專利名稱：變壓器鐵芯接地電流在線監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線監測系統，特別涉及一種基于DSP算法的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統。
背景技術：
目前，在供電系統中，電力變壓器是電力系統中最重要電氣設備，運行中一旦出現 故障，將會對電力系統造成嚴重的后果；正常運行時，電力變壓器的變壓器鐵芯只有一點接 地，一旦出現變壓器鐵芯兩點接地或者多點接地，則電力變壓器的變壓器鐵芯與大地之間 將形成電流回路，電流回路中的最大電流可達幾十安培，將會造成變壓器鐵芯局部過熱甚 至燒毀。目前用于判斷電力變壓器中的變壓器鐵芯是否存在多點接地主要有這三種方法 鉗形電流表定期監測變壓器鐵芯接地電流的電氣法；測量變壓器鐵芯對地絕緣的電阻法； 監測變壓器絕緣油特征氣體的氣相色譜分析法；以上方法存在的不足是不能及時的發現變 壓器鐵芯多點接地故障，一旦發生故障也不能及時的采取相應的措施，因此對變壓器鐵芯 接地電流進行實時監測是十分必要的。在現有技術的中，如中國專利申請號為200710061733. 6，授權公告號為 CN101038306A的實用新型專利公開了一種電力變壓器鐵芯接地電流在線監測裝置及過流 限制裝置，其中測量電路是由電流互感器、信號處理電路、DSP、限流電阻網絡和控制電路構 成，但是此設備使用DSP對信號進行分析和處理的算法只能得到當前工頻電流的大小，而 無法實現電流多次諧波的分析，導致各次諧波的數據的丟失，而且該技術只能通過無線或 者有線的方式和上位機進行連接來傳輸數據而無法在現場進行數據拷貝。綜上所述，針對現有技術的缺陷，特別需要一種變壓器鐵芯接地電流在線監測系 統，以解決以上提到的問題。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，針對現有技 術存在的上述不足，克服了無法分析電流信號中各次諧波電流值的缺陷，將采集到的電壓 信號依據數學變換的方法將時域信號轉換為頻域信號，再依次計算出工頻信號及各次諧波 的電流值，提供了變壓器鐵芯接地電流各次諧波的數據。本實用新型所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現一種變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，它包括一用于對采集到的 信號進行處理的信號處理模塊、一通過FFT算法將信號處理模塊輸出的時域信號轉化成頻 域信號并計算得出工頻信號的電流值及各次諧波的電流值的主控單元模塊、一為主控單元 模塊提供時鐘信號的時鐘模塊及一用于將主控單元模塊得到的數據導出的輸出模塊；所述 信號處理模塊的輸出端與所述主控單元模塊的輸入端連接，所述主控單元模塊的輸出端分 別與所述輸出模塊和時鐘模塊互相連接。[0009]在本實用新型的一個實施例中，所述主控單元模塊通過一用于輸出和接收遠程指 令的遠程控制單元與遠程用戶端連接。
進一步，所述遠程控制單元通過rs232、rs485、can總線或者gsm的通信方式與遠 程用戶端傳輸通信；rs232適合近距離通信，rs485和can總線適合于較遠距離傳輸，通過 gsm實現更遠距離的傳輸。在本實用新型的一個實施例中，所述主控單元模塊上還連接有一用于本地查詢數 據和系統參數設定的顯示模塊和鍵盤模塊。在本實用新型的一個實施例中，所述信號處理模塊包括濾波電路、基準源電路、調 制電路和過零觸發電路，所述濾波電路的輸入端連接隔離單元輸出的電流信號，所述濾波 電路的輸出端通過調制電路連接到所述主控單元模塊的輸入端，所述基準源電路和過零觸 發電路也連接到所述主控單元模塊的輸入端。在本實用新型的一個實施例中，所述主控單元模塊包括dsp主控單元、外部存儲 器和外部接口轉換電路，所述dsp主控單元、外部存儲器和外部接口轉換電路互相連接，所 述dsp主控單元的輸出端分別與所述輸出模塊和所述時鐘模塊連接。在本實用新型的一個實施例中，所述時鐘模塊包括電能存儲電路、晶振電路，時鐘 芯片和輸入輸出接口，所述時鐘芯片分別與所述輸入輸出接口、晶振電路和電能存儲電路 連接，所述輸入輸出接口的輸入端連接所述主控單元模塊。在本實用新型的一個實施例中，所述輸出模塊為一 usb模塊，它包括usb接口芯 片、晶振電路、輸入輸出接口和保護電路，所述usb接口芯片分別與所述晶振電路、輸入輸 出接口和保護電路連接，所述輸入輸出接口的輸入端與所述主控單元模塊連接。在本實用新型的一個實施例中，所述fft算法是由傅立葉級數演變而來的，傅立
葉級數是表征了各個采樣點是由不同頻率成分的波形組成，公式表述為
CO
f(t)=ao+ σ (an cosn ω t+ bnsinn ω t)=a0+aicos( ω t+ φ i)+a2cos(2 ot+ φ2)
