一种变压器绕组变形在线检测传感装置的制作方法

1.本发明属于电力技术领域，涉及一种变压器绕组变形在线检测传感装置。


背景技术：

2.变压器是整个电网系统的核心设备，一旦发生故障，带来的损失将不可估量。随着电网的发展，电力变压器遭受短路冲击的次数和幅值也逐渐增大。而变压器内部支撑部件逐年老化，抗短路冲击能力随之逐年下降。变压器绕组发生变形的原因可能是近区短路电流或雷电流的冲击、运输或安装过程中的碰撞和变压器油中分解出的可燃性气体发生的爆炸或地震现象等。
3.变压器绕组变形监测相关技术的发展，包括短路阻抗法、低压脉冲法、频响法、振动法等。其中，短路阻抗法和频响法应用比较广泛，拥有相关技术规范和检测标准。常用的基于频响法原理的绕组变形检测方法需要将变压器停运并拆解连接线，费时费力，灵活性和时效性受到严重局限。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种变压器绕组变形在线检测传感装置，解决了可以在线对变压器绕组变形进行检测的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变压器绕组变形在线检测传感装置，包括取能单元和信号采集单元，取能单元为信号采集单元供电；取能单元包括传感器线圈、整流滤波电路、dc-dc模块和ldo稳压电路，传感器线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路连接dc-dc模块，dc-dc模块连接ldo稳压电路，dc-dc模块输出vcc正电源，ldo稳压电路输出3.3v电源；信号采集单元包括保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器、二级放大器、主控制器和无线模块，工频滤波器的输入端连接传感器线圈，工频滤波器还连接电压跟随器，电压跟随器连接高通滤波器，高通滤波器连接中间放大器，中间放大器连接二级放大器，二级放大器连接主控制器的一个ad端口，无线模块连接主控制器；保护电路设于工频滤波器的输入端，用于防雷击保护。
6.优选的，所述传感器线圈为线圈t1，线圈t1为高频测量线圈。
7.优选的，所述整流滤波电路包括电感l1、电容c1、二极管d2二极管d1、电容c13、电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c14、电感l2、电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4和电容c5,线圈t1的副边3脚通过串联连接的电感l1和电容c1连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接线圈t1的副边的4脚，即第一地线，二极管d2的负极连接电感l2的1脚，电感l2的2脚输出v+电源，电容c13的一端连接二极管d2的负极、另一端连接第一地线；电阻r1的1脚连接电感l2的1脚、2脚通过电阻r2连接第一地线，电容c2的1脚连接
电感l2的1脚、2脚通过电容c14连接第一地线，电阻r1的2脚连接电容c2的2脚；电阻r3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电阻r4连接第一地线，电容c3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电容c4连接第一地线，电阻r3的2脚连接电容c3的2脚；电容c5的一端连接电感l2的2脚、另一端连接第一地线。
8.优选的，所述dc-dc模块包括dc-dc芯片ic1及其外围电路，dc-dc芯片ic1的型号为max5097，dc-dc芯片ic1的输入端通过v+电源供电、输出端输出vcc电源和第二地线；ldo稳压电路包括ldo稳压器及其外围电路，ldo稳压器的型号为ams1117-3.3,ldo稳压电路的输入端通过vcc电源供电、输出端输出3.3v电源；vcc电源为保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器和二级放大器供电，3.3v电源为主控制器和无线模块供电；第一地线和第二地线之间通过磁珠r0连接。
9.优选的，所述工频滤波器包括电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，电容c9的1脚连接线圈t1的3脚、2脚通过电阻r6连接第一地线，电容c9的2脚还连接电容c10的1脚，电容c10的2脚通过电阻r7连接第一地线，电容c10的2脚还连接电容c11的1脚，电容c11的2脚通过电阻r8连接第一地线，电容c11的2脚还连接电容c12的1脚，电容c12的2脚通过电阻r9连接第一地线；所述保护电路包括tvs管d4，tvs管d4的一端连接线圈t1的3脚、另一端连接线圈t1的4脚。
