便携式电力变压器振动监测与故障诊断系统的研究与实现

摘要

大型电力变压器是电力工业中的关键设备之一，其安全运行对保证电网安全、可靠至关重要。因此，开展电力变压器的状态监测，是一项重要且有实际意义的研究课题。近年来，采用振动分析法进行变压器状态监测与故障诊断成为国内外研究的热点。与传统方法相比，基于振动信号分析的变压器故障诊断方法，对变压器内部机械结构变化敏感，且与整个电力系统没有电气连接，能够安全、可靠地用于变压器的状态监测。目前国内外基于振动分析法研发的状态监测系统大多用于实验分析研究，能够真正使用于实际现场的为数不多，便携形式的状态监测系统则更为鲜见。
　　本文基于振动分析法提出能够反映变压器油箱表面振动分布的特征量，用于变压器的故障诊断，并在此基础上研发了一套便携式电力变压器振动监测与故障诊断系统。本文主要内容概括如下:
　　首先，本文通过对变压器振动机理的研究，提出能够反映油箱表面振动分布的特征量，振动幅度重心和瞬时振动重心轨迹，用于表征油箱表面振动幅度的机械重心及其在一个振动周期内的变化轨迹。本文利用一台实际变压器进行模拟故障实验，对比变压器故障前后振动分布特征量的变化，验证了该特征量能有效用于变压器的故障诊断。
　　在此基础上，本文对便携式电力变压器振动监测与故障诊断系统进行研究，并开发了基于嵌入式Linux的信号采集与处理子系统，主要包括硬件电路和信号采集软件的设计。硬件电路具有信号调理、信号采集、网络连接、系统校时和电源供电的功能，包括嵌入式核心板、信号调理模块、信号采集模块、网络通讯模块、实时时钟模块和电源模块。信号采集软件具有信号采样、数据存储和数据管理的功能，包括基于PRU的信号采样功能模块、数据存储功能模块和数据管理功能模块。
　　最后，本文对便携式系统在实验室环境下和实际现场环境下进行了测试。测试结果表明，该系统可以稳定工作于实际现场，能够有效实现对变压器的振动监测与故障诊断。

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摘要

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附表清单

1 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变压器振动分析法研究现状

1．2．2 变压器振动监测系统研究现状

1．3 课题研究内容

2 变压器振动分布特征研究

2．1 变压器振动的基本理论

2．1．1 变压器绕组振动特性

2．1．2 变压器铁芯振动特性

2．1．3 变压器振动的传递特性

2．2 变压器振动分布特征

2．2．1 引言

2．2．2 振动分布特征量

2．3 实验及结果讨论

2．4 本章小结

3 系统需求分析和总体架构

3．1 系统需求分析

3．2 系统总体架构

3．3 传感器

3．4 采集系统

3．4．1 采集系统硬件结构

3．4．2 采集系统软件结构

3．5 诊断系统

3．6 本章小结

4 系统硬件设计

4．1 嵌入式核心板

4．2 信号调理模块

4．2．1 振动信号调理

4．2．2 电压信号调理

4．2．3 电流信号调理

4．2．4 中性点电流信号调理

4．3 信号采集模块

4．4 网络通讯模块

4．5 实时时钟模块

4．6 电源模块

4．7 本章小结

5 信号采集软件设计

5．1 软件需求及总体流程

5．2 嵌入式Linux操作系统

5．3 基于PRU的信号采样功能模块

5．3．1 PRU简介

5．3．2 采样环境搭建

5．3．3 实时采样

5．3．4 瞬时采样

5．4 数据存储功能模块

5．4．1 数据存储格式

5．4．2 数据存储扩展

5．4．3 实时采样数据存储

5．4．4 瞬时采样数据存储

5．5 数据管理功能模块

5．6 本章小结

6 系统测试及结果

6．1 测试概要

6．2 测试结果与分析

6．2．1 功能测试

6．2．2 性能测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简历