基于振动法的电力变压器在线监测系统

论文摘要

电力系统安全运行是关系国计民生的大事,而电力变压器故障是造成电力安全的重大隐患,因此,研究电力变压器监测系统具有重要意义。目前常用的变压器检测方法可以分为离线检测和在线监测两种,其中在线监测不需要变压器停止运转且能更为准确地检测变压器运行中存在的问题。传统变压器在线监测系统侧重于电气特性而忽略了机械性能的影响,存在监测参数不全面等问题。基于振动法的变压器在线监测系统通过测量正在运转的变压器油箱表面的振动信号能够有效反应变压器运行过程中铁心和绕组的状态,因而是一种有应用前景的方法。本论文以宁波市科技攻关项目“电力变压器在线状态监测与故障诊断系统”为研究背景,目标是建立一个能够应用于现场的基于振动法的电力变压器在线监测系统（TCMS）。论文首先对TCMS的整体结构、硬件设计、外部接口和传感器安装等作了介绍,还叙述了硬件抑制干扰采取的措施和方法。其次,论文重点对作者参与和承担的用于现场的前置机数据采集系统进行了详细叙述,包括系统TCMS前置机软件的设计与实现和前置机与上位机通讯模块的设计与实现,给出了TCMS前置机软件的基本功能、软件构架与设计方法以及前置机与上位机通讯的规约以及通讯的具体实现方法。作为论文的理论研究部分,针对传统振动信号分析常用的傅立叶方法存在的缺陷,采用适合非线性系统的自适应时频信号处理方法——Hilbert-Huang变换对宁波市某变电站现场采集的电力变压器振动信号进行理论分析,获得变压器油箱表面振动信号具有的本质特性。通过对变压器正常运行状况下时间—频率—能量分布图分析,得出振动信号的基频和谐波特性、振动信号的能量分布等。最后探究了变压器振动信号中基频和谐波频率的产生的原因。电力变压器的物理建模和在线故障诊断系统的研究是今后需要进一步做的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电力变压器概述
• 1.2.1 电力变压器的分类与油浸式变压器内部结构
• 1.2.2 电力变压器故障原因
• 1.3 变压器监测的主要方法
• 1.3.1 变压器检测方法的发展
• 1.3.2 变压器在线监测的主要方法
• 1.4 振动分析法的原理、研究现状与存在问题
• 1.4.1 振动分析法的理论依据
• 1.4.2 振动法研究现状与存在问题
• 1.5 本论文的主要工作
• 2 TCMS系统整体构建
• 2.1 TCMS系统整体结构
• 2.2 TCMS外部接口与传感器设置
• 2.3 系统的硬件结构设计
• 2.3.1 PC/104总线介绍
• 2.3.2 信号调理
• 2.3.3 数据采集模块
• 2.3.4 CPU模块介绍
• 2.4 与现场使用有关的要求
• 2.4.1 内部干扰的抑制
• 2.4.2 外部电磁干扰的抑制
• 2.5 TCMS前置机实物图
• 3 TCMS前置机软件设计
• 3.1 WINDOWS CE操作系统及软件开发环境
• 3.1.1 Windows CE嵌入式操作系统
• 3.1.2 Embedded Visual C++开发环境及应用程序开发流程
• 3.2 TCMS前置机软件功能概述
• 3.2.1 断电恢复功能
• 3.2.2 采样功能
• 3.2.3 数据预处理功能
• 3.2.4 趋势分析功能
• 3.2.5 报警功能
• 3.2.6 数据显示功能
• 3.2.7 数据存储功能
• 3.2.8 通讯功能
• 3.3 TCMS前置机软件设计
• 3.3.1 系统软件框架
• 3.3.2 系统流程图
• 3.3.3 采样处理线程的实现
• 3.3.4 MFC界面线程的实现
• 3.3.5 通讯线程的实现
• 3.3.6 线程同步与协调
• 4 通讯模块的设计与实现
• 4.1 远程计算机软件设计
• 4.2 通讯子程序的协议设计
• 4.2.1 通讯握手协议
• 4.2.2 数据帧的封装协议
• 4.3 前置机串口通讯程序的实现
• 4.4 前置机以太网通讯程序的实现
• 5 变压器振动信号的理论分析
• 5.1 现场数据的采集
• 5.1.1 测试变压器的相关参数
• 5.1.2 变压器接线与测点示意图
• 5.1.3 远程上位机图示结果
• 5.2 HILBERT-HUANG理论对变压器振动信号的处理
• 5.2.1 Hilbert-Huang理论的提出
• 5.2.2 Hilbert-Huang变换理论中的重要概念
• 5.2.3 HHT用于振动信号分析的可行性
• 5.2.4 振动信号的Hilbert-Huang分析
• 5.3 基频与谐波分量的产生原因
• 6 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间参加的项目
• 攻读硕士学位期间发表论文