基于LabVIEW下變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要： 本文探討了變壓器振動(dòng)分析法，其主要以機(jī)械參數(shù)為主、輔之以電氣參數(shù)，構(gòu)建了一套較為安全的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)踐證明，這種系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)效果具有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)分析法；LabVIEW電力變壓器；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)采集；故障診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.132

在電力系統(tǒng)中，變壓器較其他設(shè)備而言具有更重要的地位，確保變壓器正常運(yùn)作可以有效的保證電力系統(tǒng)整體運(yùn)作的安全性。在實(shí)際供電過程中，如果變壓器突然中斷，那么就會(huì)中斷電力的供應(yīng)，給人們的生產(chǎn)生活帶來諸多不便。因此保障變壓器的正常穩(wěn)定工作具有重要的意義，故而需要加強(qiáng)變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

目前在線檢測(cè)變壓器的方法主要有三種，根據(jù)監(jiān)測(cè)原理的不同可分為：傳遞函數(shù)法、油樣氣相色譜法以及振動(dòng)分析法。根據(jù)監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用的廣度，本文通過使用振動(dòng)信號(hào)分析法來對(duì)電力變壓器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究。

1 振動(dòng)分析法

當(dāng)變壓器平穩(wěn)運(yùn)作的時(shí)候，受硅鋼片磁滯伸縮的影響，鐵心處就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的波動(dòng)，繞組在負(fù)載電流的電場(chǎng)作用下也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，經(jīng)過變壓器的運(yùn)作將繞組和鐵心的振動(dòng)傳送到變壓器的油料儲(chǔ)存箱中，從而帶動(dòng)了油箱發(fā)生了波動(dòng)。通過對(duì)油箱的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析研究，經(jīng)過反推，就可以反向推出變壓器的主要部件在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的狀況。因此，我們可以通過以下方式來獲取研究需要的關(guān)鍵信息，利用振動(dòng)傳感器安置在油箱壁上獲得油箱波動(dòng)時(shí)的振動(dòng)信號(hào)，再通過數(shù)學(xué)建模的方式將收集的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，就可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后總結(jié)出影響變壓器正常運(yùn)行的因素，分析故障原因以及處理方案的制定。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 數(shù)據(jù)采集終端

PC-104模塊是終端硬件所要具備的工業(yè)級(jí)別模塊。另外，在選擇CPU模塊的時(shí)候，我們一般選用的是臺(tái)灣研華的PCM-3351系統(tǒng)，而A/D模塊最好選擇研華的PCM-3717，經(jīng)過實(shí)踐證明，該公司的CPU模塊具有良好的使用效果。研華的PCM-3717系統(tǒng)的主要內(nèi)容是17路單端模擬輸入或者是7路差分模擬輸入、3個(gè)7位的數(shù)字輸入端、轉(zhuǎn)換精度可達(dá)11位、采樣頻率最高可達(dá)110kHz，可見優(yōu)勢(shì)非常明顯。

目前最少要用3路振動(dòng)傳感器，因?yàn)樾枰O(jiān)測(cè)三相電力變壓器的每一相振動(dòng)信號(hào)狀態(tài)，這個(gè)系統(tǒng)里設(shè)計(jì)了4路振動(dòng)信號(hào)。另外，還要檢測(cè)變壓器的三相電壓以及電流，此外，在系統(tǒng)內(nèi)，還要完成對(duì)電流和電壓的測(cè)量，因此就又多了2路采集通道。另外各個(gè)采集通道都設(shè)置了溫度采集信息通道，因此總共擁有了12路模擬采集通道。

基頻（100Hz）附近是變壓器振動(dòng)信號(hào)能量的主要集中地，有較少的諧波分量存在，510 Hz之后基本退化到0，所以，使用的采樣頻率最好選擇4097Hz，這樣能夠保障信號(hào)分析的精準(zhǔn)度，每12s終端就需要采集一次數(shù)據(jù)。

