pdf
采用由国家863项目自主研发的大型电力 变压器振动在线状态监测与故障诊断系统现场实...5结论根据以上的分析,基于振动分析法监测变压 器绕组状况在布置或选择测点时应...
基于振动的变压器铁芯松动定位_图文.pdf
基于振动信号的电力变压器状态 监测与变压器没有电气联系.不影响设备正常运 行。因此.振动法可以实现变压器的在线监测㈦。 文献『341中对不同电压下变压器铁j答...
基于IEC 61850的变压器振动监测信息建模与实现.pdf
基于IEC 61850的变压器振动监测信息建模与实现 - 基于 IEC 61850的电力变压器振动在线监测系统设计与开发,是输变电设备在线监测系统的重要组成部分。文中在分析电力...
成安县职称论文发表-电力系统状态监测故障诊断论文选题....doc
11……基于振动的电力变压器状态监测系统设计 12……基于 iOS 平台的异步电机...基于相对主元分析的风电机组塔架振动状态监测与故障诊断 30……换流器故障在线...
风电机组在线振动监测系统及现场应用_图文.pdf
2010 风电机组在线振动监测系统及现场应用盛迎新, 周继威北京,100034) (中能电力科技开发有限公司 摘要基于振动分析领域中频谱分析和包络谱分析方法,研制开发了风电...
基于Hilbert-Huang变换的电力变压器铁心压紧力监测方法.pdf
基于Hilbert-Huang变换的电力变压器铁心压紧力监测方法 - 利用:Hilbert-Huang变换对信号的自适应特性,提出一种基于振动法的电力变压器铁心压紧力在线监测方法.通过对...
行唐县代理发表职称论文发表-电力系统状态监测故障诊断....doc
基于振动的电力变压器状态监测系统设计 3……基于 S3C6410 电力变压器故障监测系统...基于 B/S 架构的变压器在线状态监测系统实现 69……铁道信号系统安全计算机状态...
基于切贝雪夫_里兹法的大型电力变压器铁心三维自由振动....pdf
基于切贝雪夫_里兹法的大型电力变压器铁心三维自由...引言振动分析法是实现大型电力变压器在线状态 监测与...为达到工程设计要求的固有频率计算精度所需 要取的...
更多相关标签: