專利名稱：變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置的制作方法
技術領域：
變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置技術領域[0001]本實用新型屬于變壓器在線監測領域，尤其涉及一種基于無線通信的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置。
背景技術：
[0002]電力變壓器是電力系統中關鍵的設備之一，也是電力設備中故障率較高的環節，它的正常運行是電力系統安全、可靠、優質、經濟運行的重要保證。電力變壓器正常運行時，鐵芯/夾件必須有且僅有一點可靠接地，一旦鐵芯/夾件兩點或多點接地時，在鐵芯/夾件內部會產生環流，引起局部過熱，嚴重時會造成鐵芯/夾件局部燒損，甚至使接地片熔斷，導致鐵芯/夾件電位懸浮，產生放電性故障，嚴重威脅變壓器及電網的可靠運行。[0003]變壓器正常運行時，鐵芯/夾件接地電流為毫安級，當鐵芯/夾件發生多點接地故障時，鐵芯/夾件接地電流會明顯增加。根據實際運行數據表明，在正常情況下，變壓器的鐵芯/夾件接地電流只有幾毫安 幾十毫安，按照規程要求，當鐵芯/夾件接地電流達到100毫安的時候，就必須采取相應措施進行處理。[0004]目前運行人員檢測鐵芯/夾件接地電流的手段主要采用鉗形電流表對鐵芯/夾件接地引出線的電流數據進行測量，但現場電磁干擾大，很難保證鉗形電流表測量數據的精度和準確性，而且定期巡檢無法保證及時發現鐵芯/夾件多點接地故障。實用新型內容[0005]針對上述變壓器鐵芯/夾件接地電流測量中存在的問題，本實用新型提供一種基于無線通信的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，其目的是解決以往的監測運行狀態中的變壓器鐵芯/夾件接地狀態方法中存在的很難保證測量數據的精度和準確性的問題，以及定期巡檢無法保證及時發現鐵芯/夾件多點接地故障的問題。[0006]本實用新型是通過以下技術方案來實現的:[0007]變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，包括控制器、實時時鐘系統、電壓信號調理電路、檔位切換控制電路、電流電壓轉換電路和穿心式電流互感器和無線通信模塊；所述穿心式電流互感器連接至電流電壓轉換電路，電流電壓轉換電路連接至檔位切換控制電路，檔位切換控制電路連接至電壓信號調理電路，電壓信號調理電路、實時時鐘系統、FLASH存儲器電路、E2PR0M存 儲器電路和無線通信模塊連接至控制器。[0008]還包括顯示屏；顯示屏連接至控制器。[0009]所述的控制器上還連接有數據無線通信模塊。[0010]所述的控制器、實時時鐘系統、FLASH存儲器電路、E2PR0M存儲器電路、電壓信號調理電路、檔位切換控制電路、電流電壓轉換電路、穿心式電流互感器和無線通信模塊均設置在殼體內，外接無線通信模塊天線從殼體弓I出，顯示屏設置在外殼頂蓋上。[0011]所述的穿心式電流互感器的變比為1000:1 ;檔位切換控制電路的切換的量程為O-1OOmA 和 100mA-10A。[0012]本實用新型的優點及效果是:[0013]本實用新型可以實時監測變壓器鐵芯/夾件接地電流數據的實時變化情況，并且具有電流超限報警，數據信息存儲，系統對時，參數靈活配置等多種功能，既可以及時發現變壓器鐵芯/夾件多點接地故障隱患，還可以減少甚至代替運行人員對變壓器鐵芯/夾件接地電流運行狀況的巡檢工作。因此，對變壓器鐵芯/夾件接地電流進行在線監測是非常有意義而且有必要地一項工作。[0014]本實用新型能夠準確穩定的實時監測變壓器鐵芯/夾件接地電流的變化情況，從而監測運行狀態中變壓器鐵芯/夾件接地的狀態，為變壓器運行狀況評估依據。本實用新型可以廣泛適用于變壓器、電抗器等電氣設備的鐵芯/夾件/夾件接地電流的在線監測。[0015]本實用新型裝置可以用于變壓器鐵芯/夾件接地電流和夾件電流的監測。