10.优选的，所述电压跟随器是由放大器a1、电阻r11和电阻r10构成的电压跟随器电路，放大器a1的正输入端通过电阻r10连接电容c12的2脚；高通滤波器包括电容c15、电容c16、电容c21、电阻r12、电阻r13、电容r14和放大器a2，电容c15的1脚连接放大器a1的输出端、2脚连接电容c16的1脚，电容c15的2脚还通过电阻r12连接第一地线，电容c16的2脚通过电阻r13连接放大器a2的输出端，电容c16的2脚还连接电容c21的1脚，电容c21的2脚连接放大器a2的正输入端，电容c21的2脚还通过电阻r14连接第一地线；中间放大器包括电阻c23、放大器a3、电阻r16、电阻r17和电容c24，放大器a2的输出端通过电容c23连接放大器a3的正输入端，放大器a3的正输入端还通过串联连接的电阻r16和电阻r17连接第一地线，电阻r16和电阻r17的连接节点通过电容c24连接放大器a3的输出端，放大器a3的负输入端和输出端连接在一起。
11.优选的，所述二级放大器的型号为可编程放大器ad8253，二级放大器的输入端连接放大器a3的输出端，二级放大器的输出端连接所述主控制器的一个ad接口。
12.优选的，所述tvs管d4的型号为20kp30ca，所述主控制器的型号为c8051f350，所述无线模块的型号为zigbee模块cc2530。
13.本发明所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，解决了可以在线对变压器绕组变形进行检测的技术问题，本发明直接从检测线圈上获取供电电能，并且设计了工频滤波、高通滤波、中间放大器、电压跟随器等信号调理电路，可以实现强背景噪声下微电流信号的自动增益放大，本发明还具有抗雷电设计，并能通过无线通信网络向数据中心发送在线检测数据，实现了现场变压器绕组变形在线监测功能。
附图说明
14.图1是本发明的原理图方框图；图2是本发明的取能单元、保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器和二级放大器的电路图；图3是本发明的cc2530最小系统电路图。
具体实施方式
15.如图1-图3所示，一种变压器绕组变形在线检测传感装置，包括取能单元和信号采集单元，取能单元为信号采集单元供电；取能单元包括传感器线圈、整流滤波电路、dc-dc模块和ldo稳压电路，传感器线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路连接dc-dc模块，dc-dc模块连接ldo稳压电路，dc-dc模块输出vcc正电源，ldo稳压电路输出3.3v电源；所述传感器线圈为线圈t1，线圈t1为高频测量线圈。
16.频率响应分析法由加拿大的 dick e p 和 erven c c 提出，并得到各国学者的研究和广泛应用。
17.频率响应分析法可以通过高频测量线圈实现，原理与罗氏线圈原理相同。
18.本实施例是基于高频测量线圈的基础上进行取能并测量，采用频响法检测变压器绕组变形，高频信号频率范围为1khz-1mhz。高频测量线圈可以放置在110kv或者220kv变压器套管根部，二次绕组匝数为250匝，开环圆环结构。并在开环处设计有1mm的气隙结构。
19.线圈铁芯材料为铁基非晶合金，初始磁导率为10000，磁感应饱和强度 ，线圈尺寸外径d=440mm,内径 ，高度h=25mm，磁路长度为 。
20.所述整流滤波电路包括电感l1、电容c1、二极管d2二极管d1、电容c13、电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c14、电感l2、电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4和电容c5,线圈t1的副边3脚通过串联连接的电感l1和电容c1连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接线圈t1的副边的4脚，即第一地线，二极管d2的负极连接电感l2的1脚，电感l2的2脚输出v+电源，电容c13的一端连接二极管d2的负极、另一端连接第一地线；电阻r1的1脚连接电感l2的1脚、2脚通过电阻r2连接第一地线，电容c2的1脚连接电感l2的1脚、2脚通过电容c14连接第一地线，电阻r1的2脚连接电容c2的2脚；电阻r3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电阻r4连接第一地线，电容c3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电容c4连接第一地线，电阻r3的2脚连接电容c3的2脚；电容c5的一端连接电感l2的2脚、另一端连接第一地线。
21.本实施例中，二极管d1和二级d2构成倍压整流电路，电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c14、电感l2、电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4构成了lcπ型滤波电路，整体取能电路的输出电压平滑度高、波动小的特性，为了减小高频电压的干扰，本发明还在电路两端并联两个电容c13和c5。
22.所述dc-dc模块包括dc-dc芯片ic1及其外围电路，dc-dc芯片ic1的型号为max5097，dc-dc芯片ic1的输入端通过v+电源供电、输出端输出vcc电源和第二地线；
ldo稳压电路包括ldo稳压器及其外围电路，ldo稳压器的型号为ams1117-3.3,ldo稳压电路的输入端通过vcc电源供电、输出端输出3.3v电源；vcc电源为保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器和二级放大器供电，3.3v电源为主控制器和无线模块供电；第一地线和第二地线之间通过磁珠r0连接。