η=1+.....；其中，atl為信號中的直流分量，a1為ω角速度的電流的峰值，ω為角速度，(^1為 ω角速度的初始相位，a2為2ω角速度的電流的峰值，φ2為2ω角速度的初始相位，t為 采樣時間。本實用新型的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，采用fft算法對采集到的數據 進行分析處理，將時域信號轉變為頻域信號，再依次計算出工頻信號和各次諧波的幅值，然 后系統根據此電流信號中的工頻信號幅值的有效值和各次諧波分量的幅值的有效值來進 行分析，來確定此時變壓器接地鐵芯中的工頻電流值和各次諧波的電流值，用戶以此為依 據來確定此時變壓器鐵芯有沒有出現多點接地的狀況，本實用新型可以通過輸出模塊方便 實現現場數據拷貝，通過顯示模塊和鍵盤模塊實現對現場系統參數設定，使得在通信中斷 或者現場不方便安裝通信線路的情況下，可以方便的獲取到現場的數據以及對系統參數進 行調整，便于調試和安裝，實現本實用新型的目的。本實用新型的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚 地了解。
圖1為本實用新型的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統的結構框圖；圖2為本實用新型的輸入信號的時域波形圖；圖3為本實用新型的輸入信號的頻域波形圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下 面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，它包括 一信號處理模塊100、一主控單元模塊200、一時鐘模塊300及一輸出模塊400 ；變壓器鐵芯 接地電流的電流信號通過電流互感器和隔離單元輸入到信號處理模塊100的輸入端，信號 處理模塊100的輸出端與主控單元模塊200的輸入端連接，主控單元模塊200的輸出端分 別與輸出模塊400和時鐘模塊300互相連接。信號處理模塊100用于對采集到的信號進行處理，主控單元模塊200通過FFT算 法將信號處理模塊100輸出的時域信號轉化成頻域信號并計算得出工頻信號的電流值及 各次諧波的電流值，時鐘模塊300與主控單元模塊200相連，以提供系統時間和更改系統時 間，輸出模塊400用于將主控單元模塊200得到的數據輸出；主控單元模塊200通過一遠程 控制單元500與遠程用戶端連接，便于雙方交換數據。遠程控制單元500通過RS232、RS485、CAN總線或者GSM的通信方式與遠程用戶端 傳輸通信；RS232適合近距離通信，RS485和CAN總線適合于較遠距離傳輸，通過GSM實現更 遠距離的傳輸。 遠程控制單元500與主控單元模塊200相連以輸出各種遠程指令進行遠程控制， 遠程指令包括時鐘設置、周期設置、狀態查詢、歷史數據查詢、實時數據采集、報警電流限 值設置。遠程控制單元500與主控單元模塊200通過通訊電纜、光纖、網絡調節器或GSM模 塊進行通訊。通訊電纜為二線制，設備通過4芯電纜線中的兩根雙絞線實現遠程控制單元500 與主控單元模塊200的通訊；光纖通訊以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種 通信方式，設備通過光纖轉換模塊、網絡調節器及光纖纜實現遠程控制單元500與主控單 元模塊200的通訊；網絡通訊以網線作為傳輸媒介的一種通信方式，設備及網絡調節器在 同一局域網內，設備通過網絡調節器實現遠程控制單元500與主控單元模塊200的通訊；所 述GSM通訊通過手機卡進行通訊，設備與GSM轉換模塊連接，遠程控制單元500與GSM轉換 模塊連接，兩GSM轉換模塊通過手機卡發送信息建立通信。主控單元模塊200上還連接有一用于本地查詢數據和系統參數設定的顯示模塊 600和鍵盤模塊700 ；在本實用新型中，顯示模塊600為一 LED顯示屏。信號處理模塊100包括濾波電路110、基準源電路120、調制電路130和過零觸發 電路140，濾波電路110的輸入端通過隔離單元111和電流互感器112連接電流信號，濾波 電路110的輸出端通過調制電路130連接到主控單元模塊200的輸入端，基準源電路120和過零觸發電路140也連接到主控單元模塊200的輸入端，隔離單元的輸出端與過零觸發 電路140的輸入端連接。主控單元模塊200包括DSP主控單元210、外部存儲器220和外部接口轉換電路 230，DSP主控單元210、外部存儲器220和外部接口轉換電路230互相連接，DSP主控單元 210的輸出端分別與輸出模塊400和時鐘模塊300連接。首先DSP主控單元210根據過零觸發電路140輸出的信號控制開始對信號進行采 集，然后根據采樣間隔時間來對信號進行采集，在數據采集完畢之后，DSP主控單元210使 用FFT算法將采集到的信號從時域變換到頻域，然后再計算不同頻率的幅值，然后根據幅 值計算得出對應的電流值。其次DSP主控單元210將計算得出的電流值連同當前的時間存 儲到外部存儲器220。外部接口轉換電路230主要作用是由于外圍單元的輸入輸出接口 和主控單元模塊200的輸入輸出接口的電壓不一致，所以外部接口轉換電路230作為一個橋，來連接DSP主控單元210和其他單元 。時鐘模塊300包括電能存儲電路310、晶振電路320，時鐘芯片330和輸入輸出接 口 340，時鐘芯片330分別與輸入輸出接口 340、晶振電路320和電能存儲電路310連接，輸 入輸出接口 340的輸入端連接主控單元模塊200。