CN203705574U - 基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置 - Google Patents

Abstract

基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，包括三维磁场传感器、磁场检测模块、数据采集模块，三维磁场传感器连接磁场检测模块，磁场检测模块连接数据采集模块，数据采集模块连接监控模块。本实用新型一种基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，通过磁场检测技术来检测变压器漏磁量，从而判断变压器是的老化水平，从而提前做出预警。

Description

基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置

技术领域

本实用新型一种基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，涉及变压器故障检测领域。

背景技术

随着电力需求的强劲，输电设备的容量也越来越大。对于输变电中最重要的设备之一：变压器，其体积的大小往往与自身的容量成正比。变压器体积越大，检修也越不方便。变压器在长久运行后，由于受到热、磁、雨水、阳光等一些因数的印象，往往会伴随着老化。老化程度的不同，变压器会出新不同的现像，在还没有出现明显故障现象时，往往很难检测变压器达到了何种老化程度。变压器由于制造技术的原因，不可能将漏磁完全消除，因此，在运行中，漏磁总会存在，漏磁的出现，会使变压器外壳出现磁损耗并伴随着发热。而这种现象长期出现则会造成变压器漏磁回路中部件出现老化，进一步提高漏磁阻抗，使漏磁量进一步增加。目前对变压器进行故障检测有：1）、震动检测，用于判断变压器是否出现部件松动。2）、油量检测（油式变压器），通过油量来判断是否出现漏油，过度发热以及短路。3）、温度检测，来判断变压器温度是否过高。4）、短路电路检测，用于判断变压器内部相间，单相匝间是否出现短路故障。对于故障检测2）、4）常用于短路故障发生，而并非针对变压器老化做出预警。故障检测1）、3）可以用来冲某个方便来反映变压器某种特定的正常现象。但对于变压器容量的增大，这几种检测往往不能满足变压器的发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，通过磁场检测技术来检测变压器漏磁量，从而判断变压器是的老化水平，从而提前做出预警。

本实用新型采取的技术方案为：基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，包括三维磁场传感器、磁场检测模块、数据采集模块，三维磁场传感器连接磁场检测模块，磁场检测模块连接数据采集模块，数据采集模块连接监控模块；

所述磁场检测模块包括单片机U1，单片机U1连接第一无线传输电路、脉冲驱动电路和信号放大电路；所述数据采集模块包括按键电路、RS-485传输电路和指示灯电路，所述按键电路、RS-485传输电路和指示灯电路连接单片机U1，单片机U1连接第二无线传输电路。

所述磁场检测模块、数据采集模块分别连接电源转换模块。

所述按键电路包括按键B1、B2，按键B1一端连接+5V电源、另一端通过电阻R13接地，按键B2一端连接+5V电源、另一端通过电阻R14接地。

所述RS-485传输电路包括SP3485协议转换芯片U3，SP3485协议转换芯片U3通过非门U4连接单片机U1。

所述指示灯电路包括LED灯模块，多个LED灯中任意一个、其一端与单片机U1连接、另一端通过对应连接一个电阻后接地。

所述电源转换模块包括+5V降压电路、-5V电压转换电路。

所述监控模块采用PC电脑。

所述三维磁场传感器至少为3个，三维磁场传感器为HMC1023磁阻传感器。

本实用新型基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，技术效果如下：

1）、通过单独设置磁场检测模块和数据采集模块，之间采用无线数据传输使得磁场采集模块和数据采集中心安装简化和方便。

2）、采集模块的数量可以按使用者需求添加和减少，这样可以适用于不同大小的变压器，使得数据采集更加方便，通过合理设置磁场采集模块的数量还可以助于判断的准确性；

3）、采用排型LED灯模块来显示那个磁场采集模块连接成功，方便直观。

4）、PC电脑和采集模块之间采用RS-485协议进行说传输，可以方便进行远距离传输，并且可以方便使用者用电脑存储数据。

附图说明

图1为本实用新型装置连接示意图。

图2为本实用新型装置磁场检测模块电路图。

图3为本实用新型装置数据采集模块电路图。

图4为本实用新型装置电源转换模块电路图。

具体实施方式

基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，包括三维磁场传感器、磁场检测模块、数据采集模块，三维磁场传感器连接磁场检测模块，磁场检测模块连接数据采集模块，数据采集模块连接监控模块。所述磁场检测模块、数据采集模块分别连接电源转换模块。