WinCE是整個(gè)操作系統(tǒng)的核心，并且由重要的編程語(yǔ)言——C語(yǔ)言來對(duì)檢測(cè)軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)采集終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集完畢后，就可以對(duì)變壓器實(shí)時(shí)的電壓、電流以及振動(dòng)情況進(jìn)行了解，接著對(duì)這些已獲取的資料進(jìn)行分析并進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，然后再將這些分析過的數(shù)據(jù)統(tǒng)一回傳給上位機(jī)中，最后通過使用LabVIEW 軟件來分析和處理上位機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)，最終獲取變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀況。

2.2 上位機(jī)

LabVIEW軟件編程是上位機(jī)所采用的主要技術(shù)軟件。NI公司所推出的LabVIEW軟件編程是一項(xiàng)功能齊全并且操作方便的軟件，在科學(xué)研究領(lǐng)域和工程領(lǐng)域中被廣泛的使用，它具有的圖形顯示的系統(tǒng)界面非常適合使用LabVIEW軟件，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW軟件主要是圖形化編程方面的軟件。

上位機(jī)能對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果呈現(xiàn)出多樣性的顯示，它不僅可以顯現(xiàn)出實(shí)時(shí)的檢測(cè)波形，還能根據(jù)檢測(cè)段整理出實(shí)時(shí)的趨勢(shì)走向，另外還可以通過圖形和表格的形式完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，從而更為直觀的表達(dá)實(shí)時(shí)檢測(cè)情況。上位機(jī)依據(jù)數(shù)據(jù)分析的需要來生成對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求幀，然后將請(qǐng)求幀發(fā)傳送給數(shù)據(jù)采集終端通過使用串口或者以太網(wǎng)通信的方式，數(shù)據(jù)采集終端在收到請(qǐng)求幀之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，然后將處理好的數(shù)據(jù)信息傳送到上位機(jī)中，接著上位機(jī)會(huì)判斷所傳送的數(shù)據(jù)信息是不是正確的：倘若發(fā)現(xiàn)所接受的數(shù)據(jù)信息是錯(cuò)誤的，那么就應(yīng)該給終端傳送接受錯(cuò)誤的響應(yīng)幀，并要求數(shù)據(jù)采集終端重新傳送數(shù)據(jù)；如果所接收的數(shù)據(jù)信息是正確的，那么就要給上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)接收正確的響應(yīng)幀，表明傳送數(shù)據(jù)的成功。最后上位機(jī)需要處理對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過波形、頻譜顯示和系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示的方式呈現(xiàn)出來。

3 實(shí)時(shí)波形和頻譜顯示界面

變壓器狀態(tài)指示燈和終端狀態(tài)指示燈是工作狀態(tài)指示燈的兩部分。如果變壓器狀態(tài)指示燈顯示的是綠色，那就說明目前的變壓器工作正常；反之，當(dāng)指示燈出現(xiàn)紅色時(shí)，就需要引起我們的注意，及時(shí)排查出現(xiàn)的問題，使變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。終端狀態(tài)指示燈的工作原理和變壓器指示燈原理相同，不過多贅述。在對(duì)實(shí)時(shí)波形進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)變壓器工作出現(xiàn)故障時(shí)，檢測(cè)人員可以通過改變波形顯示界面的橫坐標(biāo)范圍來對(duì)波形發(fā)生的變化進(jìn)行辨析，檢查出可能出現(xiàn)問題的部位，再針對(duì)性的進(jìn)行維護(hù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)變壓器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)作業(yè)可以有效對(duì)變壓器的故障進(jìn)行診斷，為電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供保障?；贚abVIEW軟件的實(shí)時(shí)在線狀態(tài)檢測(cè)可以對(duì)變壓器的運(yùn)行情況及時(shí)的進(jìn)行反映，使變壓器工作得到有效的控制，便利了人們的生產(chǎn)生活，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡(jiǎn)介：王柄東（1996-），男，河北邯鄲人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。