其中，電能存儲電路310用于在系統有外接電源的時候時鐘芯片330會使能外界 電源對儲能元器件進行充電，在系統無外接電源供電的情況下，儲能元器件會對時鐘芯片 330進行供電，使其能夠繼續工作，保證不會造成時間上的誤差。晶振電路320用于作時鐘 芯片的時鐘源，時鐘芯片330可以提供秒、分、時、日、月、年的信息。輸入輸出接口 340用來 連接時鐘芯片330和主控單元模塊200使其能夠對時鐘芯片330的時間進行調整并且能夠 從時鐘芯片330上獲取當前的系統時間。輸出模塊400為一 USB模塊，它包括USB接口芯片410、晶振電路420、輸入輸出接 口 430和保護電路440，USB接口芯片410分別與晶振電路420、輸入輸出接口 430和保護 電路440連接，輸入輸出接口 430的輸入端與主控單元模塊200連接。其中，USB接口芯片410用來負責檢測U盤屬性，晶振電路420產生USB接口芯片 410正常運作所必須時鐘頻率，輸入輸出接口 430用來連接DSP主控單元210和USB接口芯 片410，保護電路440用來保證USB接口芯片410不會受到外部大電壓信號的沖擊。所述FFT算法是由傅立葉級數演變而來的，傅立葉級數是表征了各個采樣點是由
不同頻率成分的波形組成，公式表述為
權利要求1.一種變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，它包括一用于對采集到的信 號進行處理的信號處理模塊、一通過FFT算法將信號處理模塊輸出的時域信號轉化成頻域 信號并計算得出工頻信號的電流值及各次諧波的電流值的主控單元模塊、一為主控單元模 塊提供時鐘信號的時鐘模塊及一用于將主控單元模塊得到的數據導出的輸出模塊；所述信 號處理模塊的輸出端與所述主控單元模塊的輸入端連接，所述主控單元模塊的輸出端分別 與所述輸出模塊和時鐘模塊互相連接。
2.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述主控單 元模塊通過一用于輸出和接收遠程指令的遠程控制單元與遠程用戶端連接。
3.如權利要求2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述遠程控 制單元可以通過RS232、RS485、CAN總線或者GSM的通信方式中的任意一種與遠程用戶端傳 輸通信。
4.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述主控單 元模塊上還連接有一用于本地查詢數據和系統參數設定的顯示模塊和鍵盤模塊。
5.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述信號處 理模塊包括濾波電路、基準源電路、調制電路和過零觸發電路，所述濾波電路的輸入端連接 隔離單元輸出的電流信號，所述濾波電路的輸出端通過調制電路連接到所述主控單元模塊 的輸入端，所述基準源電路和過零觸發電路也連接到所述主控單元模塊的輸入端。
6.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述主控單 元模塊包括DSP主控單元、外部存儲器和外部接口轉換電路，所述DSP主控單元、外部存儲 器和外部接口轉換電路互相連接，所述DSP主控單元的輸出端分別與所述輸出模塊和所述 時鐘模塊連接。
7.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述時鐘模 塊包括電能存儲電路、晶振電路，時鐘芯片和輸入輸出接口，所述時鐘芯片分別與所述輸入 輸出接口、晶振電路和電能存儲電路連接，所述輸入輸出接口的輸入端連接所述主控單元 模塊。
8.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，其特征在于，所述輸出模 塊為一 USB模塊，它包括USB接口芯片、晶振電路、輸入輸出接口和保護電路，所述USB接口 芯片分別與所述晶振電路、輸入輸出接口和保護電路連接，所述輸入輸出接口的輸入端與 所述主控單元模塊連接。
專利摘要本實用新型的目的在于公開一種變壓器鐵芯接地電流在線監測系統，采用FFT算法對采集到的數據進行分析處理，將時域信號轉變為頻域信號，再依次計算出工頻信號和各次諧波的幅值，然后系統根據此電流信號中的工頻信號幅值的有效值和各次諧波分量的幅值的有效值來進行分析，來確定此時變壓器接地鐵芯中的工頻電流值和各次諧波的電流值，用戶以此為依據來確定此時變壓器鐵芯有沒有出現多點接地的狀況，本實用新型可以通過輸出模塊方便實現現場數據拷貝，通過顯示模塊和鍵盤模塊實現對現場系統參數設定，使得在通信中斷或者現場不方便安裝通信線路的情況下，可以方便的獲取到現場的數據以及對系統參數進行調整，便于調試和安裝，實現了本實用新型的目的。
文檔編號G01R19/25GK201859174SQ20102054725
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者劉俊濤, 施磊, 李剛, 李民越, 王子香, 王彩俊 申請人:思源電氣股份有限公司