一种机车主变压器在线监测系统的制作方法

本发明属于电子
技术领域：
，涉及一种机车主变压器在线监测系统，具体地说，涉及一种电力机车主变压器在线监测系统。
背景技术：
：电力机车主变压器是交流电力机车上的一个重要部件，被称为电力机车的心脏，其重要性可见一斑，主变压器运行的可靠性和持续性是机车行车安全的有力保证。电力机车主变压器的运行条件相对恶劣，相对于普通民用电力变压器，机车主变压器的短路阻抗高，网压波动大（约10kv），牵引绕组（低压绕组）电流中存在高次谐波，并且长期工作在大温差、持续振动、频繁启停、负载频繁变换的环境下，一些潜在的小故障在恶劣的环境中极有可能演变成灾难性事故而影响行车安全，造成重大损失。目前针对机车主变压器的检修与维护手段主要以修程离线诊断为主，离线诊断的主要有效方法为人工抽取变压器油样品，送化验室进行油中溶解气体含量分析，此方式不能及时发现潜在故障因素，且工作效率较低，综合以上分析来看，开展对机车主变压器的在线监测技术研究具有十分重要的意义。机车主变压器悬挂安装于机车车底的中间，原边电压（25kv）通过高压电缆由受电弓经高压电器柜连接到主变压器。主变压器采用油冷，具有温度、油流、压力、布赫继电器等保护功能。目前机车主变压器油在春鉴过程中和主变压器异常时需要检测，抽取油样进行室内化验过程繁琐。取油样时需要打开主变压器走行部护板，拧开主变压器油箱阀门，阀门在多次开关后存在密封不严的隐患。为及时发现机车运行中主变压器油异常，防止发生意外情况，确保行车安全，需研制一种机车主变压器在线监测系统。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种机车主变压器在线监测系统。其具体技术方案为：一种机车主变压器在线监测系统，由主机与载气提供装置构成，所述主机和载气提供装置之间通过气管连接，所述主机和机车主变压器的取油口之间通过取油管连接，所述主机还与机车取电点之间通过电源线连接，所述主机的左侧面盖上设有取油管接口、载气压力变送器接口、载气气管接口、供电电源接口和电源开关，所述主机的面盖上设有显示屏、sd卡及其卡槽。进一步，所述主机的中间层设有控制主板和开关电源。进一步，所述主机的底层结构设有气泵、进油阀、出油阀、油缸、脱气室、电推杆、六通阀调整机构、进气阀、检测器、色谱柱、载气注入控制阀、气压微调阀。脱气室上设有脱气室加气阀，变压器与脱气室通过进油阀和出油阀连接。脱气室连接进气阀、气泵、六通阀调整机构、脱气室加气阀和脱气室依次连接形成回路，其中六通阀调整机构包括定量环和六通阀，脱气室加气阀实现载气注入脱气室。脱气室与油缸连接，电推杆连接并作用于油缸。六通阀调整机构通过气压微调阀和载气注入控制阀与载气瓶连接。同时，六通阀调整机构连接色谱柱，色谱柱连接检测器。进一步，所述主机的cpu采用32位低功耗armcortex-m4处理器。有益效果：本发明的机车主变压器在线监测系统的主机箱采用一体化设计，外形简洁，结构坚固而紧凑，移动、安装方便。主机内部结构采用模块化设计，各部件按功能模块化形成功能组件，使设备结构清晰，便于组装及维护。其接口采用灵活的设计方式，所有对外接口都集中在主机左侧面板。附图说明图1为本发明机车主变压器在线监测系统的总体结构图；图2为主机面盖及其接口结构示意图；图3为主机中间层结构示意图；图4为主机底层结构示意图；图5为工作过程示意图；图6为工作原理示意图。图7为cpu的电路；图8为电源滤波电路；图9为信号采集电路；图10为主界面；图11为系统功能菜单界面；图12为总体结构布置及其管路线路接法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。参照图1-图2，一种机车主变压器在线监测系统，由主机与载气提供装置构成，所述主机和载气提供装置之间通过气管连接，所述主机和机车主变压器的取油口之间通过取油管连接，所述主机还与机车取电点之间通过电源线连接，所述主机的左侧面盖上设有取油管接口1、载气压力变送器接口2、载气气管接口3、供电电源接口4和电源开关5，所述主机的面盖上设有显示屏6、sd卡7及其卡槽8。如图3所示，所述主机的中间层设有控制主板9和开关电源10。如图4所示，所述主机的底层结构设有气泵11、进油控制阀12、出油控制阀13、油缸14、脱气室15、电推杆16、六通阀调整机构17、进气阀18、检测器19、色谱柱20、载气注入控制阀21、气压微调阀22，脱气室15上设有脱气室加气阀23，变压器与脱气室15通过进油控制阀12和出油控制阀13连接。脱气室15连接进气阀18、气泵11、六通阀调整机构17、脱气室加气阀23和脱气室15依次连接形成回路，其中六通阀调整机构17包括定量环和六通阀，脱气室加气阀23实现载气注入脱气室15。脱气室15与油缸14连接，电推杆16连接并作用于油缸14。六通阀调整机构17通过气压微调阀22和载气注入控制阀21与载气瓶连接。同时，六通阀调整机构17连接色谱柱20，色谱柱20连接检测器19。系统工作过程如图5、图6所示，自清洁，在六通阀回位后加热色谱柱20，打开载气注入控制阀21，将载气注入到色谱柱20，进行色谱柱20清洁。变压器油取样，通过电推杆16拉动油缸14在脱气室15产生负压，通过进油控制阀12和出油控制阀13轮流导通来控制进油。