基于LabVIEW下變壓器在線狀態監測系統研究

摘 要： 本文探討了變壓器振動分析法，其主要以機械參數為主、輔之以電氣參數，構建了一套較為安全的在線狀態監測系統。經過實踐證明，這種系統的在線監測效果具有重要的實踐意義。

關鍵詞：振動分析法；LabVIEW電力變壓器；狀態監測；數據采集；故障診斷

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

在電力系統中，變壓器較其他設備而言具有更重要的地位，確保變壓器正常運作可以有效的保證電力系統整體運作的安全性。在實際供電過程中，如果變壓器突然中斷，那么就會中斷電力的供應，給人們的生產生活帶來諸多不便。因此保障變壓器的正常穩定工作具有重要的意義，故而需要加強變壓器的狀態監測。

目前在線檢測變壓器的方法主要有三種，根據監測原理的不同可分為：傳遞函數法、油樣氣相色譜法以及振動分析法。根據監測方法在實際應用的廣度，本文通過使用振動信號分析法來對電力變壓器的在線狀態監測進行研究。

1 振動分析法

當變壓器平穩運作的時候，受硅鋼片磁滯伸縮的影響，鐵心處就會產生對應的波動，繞組在負載電流的電場作用下也會出現波動，經過變壓器的運作將繞組和鐵心的振動傳送到變壓器的油料儲存箱中，從而帶動了油箱發生了波動。通過對油箱的振動信號進行分析研究，經過反推，就可以反向推出變壓器的主要部件在運行過程中出現的狀況。因此，我們可以通過以下方式來獲取研究需要的關鍵信息，利用振動傳感器安置在油箱壁上獲得油箱波動時的振動信號，再通過數學建模的方式將收集的振動信號轉化為數據，就可以對這些數據進行分析，最后總結出影響變壓器正常運行的因素，分析故障原因以及處理方案的制定。

2 系統介紹

2.1 數據采集終端

PC-104模塊是終端硬件所要具備的工業級別模塊。另外，在選擇CPU模塊的時候，我們一般選用的是臺灣研華的PCM-3351系統，而A/D模塊最好選擇研華的PCM-3717，經過實踐證明，該公司的CPU模塊具有良好的使用效果。研華的PCM-3717系統的主要內容是17路單端模擬輸入或者是7路差分模擬輸入、3個7位的數字輸入端、轉換精度可達11位、采樣頻率最高可達110kHz，可見優勢非常明顯。

目前最少要用3路振動傳感器，因為需要監測三相電力變壓器的每一相振動信號狀態，這個系統里設計了4路振動信號。另外，還要檢測變壓器的三相電壓以及電流，此外，在系統內，還要完成對電流和電壓的測量，因此就又多了2路采集通道。另外各個采集通道都設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）附近是變壓器振動信號能量的主要集中地，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，這樣能夠保障信號分析的精準度，每12s終端就需要采集一次數據。

WinCE是整個操作系統的核心，并且由重要的編程語言——C語言來對檢測軟件進行開發設計。在數據采集終端對數據進行采集完畢后，就可以對變壓器實時的電壓、電流以及振動情況進行了解，接著對這些已獲取的資料進行分析并進行狀態檢測，然后再將這些分析過的數據統一回傳給上位機中，最后通過使用LabVIEW 軟件來分析和處理上位機所獲取的數據，最終獲取變壓器的實際運行狀況。

2.2 上位機

LabVIEW軟件編程是上位機所采用的主要技術軟件。NI公司所推出的LabVIEW軟件編程是一項功能齊全并且操作方便的軟件，在科學研究領域和工程領域中被廣泛的使用，它具有的圖形顯示的系統界面非常適合使用LabVIEW軟件，因為LabVIEW軟件主要是圖形化編程方面的軟件。

上位機能對數據處理結果呈現出多樣性的顯示，它不僅可以顯現出實時的檢測波形，還能根據檢測段整理出實時的趨勢走向，另外還可以通過圖形和表格的形式完成對數據的處理，從而更為直觀的表達實時檢測情況。上位機依據數據分析的需要來生成對應的請求幀，然后將請求幀發傳送給數據采集終端通過使用串口或者以太網通信的方式，數據采集終端在收到請求幀之后對數據進行整理，然后將處理好的數據信息傳送到上位機中，接著上位機會判斷所傳送的數據信息是不是正確的：倘若發現所接受的數據信息是錯誤的，那么就應該給終端傳送接受錯誤的響應幀，并要求數據采集終端重新傳送數據；如果所接收的數據信息是正確的，那么就要給上位機發送數據接收正確的響應幀，表明傳送數據的成功。最后上位機需要處理對應的數據，并通過波形、頻譜顯示和系統工作狀態顯示的方式呈現出來。

3 實時波形和頻譜顯示界面

變壓器狀態指示燈和終端狀態指示燈是工作狀態指示燈的兩部分。如果變壓器狀態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，當指示燈出現紅色時，就需要引起我們的注意，及時排查出現的問題，使變壓器恢復正常運行狀態。終端狀態指示燈的工作原理和變壓器指示燈原理相同，不過多贅述。在對實時波形進行檢測時，當變壓器工作出現故障時，檢測人員可以通過改變波形顯示界面的橫坐標范圍來對波形發生的變化進行辨析，檢查出可能出現問題的部位，再針對性的進行維護處理。

4 結語

綜上所述，加強變壓器的在線狀態監測作業可以有效對變壓器的故障進行診斷，為電網的正常運行提供保障。基于LabVIEW軟件的實時在線狀態檢測可以對變壓器的運行情況及時的進行反映，使變壓器工作得到有效的控制，便利了人們的生產生活，具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]楚清河，馬建華，聶貞.基于LabVIEW的變壓器局部放電在線監測系統[J].變壓器，2011（10）.

[2]李大鵬，茹予波，韓豐收，丁亞偉，魯佳.基于LabVIEW的變電站二次回路在線監測系統[J].儀表技術與傳感器，2012（04）.

[3]張佩，趙書濤，申路，郭靜.基于LabVIEW的變壓器直流電阻快速測量系統的設計[J].電工電氣，2013（07）.

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