一种用于电力变压器的故障超声波信号分析系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，属于电力故障分析领域。


背景技术：

2.电能是人类生产、生活和社会发展最重要的能源之一。随着经济社会、人口数量的飞速发展和增加，对电力缺口将越来越大，与此同时，由于新能源发电将慢慢取代传统发电，对电网稳定运行压力愈发增大。
3.变压器设备占变电站容性设备总数的一半左右，是将所生产的电力送到千家万户所不可缺少的电力设备之一。变压器设备作为电力系统的重要基础设备，其安全、可靠运行是保证电力系统稳定运行的基础。电力变压器在日常运行的过程中，发生绝缘故障的可能性是所有故障类型中最高的。在大量的实际统计中，最容易引起变压器绝缘故障的就是局部放电，所以如何及时、准确地识别故障并解决故障是使得电网稳定运行的关键。因而对工作中的变压器进行实施监督，及时发现局部放电现象并对其进行分析，就可以很大程度上预防绝缘事故的发生，这对保证电力系统安全、稳定运行是有重大意义的。
4.通常来说，运行中的变压器发生局部放电的原因较为复杂，但是主要可以分为两类：一个是外因造成的，例如在变压器制造和运输过程中，因为工艺水平和运输颠簸造成的结构性损伤导致的局部放电；二是由变压器自身造成的，例如在电力变压器运行的过程中，因雷电冲击过电压或操作过电压而引发的绝缘缺陷。变压器发生局部放电时，通常会产生电、声、光、热等能量。尽管相对于电网输电来说，局部放电造成的的发热都很低，但是它会逐渐使电力设备引发绝缘缺陷，使设备发生故障。通过监测发生在电力设备上的局部放电活动，可以提前预防与处理绝缘事故的发生。对于变压器局部放电检测的方法较多，就目前情况来看，主流的方法主要分为电测法，非电测法。
5.在电测法中，脉冲电流法最为常见。由于其测量过程中反应较为灵敏，可对放电标记；不过由于现场的复杂环境会对其造成干扰，如电磁干扰就会影响该方法的实际监测情况。
6.在非电测法中，超声波法应用情况最为广泛，与此同时，非电测法还有光监测、气相色谱、红外检测等几种检测方法。
7.就当前研究现状来看，超声波法的研究对象是超声信号的传播特性和局部放电定位，而对于如何利用超声波法识别电力变压器的故障类型的研究较少，因此有必要研究可以用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，而建立用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，需要考虑系统的构成、连接。