脱气，当变压器油加满脱气室15后关闭进油和出油控制阀开始加热脱气室15，至油温达到80度后开始利用电推杆16来回抽动达到高温振动脱气效果，此过程油温恒温在80度。定量，在脱气完成后，开启气泵11对管路抽空处理，当色谱柱达到70度后打开进气阀18使脱出的气体流进定量环，再关闭进气阀18。组分，转动六通阀调整机构17，调节气压微调阀22，定量环中待测气体由载气带入色谱柱20，在色谱柱中对待测气体进行组分。检测，当色谱柱出峰时开启检测器19采集组分气体出峰数据将气体流量转化为电信号量，传给微处理器进行数据分析，当需检测的最后一个出峰时间过后停止检测。系统会将测试数据进行保存与实时显示，其历史数据可转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。最后清洁色谱柱20，关闭加热装置和载气控制阀。完成测试。其中，变压器油取样详细工作过程：当打开出油控制阀13、关闭进油控制阀12，电推杆16推动油缸14，脱气室15的旧油或气体从出油控制阀13流出，当打开进油控制阀12、关闭出油控制阀13后电推杆16拉动油缸14时油就从进油控制阀12进入脱气室15。如此往复，新油不断流进脱气室15旧油不断排出，达到检测取样的目的。检测器19详细工作过程：采用对变压器油中溶解气体中关键种类气体成分(如h2，ch4，c2h4，c2h2等)敏感的传感器，当色谱柱20组分后的气体流经传感器后，因浓度差产生了不同的电流，经过后级电路滤波放大后送mcu采集运算得出各种气体含量数据。其中，传感器的布置无特殊要求，因色谱柱对气体进行组分，一个时间段只出一种气体，所以不会产生干扰。所述主机的cpu采用32位低功耗armcortex-m4处理器，功能强大，运行稳定。在主频高达168mhz时处理速度可达到210dmips，内部集成了单周期dsp指令和fpu（floatingpointunit，浮点单元），提升了计算能力，可以进行复杂的计算和控制。电路图如图7所示。如图8所示，电源滤波电路采用大容量的干扰吸收电路，电磁兼容性好，完全适应机车的使用环境。如图9所示，信号采集电路采用低电压轨至轨输出运算放大器，具有单位增益稳定性，集成了rfi和emi抑制滤波器，并且在过驱情况下不会出现相位反转，电阻式开环输出阻抗使其能够在更高的电容负载下更轻松地实现稳定。人机界面设计中的显示屏采用智能串口屏，其界面操作简单、便捷，各功能控件版书清晰，能实时反映系统状态亦能快速响应用户操作。部分用户操作界面如图10、图11所示。本发明采用气相色谱分析原理，实现变压器油中溶解气体的在线监测。当变压器存在局部过热或局部放电时，故障部位的绝缘油或固体绝缘物将会分解出小分子烃类气体（如ch4、c2h6、c2h4、c2h2等）和其他气体（如h2、co等）。上述每种气体在绝缘油中的浓度和油中可燃气体的总浓度（tcg）均可作为变压器内部故障诊断的指标。机车主变压器在线监测系统运行时，内部取样装置自动将变压器油吸入到油样采集单元中，进行油样循环，在真空以及高温的环境下进行搅拌，实现油气快速分离，再通过内部管路的负压作用力，将故障特性气体导入六通阀定量管。定量管中的故障特性气体在载气的推动下进入色谱柱，通过色谱柱对不同气体具备不同的亲和作用，将故障特性气体依次分离。气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体逐一进行检测，并将故障气体的浓度特性转换成电信号。数据采集器中心cpu对电信号进行转换处理形成监测原始数据，然后再对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份及总烃含量，并将测试数据进行本地存储。用户可通过数据导出或者设定ip地址自动将数据导入至后台计算机故障诊断专家系统对变压器油色谱数据进行综合分析诊断，实现对机车主变压器的状态实时跟踪与监测。装置监测结果与室内化验结果对比如下表1、表2所示：表1机车主变压器在线监测系统测试数据测试日期氢气（h2）一氧化碳(co)甲烷(ch4)乙烷(c2h6)乙烯(c2h4)乙炔(c2h2)总烃2018.10.238.53235.666.2129.371.311.9938.882018.10.308.39247.216.2829.321.272.0138.882018.11.208.58248.436.3129.371.362.0439.082018.11.278.75261.116.2929.361.311.9838.942018.12.048.72275.436.4129.381.372.0639.222018.12.119.01263.756.3429.331.422.1339.222019.01.088.89278.016.3229.371.432.1139.232019.01.229.18291.356.4729.411.392.1439.412019.01.299.12287.846.5329.381.422.1839.512019.02.059.27279.086.5629.431.522.1639.672019.02.269.332856.6329.421.492.2439.782019.03.129.31283.026.8329.431.542.2240.022019.03.199