23.由于所用线圈既要取能，又要进行绕组变形在线检测，因此需要设计用于高频和工频的分离的工频滤波器，以减小工频感应电压对测量信号的影响。
24.信号采集单元包括保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器、二级放大器、主控制器和无线模块，工频滤波器的输入端连接传感器线圈，工频滤波器还连接电压跟随器，电压跟随器连接高通滤波器，高通滤波器连接中间放大器，中间放大器连接二级放大器，二级放大器连接主控制器的一个ad端口，无线模块连接主控制器；保护电路设于工频滤波器的输入端，用于防雷击保护。
25.所述工频滤波器包括电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，电容c9的1脚连接线圈t1的3脚、2脚通过电阻r6连接第一地线，电容c9的2脚还连接电容c10的1脚，电容c10的2脚通过电阻r7连接第一地线，电容c10的2脚还连接电容c11的1脚，电容c11的2脚通过电阻r8连接第一地线，电容c11的2脚还连接电容c12的1脚，电容c12的2脚通过电阻r9连接第一地线；本实施例中，工频滤波器采用四阶rc电路滤除工频，衰减倍数可以达到0.000954，对工频衰减很大，可以很好的消除工频干扰。
26.所述保护电路包括tvs管d4，tvs管d4的一端连接线圈t1的3脚、另一端连接线圈t1的4脚。
27.所述电压跟随器是由放大器a1、电阻r11和电阻r10构成的电压跟随器电路，放大器a1的正输入端通过电阻r10连接电容c12的2脚；高通滤波器包括电容c15、电容c16、电容c21、电阻r12、电阻r13、电容r14和放大器a2，电容c15的1脚连接放大器a1的输出端、2脚连接电容c16的1脚，电容c15的2脚还通过电阻r12连接第一地线，电容c16的2脚通过电阻r13连接放大器a2的输出端，电容c16的2脚还连接电容c21的1脚，电容c21的2脚连接放大器a2的正输入端，电容c21的2脚还通过电阻r14连接第一地线；本发明采用的高通滤波器为有源高通滤波器，其滤波效果好，可以很好的剔除低频信号。
28.中间放大器包括电阻c23、放大器a3、电阻r16、电阻r17和电容c24，放大器a2的输出端通过电容c23连接放大器a3的正输入端，放大器a3的正输入端还通过串联连接的电阻r16和电阻r17连接第一地线，电阻r16和电阻r17的连接节点通过电容c24连接放大器a3的输出端，放大器a3的负输入端和输出端连接在一起。
29.本发明采用了一个中间放大器来提高输入阻抗，减少信号损耗，中间放大器为一个交流放大器。
30.本实施例中，放大器a1、放大器a2和放大器a3均为op07放大器。
31.所述二级放大器的型号为可编程放大器ad8253，二级放大器的输入端连接放大器a3的输出端，二级放大器的输出端连接所述主控制器的一个ad接口。
32.所述tvs管d4的型号为20kp30ca，所述主控制器的型号为c8051f350，所述无线模块的型号为zigbee模块cc2530。
33.线圈t1的信号通过工频滤波器的工频滤波后送入电压跟随器，然后再送入高通滤波器进行滤波，再然后通过中间放大器进行一次放大，再然后通过二级放大器进行二次放大，最后送入主控制器的ad中进行处理。主控制器可以通过无线模块向中心发送检测数据。
34.本发明所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，解决了可以在线对变压器绕组变形进行检测的技术问题，本发明直接从检测线圈上获取供电电能，并且设计了工频滤波、高通滤波、中间放大器、电压跟随器等信号调理电路，可以实现强背景噪声下微电流信号的自动增益放大，本发明还具有抗雷电设计，并能通过无线通信网络向数据中心发送在线检测数据，实现了现场变压器绕组变形在线监测功能。

技术特征：
1.一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：包括取能单元和信号采集单元，取能单元为信号采集单元供电；取能单元包括传感器线圈、整流滤波电路、dc-dc模块和ldo稳压电路，传感器线圈连接整流滤波电路，整流滤波电路连接dc-dc模块，dc-dc模块连接ldo稳压电路，dc-dc模块输出vcc正电源，ldo稳压电路输出3.3v电源；信号采集单元包括保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器、二级放大器、主控制器和无线模块，工频滤波器的输入端连接传感器线圈，工频滤波器还连接电压跟随器，电压跟随器连接高通滤波器，高通滤波器连接中间放大器，中间放大器连接二级放大器，二级放大器连接主控制器的一个ad端口，无线模块连接主控制器；保护电路设于工频滤波器的输入端，用于防雷击保护。2.如权利要求1所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述传感器线圈为线圈t1，线圈t1为高频测量线圈。3.