技术实现要素：

8.本实用新型提供了一种用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，以用于解决用于电力变压器的故障超声波信号分析系统的结构、连接问题，进一步可以采集电力变压
器的故障超声波信号，再进一步可以用于进行电力变压器的故障超声波信号的故障分析，并进行显示，实现人机交互。
9.本实用新型的技术方案是：一种用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，包括超声波采集装置、电压放大装置、模数转换装置、数据分析装置、人机交互装置；
10.通过超声波采集装置将电力变压器的故障超声波信号转换为电压信号，通过电压放大装置将采集到的超声波电压信号进行放大，由模数转换装置将模拟电压信号转换为数字信号，通过数据分析装置读取数字信号并对其进行信号分析并通过人机交互装置显示。
11.所述超声波采集装置采用0.5p20超声波传感器；0.5p20超声波传感器将转换后的电压信号发送给电压放大装置。
12.所述电压放大装置包括：lf356n运算放大电路，icl7660电压转换电路；转换后的电压信号发送给lf356n运算放大器的电压输入端，icl7660电压转换电路将产生一个反向电压给lf356n的负压输入端，lf356n运算放大电路将放大后的电压通过电压输出端输出给模数转换装置。
13.所述模数转换装置采用ad9220高速ad转换电路；放大后的电压发送给ad9220高速ad转换电路的输入端，经过模数转换将数字信号通过输出端口输送给数据分析装置。
14.所述数据分析装置采用tms320f28335开发板。
15.所述人机交互装置采用lcd12864显示屏。
16.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过合理的构成及连接搭建了用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，基于该系统可以有效采集电力变压器的故障超声波信号，进而通过电压放大装置，将采集到的微弱超声波信号放大到模数转换装置可识别的电压等级，数据分析装置读取模数转换装置的数据并进行分析，最后通过人机交互装置将可视化信息显示。
附图说明
17.图1是本实用新型的结构框图；
18.图2是超声波采集装置外形示意图；
19.图3是电压放大装置中的fl356n运算放大电路以及icl7660电压转换电路的电路图；
20.图4是ad9220高速ad转换电路的电路图；
21.图5是lcd12864显示屏接口电路图。
具体实施方式
22.实施例1：如图1-5所示，一种用于电力变压器的故障超声波信号分析系统，包括超声波采集装置、电压放大装置、模数转换装置、数据分析装置、人机交互装置；通过超声波采集装置将电力变压器的故障超声波信号转换为电压信号，通过电压放大装置将采集到的超声波电压信号进行放大，由模数转换装置将模拟电压信号转换为数字信号，通过数据分析装置读取数字信号并对其进行信号分析并通过人机交互装置显示。
23.进一步地，可以设置所述超声波采集装置采用0.5p20超声波传感器；0.5p20超声波传感器将转换后的电压信号发送给电压放大装置。该传感器的工作频率适合电力变压器
的故障超声波信号的采集；
24.进一步地，可以设置所述电压放大装置包括：lf356n运算放大电路，icl7660电压转换电路；转换后的电压信号发送给lf356n运算放大器的电压输入端，icl7660电压转换电路将产生一个反向电压给lf356n的负压输入端，lf356n运算放大电路将放大后的电压通过电压输出端输出给模数转换装置。
25.进一步地，可以设置所述模数转换装置采用ad9220高速ad转换电路；放大后的电压发送给ad9220高速ad转换电路的输入端，经过模数转换将数字信号通过输出端口输送给数据分析装置。采用ad9220高速ad转换电路使得放大的电压信号转换速度快，且精度高。
26.进一步地，可以设置所述数据分析装置采用tms320f28335开发板；由于该开发板具备浮点计算的能力，因此更适合本技术中电力变压器的故障超声波信号的分析。
27.进一步地，可以设置所述人机交互装置采用lcd12864显示屏。
28.进一步地，可以设置所述0.5p20超声波传感器将转换后的电压信号发送给lf356n运算放大器的电压输入端，icl7660电压转换电路将产生一个反向电压给lf356n的负压输入端，电压放大装置将放大后的电压通过电压输出端输出给模数转换装置ad9220高速ad转换电路的输入端，经过模数转换将数字信号通过输出端口输送给数据分析装置tms320f28335开发板，经过数据分析之后将信息通过人机交互端口输送给人机交互装置lcd12864显示屏，最终由lcd12864显示屏将可视化信息显示。
29.由于电力变压器的故障超声波信号基本为高频信号，因此通过采用适合高频信号且工作带宽的特定的lf356n运算放大电路对该进行进行放大，使得放大效果更好。
30.具体的还可以如下：
31.如图3所示，电压放大装置包括：lf356n运算放大电路，icl7660电压转换电路，其中icl7660电压转换电路在cap (第2引脚)与cap-(第4引脚)引脚之间使用一个10nf电容连接，gnd(第3引脚)引脚接地，v (第8引脚)引脚接电源，vout(第5引脚)引脚接二极管d1的负极，二极管d1的正极接lf356n运算放大器的第4引脚、并经过一个20uf电容接地，lf356n运算放大器的第2引脚分别连接1k电阻r2和100k电位器r1的滑动引脚和固定引脚，其中r2另一端接地，r1的另一端接lf356n运算放大器的第6引脚，lf356n运算放大器的第7引脚接电源，第3引脚接超声波传感器的电压输入，第6引脚为电压输出；
32.如图4所示，模数转换装置采用ad9220高速ad转换电路，经lf356n的电压输出连接ad9220芯片的第18引脚，其中ad9220芯片的第1引脚～第14引脚的每一个引脚经100r电阻与输出端口out连接，第15引脚连接电源，第16引脚、第19引脚和第25接地，第17引脚经一个10k电阻r7接电源，第20引脚与第21引脚分别经0.1uf电容接地，并通过一个10uf电容和一个0.1uf电容并联相连接，第22引脚经一个0.1uf电容接地，第23引脚经电阻r3和r2接地，并于r3另一端引出p1并接地，27引脚经一个10uh电感接地，第28引脚接电源，并经过一个0.1uf电容接地；
33.通过所述数据分析装置采用的tms320f283335的sci通信单元读取模数转换装置ad9220高速ad转换电路的out端的数据，经芯片内部数据处理之后将处理后的数据发送给人机交互装置lcd12864显示屏；如数据分析装置对采集的放大的电压信号经过小波分析进行降噪处理，再由快速傅里叶变换进行故障分析，实现故障类型的判断，并通过人机交互装置进行显示，以便于工作人员进行检修。
34.如图5所示，人机交互装置采用的lcd12864显示屏的第1引脚和第20引脚接地，第2引脚、第15引脚、第9引脚接电源，第4至第14引脚分别连接数据分析装置tms320f28335的gpio57、gpio56、gpio54、xd0、xd1、xd2、xd3、xd4、xd5、xd6、xd7。
35.本实用新型的工作原理是：电力变压器在发送局部放电故障时会产生超声波，通过超声波采集装置将超声波信号转换为电压信号，通过电压放大装置将采集到的超声波电压信号进行放大，由模数转换装置将模拟电压信号转换为数字信号，通过数据分析装置读取数字信号并对其进行信号分析，最后由人机交互装置将可视化信息显示出来。
36.上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。