.36281.716.8429.471.522.2140.042019.03.269.48285.66.8529.561.492.2440.142019.04.029.62295.216.9729.481.532.1840.162019.04.099.68299.656.9529.581.552.2140.292019.04.169.81305.327.1429.671.552.2440.62019.04.239.78335.417.2529.621.592.2540.712019.05.0710.05346.487.4729.731.512.3141.022019.05.149.91332.127.4229.631.572.2540.872019.05.2110.35337.317.5329.711.552.2941.082019.05.2810.73351.687.4629.651.572.2740.952019.06.0410.85346.077.6729.681.582.2541.182019.06.1811.05361.967.6129.721.552.2841.162019.06.2511.07363.067.7429.751.632.2741.392019.07.0211.15367.187.7129.731.572.2941.32019.07.0911.02371.617.7429.781.562.3141.392019.07.227.69220.126.1929.821.291.7392019.07.297.72219.756.3629.891.291.7239.262019.08.057.78221.066.2329.871.321.6939.112019.08.127.72222.736.2929.861.271.7139.132019.08.197.76224.946.2729.91.331.7639.262019.08.267.79223.216.3429.921.311.7839.352019.09.027.85226.366.4129.91.331.7339.372019.09.097.89225.576.4829.961.311.7639.512019.09.167.91226.786.5529.981.341.8139.682019.09．237.96227.996.6230.051.331.7939.792019.09.307.88232.216.6830.091.351.8239.942019.10.077.97234.416.7530.071.321.7939.932019.10.147.96235.626.8230.111.331.8140.072019.10.218.01234.936.8930.081.351.8340.152019.10.287.98236.046.9630.121.351.8140.24表2机务段化验室化验数据分析日期氢气一氧甲烷乙烷乙烯乙炔总烃2018.10.108.47233.656.0728.991.341.8838.282018.12.158.95266.016.3429.331.422.1339.222019.01.109.08285.096.6629.541.422.2139.832019.02.189.39285.336.6329.231.472.2439.572019.03.049.28265.416.429.771.292.1439.62018.04.119.77298.556.9729.331.562.0739.932018.05.099.96329.387.5129.481.612.1840.782018.06.2010.98359.677.7729.321.62.31412019.07.1910.65366.387.2129.531.271.9539.962019.08.217.71222.436.3129.871.271.8139.262019.09.167.8216.16.0429.691.281.7938.82019.10.187.93229.396.7130.091.291.8239.91本发明的机车主变压器在线监测系统在具体应用过程中，设备安装前应定好设备取油点，再选择合适的位置安放设备，位置应离设备取油点越近越好，因为取油管与电源线缆都不宜铺设过长。具体安装步骤如下:固定主机，将主机四个角上的固定孔装好螺丝。铺设并连接变压器取油口与主机取油管接口之间的取油管。铺设并连接电源线，电源取电位置应考滤主机最大功率工作时的电流，在电源线与取电点接通前应确保将机车蓄电池断开，切断电源以确保用电安全。铺设并连接载气管路，以及压力变送器信号线。总体结构布置及其管路线路接法如图12所示，设备安装好后，将载气开启，并调节好载气压力(输出压力控制在300-500kpa，并检查气路接口是否有漏气，再打开机车主变压器取油口阀门，检查取油管路接口是否有漏油，在检查均正常后，再闭合机车蓄电池和主机取电处开关，按下主机电源开关，如果供电正常即可开始正常工作。设备安装时应注意管路与线路铺设应整齐整洁，无安全隐患。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。当前第1页12