如权利要求2所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述整流滤波电路包括电感l1、电容c1、二极管d2二极管d1、电容c13、电阻r1、电阻r2、电容c2、电容c14、电感l2、电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4和电容c5,线圈t1的副边3脚通过串联连接的电感l1和电容c1连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接二极管d2的正极，二极管d1的负极连接线圈t1的副边的4脚，即第一地线，二极管d2的负极连接电感l2的1脚，电感l2的2脚输出v+电源，电容c13的一端连接二极管d2的负极、另一端连接第一地线；电阻r1的1脚连接电感l2的1脚、2脚通过电阻r2连接第一地线，电容c2的1脚连接电感l2的1脚、2脚通过电容c14连接第一地线，电阻r1的2脚连接电容c2的2脚；电阻r3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电阻r4连接第一地线，电容c3的1脚连接电感l2的2脚、2脚通过电容c4连接第一地线，电阻r3的2脚连接电容c3的2脚；电容c5的一端连接电感l2的2脚、另一端连接第一地线。4.如权利要求3所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述dc-dc模块包括dc-dc芯片ic1及其外围电路，dc-dc芯片ic1的型号为max5097，dc-dc芯片ic1的输入端通过v+电源供电、输出端输出vcc电源和第二地线；ldo稳压电路包括ldo稳压器及其外围电路，ldo稳压器的型号为ams1117-3.3,ldo稳压电路的输入端通过vcc电源供电、输出端输出3.3v电源；vcc电源为保护电路、工频滤波器、电压跟随器、高通滤波器、中间放大器和二级放大器供电，3.3v电源为主控制器和无线模块供电；第一地线和第二地线之间通过磁珠r0连接。5.如权利要求4所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述工频滤波器包括电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，电容c9的1脚连接线圈t1的3脚、2脚通过电阻r6连接第一地线，电容c9的2脚还连接电容c10的1脚，电容c10的2脚通过电阻r7连接第一地线，电容c10的2脚还连接电容c11的1脚，电容c11的2脚通过电阻r8连接第一地线，电容c11的2脚还连接电容c12的1脚，电容c12的2脚通过电阻r9连接第一地线；所述保护电路包括tvs管d4，tvs管d4的一端连接线圈t1的3脚、另一端连接线圈t1的4脚。
6.如权利要求5所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述电压跟随器是由放大器a1、电阻r11和电阻r10构成的电压跟随器电路，放大器a1的正输入端通过电阻r10连接电容c12的2脚；高通滤波器包括电容c15、电容c16、电容c21、电阻r12、电阻r13、电容r14和放大器a2，电容c15的1脚连接放大器a1的输出端、2脚连接电容c16的1脚，电容c15的2脚还通过电阻r12连接第一地线，电容c16的2脚通过电阻r13连接放大器a2的输出端，电容c16的2脚还连接电容c21的1脚，电容c21的2脚连接放大器a2的正输入端，电容c21的2脚还通过电阻r14连接第一地线；中间放大器包括电阻c23、放大器a3、电阻r16、电阻r17和电容c24，放大器a2的输出端通过电容c23连接放大器a3的正输入端，放大器a3的正输入端还通过串联连接的电阻r16和电阻r17连接第一地线，电阻r16和电阻r17的连接节点通过电容c24连接放大器a3的输出端，放大器a3的负输入端和输出端连接在一起。7.如权利要求6所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述二级放大器的型号为可编程放大器ad8253，二级放大器的输入端连接放大器a3的输出端，二级放大器的输出端连接所述主控制器的一个ad接口。8.如权利要求5所述的一种变压器绕组变形在线检测传感装置，其特征在于：所述tvs管d4的型号为20kp30ca，所述主控制器的型号为c8051f350，所述无线模块的型号为zigbee模块cc2530。

技术总结
本发明公开了一种变压器绕组变形在线检测传感装置，属于电力技术领域，包括取能单元和信号采集单元，解决了可以在线对变压器绕组变形进行检测的技术问题，本发明直接从检测线圈上获取供电电能，并且设计了工频滤波、高通滤波、中间放大器、电压跟随器等信号调理电路，可以实现强背景噪声下微电流信号的自动增益放大，本发明还具有抗雷电设计，并能通过无线通信网络向数据中心发送在线检测数据，实现了现场变压器绕组变形在线监测功能。现场变压器绕组变形在线监测功能。现场变压器绕组变形在线监测功能。


技术研发人员：夏天雷 常帅 童超 黄涛 高佳平 葛鑫 朱勇 房森
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司常州供电分公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/6