本在線監測裝置包括安裝在變壓器本體的鐵芯/夾件接地電流引出線，該接地電流引出線穿過穿心式電流互感器后與變壓器接地端連接，穿心式電流互感器的二次感應信號接入在線監測裝置的測量電路，測量電路是由電流電壓轉換電路、檔位切換控制電路和電壓信號調理電路構成，測量電路與控制器相連，控制器將測量電路的模擬信號進行計算處理后，通過裝置自帶的顯示屏顯示最終測量數據，并將該測量數據存儲在裝置自帶的存儲裝置中，為分析變壓器鐵芯/夾件接地電流運行狀態提供數據保障，本裝置可以通過無線通信方式與綜合監測單元(IED)或計算機進行數據通信，并采用MODBUS通信協議，計算機可以通過連接的無線通信模塊對裝置的通信、測量、報警、校準等參數進行配置。[0016]本監測裝置具有鐵芯/夾件接地電流數據實時監測及超限報警功能，報警值可以由用戶自行定義，當出現異常情況時，裝置的顯示屏及遠方監控的計算機均會發出報警信號，使工作人員能夠及時采取處理措施，避免變壓器故障的發生，保證電力系統的穩定運行。通過本實用新型技術方案的實施，能夠真正對變壓器鐵芯/夾件接地電流的準確而穩定的實時測量。本實用新型設計方法具有以下創新點:[0018]1、測量方法的創新:[0019](I)本裝置是通過采用高精度穿心式電流互感器套裝在變壓器鐵芯/夾件接地線上的方法獲取鐵芯/夾件接地電流信號，該方法獲取的電流信號能夠真實反映鐵芯/夾件接地電流的變化情況，并且與變壓器沒有電氣連接，對變壓器的運行不產生任何影響；[0020](2)電流互感器二次獲得的信號直接接入測量裝置，測量裝置通過數字信號處理技術對電流信號進行分析計算，并顯示，存儲測量數據在裝置中。方便運行人員在就地觀察數據及調取，分析變壓器鐵芯/夾件接地電流歷史數據。[0021](3)變壓器正常工作時，鐵芯/夾件接地電流大小在幾十毫安范圍，但是一旦出現鐵芯/夾件兩點或多點接地等異常現象時，鐵芯/夾件接地電流可達到數安培，變化范圍很大，為了保證測量的準確性及測量裝置的安全性，本裝置設計了電流量程換擋功能，根據電話變化的范圍，裝置可自動調節合適的檔位來測量電流。本裝置電流測量范圍最大為10A，測量精度小于1%，完全滿足了鐵芯/夾件接地電流測量范圍及精度的要求。[0022]2、裝置結構及安裝方式:本實用新型的鐵芯/夾件接地電流在線監測裝置，電流互感器和測量裝置裝在一個外殼內，外殼采用鑄鋁材料，在外殼頂蓋開設了顯示窗口，用于觀察電流數據，外殼單獨接地，用于屏蔽外界的電磁干擾。[0023]3、裝置自帶有數據顯示功能，將時間信息和實時電流數據顯示在顯示屏上，方便運行人員巡檢時觀察。當監測數據越限時，顯示屏將顯示報警信息提醒巡檢人員注意。[0024]4、裝置具有數據存儲功能，將時間信息和實時電流數據保存在裝置自帶的FLASH存儲器中，存儲數據掉電不丟失，并且能連續保存一年以上的測量數據。為分析鐵芯/夾件接地電流歷史數據，了解鐵芯/夾件接地電流變化情況提供依據。[0025]5、裝置采用無線通信接口，采用工業領域通用性好的M0DBUS-RTU通信協議，可通過通信協議將監測數據及監測時刻等信息上傳到計算機或綜合監測單元(IED)。[0026]6、可通過計算機或綜合監測單元(IED)對裝置參數(如裝置地址，波特率，奇偶效驗，采樣時間間隔，超限報警值，時鐘時間等)進行靈活配置，方便裝置接入其他在線監測系統，滿足不同現場的要求。[0027]7、裝置具有與計算機或綜合監測單元(IED)進行對時功能，保證了裝置監測時間與設備實際運行時間的準確性與一致性。[0028]8、抗電磁干擾及浪涌保護電路的設計。由于監測現場處于高電壓，強磁場環境，對電子設備產生的電磁干擾容易導致監測裝置工作不正常，為此，專門從硬件和軟件采取措施，提高了裝置的抗干擾能力。同時為了承受電力系統頻繁操作所帶來的過電壓沖擊，裝置還設計了可靠的浪涌保護電路，對電流信號采集測量電路合電源電路等接口進行了過電壓保護電路的設計，有效的提高了監測裝置抗浪涌的保護能力。[0029]9、本實用新型裝置結構設計緊湊，外形美觀，在安裝方式上，采用通過裝置外殼的掛件直接安裝在變壓器本體的方式，操作簡單，安裝方法簡便，安全，便于運行人員安裝、使用和維護，非常適于現場安裝使用。
