一种组合式智能电力变压器健康状态评估系统的制作方法

1.本发明涉及变压器评估领域，尤其是涉及一种组合式智能电力变压器健康状态评估方法。


背景技术：

2.电力设备的安全运行与电气设备的有效检测密切相关。因此，建立电气设备状态监测系统，对电气设备的运行状态进行智能化评估与故障诊断，能够有效提高电网运行的可靠性。其中电力变压器作为电力系统中的重要设备，其在线监测显得很重要，但目前的电力变压器检测大多采用单一传感器进行，实际诊断过程中面临的设备结构复杂性和运行环境不确定性因素，反映的设备状态往往是不完整的，成为电力领域监测技术当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种组合式智能电力变压器健康状态评估系统。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种组合式智能电力变压器健康状态评估系统，包括器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统、通信模块、数据汇总模块、电源模块，
6.所述的器身振动采集子系统用于获取电力变压器的振动信号；
7.所述的电流采样子系统用于获取电力变压器的电流信号；
8.所述的高频采样子系统用于获取电力变压器的高频信号；
9.所述的通信模块用于将器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统采集到的电力变压器信号发送至数据汇总模块；
10.所述的数据汇总模块用于对电力变压器信号进行处理，获取电力变压器的健康状态；
11.所述的电源模块用于为系统供电。
12.优选地，所述的器身振动采集子系统包括器身振动采样模块、负荷电流采样模块、负荷电压采样模块、振动信号采集器、振动采集控制器，
13.所述的器身振动采样模块用于对电力变压器的器身振动信号进行采样；
14.所述的负荷电流采样模块用于对电力变压器的负荷电流信号进行采样；
15.所述的负荷电压采样模块用于对电力变压器的负荷电压信号进行采样；
16.所述的振动信号采集器用于采集器身振动信号并发送至振动采集控制器；
17.所述的振动采集控制器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至数据汇总模块。
18.优选地，所述的振动采集控制器为stm32h743zit6单片机，所述的振动信号采集器为ad7616采集器。
19.优选地，所述的电流采样子系统包括中性点电信号采样模块、夹件接地电流信号采样模块、铁芯接地电流信号采样模块、风机电流信号采样模块、油泵电流信号采样模块、电流信号采集器、电流信号控制器，
20.所述的中性点电信号采样模块、夹件接地电流信号采样模块、铁芯接地电流信号采样模块、风机电流信号采样模块、油泵电流信号采样模块分别用于对中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号进行采样；
21.所述的电流信号采集器用于采集中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号；
22.所述的电流信号控制器用于对获取的中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号进行信号处理，并通过通信模块发送至数据汇总模块。
23.优选地，所述的电流信号控制器为stm32h743zit6单片机，所述的电流信号采集器为ad7616采集器。
24.优选地，所述的高频采样子系统包括高频信号采样模块、高频信号采集器、高频信号控制器、高频信号处理器，
25.所述的高频信号采样模块用于对电力变压器的特高频信号、高频信号、超声波信号进行采样，并进行前级处理和采样调理；
26.所述的高频信号采集器用于对特高频信号、高频信号、超声波信号进行采集，并发送并存储至高频信号控制器；
27.所述的高频信号处理器用于对高频信号控制器中的特高频信号、高频信号、超声波信号进行信号处理；
28.所述的高频信号控制器用于获取并存储采集到的特高频信号、高频信号、超声波信号，将处理好的特高频信号、高频信号、超声波信号发送至数据汇总模块。
29.优选地，所述的高频信号控制器为fpga xc6slx16-2ftg256c芯片，所述的高频信号处理器为stm32h750vbt6单片机。
30.优选地，所述的数据汇总模块包括温湿度采集模块、外设通信模块和状态评估处理器，
31.所述的温湿度采集模块用于获取电力变压器的环境温湿度数据；
32.所述的外设通信模块用于与器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统进行数据通信，获取电力变压器的振动信号、电流信号、高频信号，
33.所述的状态评估处理器对电力变压器的振动信号、电流信号、高频信号进行融合处理，获取电力变压器的健康状态。
34.优选地，所述的状态评估处理器基于d-s证据方法对振动信号、电流信号、高
35.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
36.(1)本发明综合获取电力变压器的器身振动信号、电流信号、高频信号，对多个角度的电力变压器数据进行融合处理，进而实现被测电力变压器健康状态评估的更精确描述，系统的整体在线检测水平与故障诊断能力高；
37.(2)本发明的器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统分别设计针对于电力变压器的信号采集装置，能够多级别、多方面、多层次的信号获取和处理，传感器
的信号获取精度高。
附图说明
38.图1为本发明的结构示意图；
39.图2为本发明的器身振动采集子系统的结构示意图；
40.图3为本发明的电流采样子系统的结构示意图；
41.图4为本发明的高频采样子系统的结构示意图；
42.图5为本发明获取电力变压器健康状态的流程图。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
44.实施例
45.一种组合式智能电力变压器健康状态评估系统，如图1所示，包括器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统、通信模块、数据汇总模块、电源模块。