磁场检测模块：主要是通过三维磁场传感器HMC1023对周边磁场进行检测，观察变压的漏磁量变换，由于变压器体积大，所以一个三维磁场传感器是肯定不够的，因此在磁场检测部分特意进行了设计。磁场传感器个数可以根据使用者要求增加或减少。在数据采集模块上将会有对应LED灯显示，但最多只能设置九个。传输线路采用RS-485总线进行传输，其传输距离足够将变压器到电脑监控。

如图1中所示：所述磁场检测模块包括单片机U1，单片机U1连接第一无线传输电路、脉冲驱动电路和信号放大电路。

1）、采用三维磁场检测传感器HMC1023来检测变压器漏磁。HMC1023型磁感传感器是以单一组件设计的高性能3-轴式磁阻传感器。其内部有有三个正交的磁阻传感器，每个磁阻传感器都按4单元惠斯顿电桥排列，能将磁场转换成不同的输出电压，能传的磁场强度低至85微高斯，这恰好满足变压器漏磁磁场低的要求。该电路由一个HMC1023磁场传感器U2，三个INA128仪表放大器U3、U4、U5，一个IRF7509双MOSFET驱动芯片U6,电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C10、C11、C12，以及二极管D1、D2、D3组成。HMC1023的8、9号引脚为X轴信号输出的正负引脚，11、12号引脚为Y轴信号输出的正负引脚，14、1号引脚为Z轴信号输出的正负引脚，X、Y、Z轴三个信号输出引脚分别接于INA128的U3、U4、U5的3、4号引脚。INA128是仪表放大器具有高输入阻抗，高共模抑制比，低偏置而且有最高可达1000倍的放大能力，仪表放大器只需要一个电阻即可以调节放大倍数，如U3、U4、U5的1、8号引脚所接的R3、R4、R5，U3、U4、U5的4、7号引脚分别接-、+5V电源，5号引脚接地。U3、U4、U5的6号引脚为信号输出引脚，通过半波整流与单片机U1的23~25号引脚（为ADC0~ADC2模数转换端口）。D1、R6、C10和D2、R7、C11以及D3、R8、C12分别组成U3、U4、U5的6号引脚所接的半波整流电路。HMC1023磁场传感器输出的微弱信号通过仪表放大器INA128放大后，再经半波整流输出单片机，然后单片机通过模数转换成数字信号读取。U1的13号引脚通过IRF7509驱动芯片U6连接至U2的10号引脚，U2（HMC1023）10号引脚为脉冲复位引脚，由于HMC1023长期暴露于地磁场下，可能会存在偏执，因此在每次测量之前通过脉冲对其进行一次复位，保证测量准确性。

 2）、第一无线传输电路：采用NORDIC公司生产的nRF24L01无线收发芯片，该芯片工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段。该芯片功耗极低，主要有4种工作模式：接收模式、发送模式、待机模式、掉电模式，当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗小于1mA。由图可知，该电路由nRF24L01，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，电阻R1、R2，电感L1、L2、L3，晶振X1，天线组成，各元件参数详见电路图。nRF24L01的1~6号引脚与ATMEGA8PB7~PB2号引脚相连，之间通过SPI协议进行数据传输。ATMEGA8通过SPI对nRF24L01进行发送数据、待机等控制。在控制器中nRF24L01只工作在发送模式和待机模式。当距离检测模块检测到障碍物时，单片机通过nRF24L01向“方位指示器”发送方位信号。

3）、单片机U1采用英特梅尔公司生产的ATMEGA8低功耗未处理器。

数据采集模块：内部电路如图3所示，该电路由4个部分组成：第二无线传输电路、按键电路、指示灯电路和RS-485传输电路。

1）、第二无线传输电路与采集模块中的第一无线传输电路一致，此处不再赘述。

2）、按键电路：有两个控制按键，电路由按键B1、B2、电阻R13、R14组成。单片机U1的12号引脚通过按键B1与+5V电源相接，并且还通过R13电阻接地；U1的13号引脚通过按键B2与+5V电源相接，并且还通过R14电阻接地。按键B1功能是在新增加或减少磁场检测模块后，用于对模块重新搜索。按键B2功能是用于开通或关闭采集功能。当B1按下后，+5V电源导通，U1的12号引脚上为5V，表示按键按下；当按键B1弹开后，5V电源断开，电阻R13作为下拉电阻使U1上的12号引脚为0V，表示B1断开。按键B2原理与B1一致