[0030]圖1是本實用新型裝置的工作原理示意圖；[0031 ] 圖2是本實用新型裝置的硬件結構框圖；[0032]圖3是本實用新型的組網結構示意圖。[0033]圖4是本實用新型裝置的內部結構示意圖；[0034]圖5是本實用新型裝置的外部結構示意圖；[0035]圖6是本實用新型裝置的外部立體結構示意圖。[0036]圖7是本實用新型裝置的電流信號采樣電路原理圖。[0037]圖中:穿心式電流互感器1，裝置工作電路板2，無線通信模塊天線3，顯示屏4，殼體5,外殼頂蓋6。`[0038]
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
具體實施方式
[0039]如圖1所示，本實用新型為一種基于無線通信的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，該裝置是由穿心式電流互感器1、裝置工作電路板2在殼體5內；殼體5上部連接外殼頂蓋6，外殼頂蓋6上設有顯示屏4 ;所述裝置工作電路板2上設有控制器、實時時鐘系統、電壓信號調理電路、檔位切換控制電路、電流電壓轉換電路、FLASH存儲器電路、E2PR0M存儲器電路及無線通信模塊；所述穿心式電流互感器I連接至電流電壓轉換電路，電流電壓轉換電路連接至檔位切換控制電路，檔位切換控制電路連接至電壓信號調理電路，電壓信號調理電路、實時時鐘系統、FLASH存儲器電路、E2PR0M存儲器電路和無線通信模塊連接至控制器；顯示屏4連接至控制器；外接無線通信模塊天線3從殼體5引出。[0040]本實用新型所述的穿心式電流互感器I的變比為1000:1 ;檔位切換控制電路的切換量程為O-1OOmA和100mA-10A。在本實例中選用穿心式電流互感器I作為一次電流采集裝置，型號為:CT-X-3，二次電流采集采用兩種量程:l:0-100mA，2:100mA-10A。當接地電流大小不同時，采用量程自動切換電路對不同量程的電流進行測量，從而保證數據的準確性。[0041]變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測方法，包括以下步驟:[0042](I)將穿心式電流互感器套裝在變壓器鐵芯/夾件接地線上獲取一次鐵芯/夾件接地電流信號；[0043](2)利用穿心式電流互感器將采集的一次電流信號轉換為二次電流信號，并將該二次電流信號轉換成電壓信號；[0044](3)將電壓信號通過檔位切換放大處理后，再經過電壓信號調理電路后送入控制器自帶的AD電路中進行計算處理；并同預先設置的報警閾值進行比對，當信號出現異常時，控制器控制顯示屏顯示報警信號；[0045](4)將步驟(3)中計算處理的信號一方面通過顯示屏顯示，另一方面將測量結果及測量時刻存入FLASH存儲器，還可以通過數據無線通信模塊與監控計算機或綜合監測單元(IED)進行無線通信，為以后分析鐵芯/夾件接地電流工作狀況提供依據。[0046]監測裝置通過無線通信方式將上述步驟(3)中的實時測量數據或歷史數據傳輸到監控計算機或綜合監測單元(IED)，計算機或IED通過通信協議對監測裝置進行各種參數配置，以滿足不同現場的需求。[0047]如圖2所示，本實用新型在使用的時候，將變壓器本體的鐵芯/夾件接地電流引出線穿過實用新型裝置的穿心式電流互感器I后與變壓器接地端連接，就是說將穿心式電流互感器I套裝在變壓器鐵芯/夾件接地線上獲取一次鐵芯/夾件接地電流信號；[0048]穿心式電流互感器I將變壓器鐵芯/夾件接地電流信號耦合到二次線圈后轉換為二次電流信 號，并將該二次電流信號經電流電壓轉換電路轉換成電壓信號，該電壓信號經過檔位自動切換控制電路的放大處理后，經過電壓信號調理電路后送入控制器自帶的AD電路中進行計算處理，并同預先設定的報警閾值進行比對，如果測量結果異常，控制器則控制顯示屏4顯示報警信號，而經過控制器計算后的結果以及測量時刻的時間，可通過裝置自帶的顯示屏4進行顯示，該時間由實時時鐘系統提供，同時將測量結果及測量時刻的時間存入FLASH存儲器，作為信息備份數據，為以后分析鐵芯/夾件接地電流工作狀況提供依據。