46.器身振动采集子系统用于获取电力变压器的振动信号，具体地，器身振动采集子系统包括器身振动采样模块、负荷电流采样模块、负荷电压采样模块、振动信号采集器、振动采集控制器，器身振动采样模块用于对电力变压器的器身振动信号进行采样；负荷电流采样模块用于对电力变压器的负荷电流信号进行采样；负荷电压采样模块用于对电力变压器的负荷电压信号进行采样；振动信号采集器用于采集器身振动信号并发送至振动采集控制器；振动采集控制器用于采集器身振动信号、负荷电流信号、负荷电压信号，并进行信号处理，通过通信模块发送至数据汇总模块。
47.本实施例中，如图2所示，振动采集控制器为stm32h743zit6单片机，振动信号采集器采用外扩ad7616为采集器外扩ram用于信号采集和运算。器身振动采样模块、负荷电流采样模块、负荷电压采样模块采集的信号包括18路振动信号，3路负荷电流和3路负荷电压，16路振动信号由ad7616采集，其余2路振动、3路负荷电压、负荷电流由stm32控制器内部ad采集；通过过零比较器得到系统当前的零相位，供系统中高频检测部分使用(局放的幅值和相位)。
48.电流采样子系统用于获取电力变压器的电流信号，具体地，电流采样子系统包括中性点电信号采样模块、夹件接地电流信号采样模块、铁芯接地电流信号采样模块、风机电流信号采样模块、油泵电流信号采样模块、电流信号采集器、电流信号控制器，中性点电信号采样模块、夹件接地电流信号采样模块、铁芯接地电流信号采样模块、风机电流信号采样模块、油泵电流信号采样模块分别用于对中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号进行采样；电流信号采集器用于采集中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号；电流信号控制器用于对获取的中性点电信号、夹件接地电流信号、铁芯接地电流信号、风机电流信号、油泵电流信号进行信号处理，并通过通信模块发送至数据汇总模块。
49.本实施例中，如图3所示，电流信号控制器为stm32h743zit6单片机，电流信号采集
器为ad7616采集器，ad7616采集器采集16路电流信号，系统中一共72路风机有油泵电流，1路铁心接地电流、1路夹件接地电流和1路变压器中性点接地电流，故需要设置5个电流采样模块进行采样。
50.信号调理部分和振动模块的电流信号调理相同，不同的是需要根据实际的电流大小等级更换不同比例的开口电流互感器和采样电阻。比如，振动的负荷电流最高为5a，而铁心接地、夹件接地电流为10a。调理输出信号经过瞬态抑制二极管tvs后，直接送入ad7616采集，再通过控制器的fsmc并口即可得到采样数据。
51.此外，由于变压器中性点接地电流包含直流和交流两部分，不能直接采用开口电流互感器采集，故采用安科瑞ahkc-ekb 0～(200-1000)a 5v/4vφ40霍尔开口式电流传感器，其直接输出电压信号，由ad7616直接采集即可。而且，该传感器需要
±
15v供电，为了制板统一，没有单独为其制作电流采样模块，5块电流采样板都包含12v—
±
15v电源转换模块，用到该传感器的电路板焊接该模块即。
52.高频采样子系统用于获取电力变压器的高频信号，高频采样子系统包括高频信号采样模块、高频信号采集器、高频信号控制器、高频信号处理器，高频信号采样模块用于对电力变压器的特高频信号、高频信号、超声波信号进行采样，并进行前级处理和采样调理；高频信号采集器用于对特高频信号、高频信号、超声波信号进行采集，并发送并存储至高频信号控制器；高频信号处理器用于对高频信号控制器中的特高频信号、高频信号、超声波信号进行信号处理；高频信号控制器用于获取并存储采集到的特高频信号、高频信号、超声波信号，将处理好的特高频信号、高频信号、超声波信号发送至数据汇总模块。
53.本实施例中，如图4所示，高频信号控制器为fpga xc6slx16-2ftg256c芯片，高频信号处理器为stm32h750vbt6单片机。高频信号控制器外扩两个sram作为数据存储，通过fsmc并口连接高频信号处理器。
54.通信模块用于将器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统采集到的电力变压器信号发送至数据汇总模块，本实施例中，通信模块为can总线。
55.数据汇总模块包括温湿度采集模块、外设通信模块和状态评估处理器，温湿度采集模块用于获取电力变压器的环境温湿度数据；外设通信模块用于与器身振动采集子系统、电流采样子系统、高频采样子系统进行数据通信，获取电力变压器的振动信号、电流信号、高频信号，状态评估处理器对电力变压器的振动信号、电流信号、高频信号进行融合处理，获取电力变压器的健康状态。
56.状态评估处理器基于d-s证据方法对振动信号、电流信号、高频信号进行融合，获取电力变压器的健康状态。
57.具体地，通过多传感器信息感知与融合后，得到不同传感器信息特征，这些信息从不同的方面反映了变压器当前的运行状态，将这些指标信息按变压器独立进行评估，以此确定主观权重与客观权重兼顾的组合权重，建立起基于信息融合的变压器健康状态评估模型，其评估模型如图5所示。
58.由于不同特征项数据对应故障的情况不同，只有落在一定范围内的数据才能指向故障发生。根据单项比值在总体样本中的分布集中情况，参考截尾均值对多个数据的处理思想，通过数据排序并按数据突兀情况去掉两端极值，得到特征项相应的有效区间。对标准区间内的数据取中点为最高100分，端点为最低60分，区间其他位置则按100～60进行线性
分配。
59.将不在区间内的数值得分设置为40，主要原因在于：1、不希望出现最低分数为60的情况，否则正常状态下的变压器可能因某项比值的偶然波动被误判为故障；2、不希望出现最低分数为0的情况，否则容易发生故障状态下的变压器局放数据因波动被判断为正常的情况。40分可较为有效地缓和这种冲突。根据有效区间确定单个特征项的评分，公式如下，
[0060][0061]
其中，a与b分别是有效区间的上、下限，grade为对应下标在该故障下的评分值；xi为评分项比值，i代表对应故障的第i个评分项比值。
[0062]
则单个故障状态的评分公式为
[0063][0064]
其中ωi为各个传感器评估健康权重。
[0065]
数据汇总模块用于对电力变压器信号进行处理，获取电力变压器的健康状态。
[0066]
电源模块用于为系统供电，本实施例中采用5v、12v开关电源进行供电。
[0067]
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。