3）、指示灯电路：主要功能是通过LED来显示磁场采集模块连接成功。该电路由排型LED模块U2，电阻R3~R12组成。U2的1~10号引脚分别于单片机U1的23、24、25、26、27、28、1、4、5、6号引脚相连，U2的11~20号引脚分别通过R3~R12接到地。U2从右至左LED灯，分别标号为D1~D10，其中D1~D9分别对应“磁场采集1~9”。采集中心与磁场采集模块连接成功，单片机就会驱动对应的LED灯变亮，从而达到一种显眼的提示效果。D10是采集中心工作的指示灯。

4）、RS-485传输电路：主要功能是将单片机自带的USART串行协议转换成485半双工的协议，并将采集到的数据传送至电脑上。该电路由SP3485协议转换芯片U3，非门U4组成。SP3485是协议转换芯片，将USART串行协议转换成RS485半双工协议。U3的1、4号引脚（发送、接收）分别接到单片机U1的3、2号引脚(对应单片机的USART串行端口的TXD、RXD)。单片机U1的11号引脚直接连接到U3的3号引脚，还通过一个非门连接到U3的2号引脚，U3的2、3号引脚分别是U3的1、4号引脚的使能端，2号引脚是低电平使能，3号引脚是高电平使能。由于RS485是半双工通讯，收和发数据不能同时进行，因此如此设计电路，可使单片机U1通过一个引脚就可以控制U3的接收和发送功能切换使能，优化资源利用。U3的7号引脚为485协议信号输出引脚，连接到电脑。

图4是电源转换模块：包含9V到+5V降压电路，9V到-5V变换电路。9V电源由锂电池提供，S1为开关，D1为方向二极管，防止电池接反烧毁电路。该电路作为独立电路分别存在采集模块和控制模块中，提供电能。

1）、7.5V到+5V降压电路：包括稳压芯片7805，PNP三极管Q1，电容C1、C2，电阻R1，发光二极管D2组成。7805的1号引脚接9V电池，2号引脚接地、3号引脚为5V输出，三极管Q1的射极、集电极与7805的1号引脚相连，集电极与3号引脚相连，电容C1、C2为输入输出的电源滤波。电阻R1与LED灯D2为5V电源指示灯，提示使用者5V电源正常。

2）、7.5V到-5V电压变换电路：包括稳压芯片7905，电容C3、C4，电阻R2，发光二极管D3组成。7905的1号引脚接9V电池，2号引脚接地、3号引脚为-5V输出，电容C3、C4为输入输出的电源滤波。电阻R2与LED灯D3为-5V电源指示灯，提示使用者-5V电源正常。

Claims (8)

1.基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，包括三维磁场传感器、磁场检测模块、数据采集模块，其特征在于，三维磁场传感器连接磁场检测模块，磁场检测模块连接数据采集模块，数据采集模块连接监控模块；

所述磁场检测模块包括单片机U1，单片机U1连接第一无线传输电路、脉冲驱动电路和信号放大电路；所述数据采集模块包括按键电路、RS-485传输电路和指示灯电路，所述按键电路、RS-485传输电路和指示灯电路连接单片机U1，单片机U1连接第二无线传输电路。

2.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述磁场检测模块、数据采集模块分别连接电源转换模块。

3.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述按键电路包括按键B1、B2，按键B1一端连接+5V电源、另一端通过电阻R13接地，按键B2一端连接+5V电源、另一端通过电阻R14接地。

4.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述RS-485传输电路包括SP3485协议转换芯片U3，SP3485协议转换芯片U3通过非门U4连接单片机U1。

5.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述指示灯电路包括LED灯模块，多个LED灯中任意一个、其一端与单片机U1连接、另一端通过对应连接一个电阻后接地。

6.根据权利要求2所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述电源转换模块包括+5V降压电路、-5V电压转换电路。

7.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述监控模块采用PC电脑。

8.根据权利要求1所述基于磁场检测原理的变压器在线监测预警转置，其特征在于，所述三维磁场传感器至少为3个，三维磁场传感器为HMC1023磁阻传感器。