另外，還可以利用數據無線通信模塊將實時數據或歷史數據傳輸到監控計算機或綜合監測單元(IED)，并且監控計算機或IED可通過通信協議對監測裝置進行各種參數配置，以滿足不同現場的需求。當本實用新型檢測到變壓器鐵芯/夾件接地電流超出規定范圍時，整個變壓器鐵芯/夾件接地電流在線監測裝置及監控計算機將發出報警信號，提醒運行人員采取措施進行處理，防止變壓器故障的發生。[0049]該實用新型中測量變壓器鐵芯/夾件接地電流的方法如下:[0050]如圖7所示，假設I1為鐵芯/夾件接地一次電流值，通過1000:1變比的穿心式電流互感器后所得二次電流值為I2。[0051]BP / =-^-:1000[0052]經過電流-電壓轉換電路后，U1=I2R[0053]U1經過放大電路后，電壓被放大為UfK[0054]其中I = 7 (根據量程不同，R2及K值將隨之變化)[0055]通過一個直流疊加電路后，輸入到AD 口的電壓為UfK+Ud。[0056]O ( U!*K+Udc ( Uref[0057]Uref SAD 基準電壓[0058]當UfK+Ud。彡Uref時，即超過當前量程范圍時，處理器將調節K值大小，以滿足O ( U#K+Udc ( Uref 的條件。[0059]進入AD的電壓基波有效值通過傅里葉變換算法求得。[0060]得到電壓基波有效值，通過多次平均處理及反向推導，算得的即是變壓器鐵芯/夾件接地電流有效值。以下一組數據為實驗室測量得到數據，詳見表I。[0061]表1:實驗室測量數據[0062]
權利要求1.變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，其特征在于:穿心式電流互感器(I)、裝置工作電路板(2 )設置在殼體(5 )內；殼體(5 )上部連接外殼頂蓋(6 )，外殼頂蓋(6 )上設有顯示屏(4)； 所述裝置工作電路板(2)上設有控制器、實時時鐘系統、電壓信號調理電路、檔位切換控制電路、電流電壓轉換電路、FLASH存儲器電路、E2PR0M存儲器電路及無線通信模塊；所述穿心式電流互感器(I)連接至電流電壓轉換電路，電流電壓轉換電路連接至檔位切換控制電路，檔位切換控制電路連接至電壓信號調理電路，電壓信號調理電路、實時時鐘系統、FLASH存儲器電路、E2PR0M存儲器電路和無線通信模塊連接至控制器；顯示屏(4)連接至控制器；外接無線通信模塊天線(3 )從殼體(5 )引出。
2.根據權利要求1所述的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，其特征在于:所述的控制器上還連接有數據無線通信模塊。
3.根據權利要求1所述的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置，其特征在于:所述的穿心式電流互感器(I)的變比為1000:1 ;檔位切換控制電路的切換的量程為O-1OOmA和 IOOm A-1OA。
專利摘要本實用新型屬于變壓器在線監測領域，尤其涉及一種基于無線通信的變壓器鐵芯/夾件接地電流無線監測裝置。本實用新型是由穿心式電流互感器、裝置工作電路板設置在殼體內；殼體上部連接外殼頂蓋，外殼頂蓋上設有顯示屏；顯示屏連接至控制器；外接無線通信模塊天線從殼體引出。本實用新型可以進行數據實時監測，具有電流超限報警，數據信息存儲，系統對時，參數配置等功能，可及時發現故障隱患，減少或代替運行人員的巡檢工作。廣泛適用于變壓器、電抗器等電氣設備的鐵芯/夾件接地電流的在線監測。
文檔編號G01R19/25GK203133157SQ20132012954
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者高強, 隋玉秋, 王文杰, 王茂軍, 耿寶宏, 原峰, 李洪凱, 張靜, 李平, 鐘丹田, 劉齊, 李在林 申請人:遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 遼寧東科電力有限公司, 遼寧省電力有限公司朝陽供電公司, 國家電網公司