變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器的制造方法
【專利摘要】變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，包括電流互感器，所述電流互感器具有中心孔，所述電流互感器還包括穿過中心孔的鐵芯接地線和與鐵芯接地線互感的二次側線圈；以及采集二次側線圈電流的檢測電路；所述電流檢測電路包括與二次側線圈連接的感應電流放大器、與感應電流放大器輸出端連接的A/D轉換器，以及與A/D轉換器連接的單片機處理系統；所述單片機處理系統與通信接口連接，還包括與單片機處理系統連接的時鐘振蕩器和存儲單元。本發明對接地線電流進行互感式的隔離采樣放大，大幅提高了測試精度和測試可靠性，直接給出判斷結果并通過通信接口傳遞到監控中心，實現了無人值守和在線實時檢測判斷。
【專利說明】變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力電子領域，涉及變壓器的接地線電流檢測技術，特別是一種變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器。
【背景技術】
[0002]在變壓器結構中，線圈與鐵芯、鐵芯與箱體之間存在一定寄生電容，電力變壓器在正常運行時，帶電線圈周圍產生不均勻電場，在電場作用下，通過寄生電容耦合，將產生對地懸浮電位，造成鐵芯與線圈達到擊穿絕緣，產生局部放電等。因此，需要把正常感應的電動勢釋放掉，使它們都處于零電位，故需要設計和完成一點的可靠性接地。
[0003]但由于鐵芯磁通密度不均勻，靠近鐵芯內框磁路短，磁阻小，靠近鐵芯外框磁路長，磁阻大，所以當出現兩點以上接地時，便會引起電位差，兩點及多點電位差將彼此形成回路，產生環流。環流可能從毫安級到數十安培，并引起鐵芯渦流發熱，造成硅鋼片絕緣層損壞，甚至波及線圈絕緣，使油溫上升，出現甲烷、乙炔超標等，致使變壓器事故發生。
[0004]由上結論:鐵芯必須一點接地，但絕不允許兩點及多點接地。為實現前述接地要求，變壓器安裝了如圖1所示的地線連接方式:從圖1的a中可以看到，變壓器I經導管2，將鐵芯金屬線3從變壓器本體內引出，接入地下，實現一點接地的保護作用。但有無兩點以上接地故障時不能自動告知，而多數是如圖1的b所示，靠人工手持鉗形表4，定期或不定期的進行接地電流的測量，根據DL/T 596-199《電力設備預防性試驗導則》中規定:鐵芯絕緣正常時，接地電流不大于0.1A，這是判別依據。如果超過規范值0.1A，則說明有問題，同時超過數據越大，表明問題越多，一是有兩點甚至多點接地，二是接地現象也越趨嚴重，需進行必要的維護處理。
[0005]變壓器鐵芯接地，靠人工測試，不僅方法原始落后，更重要的是不能及時發現問題，尤其是在當今無人值班變電站已廣泛普及的情況下，巡視檢測機會大為減少，更難及時準確的發現故障，將會延誤事故處理時機，甚至造成事態擴大。
【發明內容】
[0006]為克服現有的變壓器鐵芯接地線電流檢測方法存在的需要有人值守人工測試，難以及時準確的發現故障，可能延誤事故處理時機的缺陷，本發明公開了一種變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器。
[0007]本發明所述變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，用于測量變壓器鐵芯接地線電流，包括電流互感器，所述電流互感器具有中心孔，所述電流互感器還包括穿過中心孔的鐵芯接地線和與鐵芯接地線互感的二次側線圈；
以及采集二次側線圈電流的檢測電路；所述電流檢測電路包括與二次側線圈連接的感應電流放大器、與感應電流放大器輸出端連接的A/D轉換器，以及與A/D轉換器連接的單片機處理系統；所述單片機處理系統與通信接口連接，還包括與單片機處理系統連接的時鐘振蕩器和存儲單元。
[0008]具體的，所述二次側線圈終點接地，所述感應電流放大器包括整流二極管、濾波電容、比較器、基準電壓產生器；所述整流二極管正、負極分別連接二次側線圈起點和比較器同相輸入端，所述濾波電容連接在整流二極管負極和地之間，所述基準電壓產生器輸出端連接比較器反相輸入端；
還包括工作點電壓設定電路，所述工作點電壓設定電路為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第一分壓電阻串；所述第一分壓電阻串的分壓節點連接整流二極管負極。
[0009]進一步的，所述基準電壓產生器為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第二分壓電阻串，分壓節點基準電壓產生器的輸出端。
[0010]進一步的，所述比較器的輸出端和整流二極管的負極之間連接有正反饋電阻串，所述正反饋電阻串由第一正反饋電阻和第二正反饋電阻串聯組成，其中第一正反饋電阻連接比較器輸出端，第二正反饋電阻連接整流二極管負極；
第一正反饋電阻阻值大于第二正反饋電阻，第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的中間節點連接比較器同相輸入端。
[0011]優選的，所述感應電流放大器還包括電源電路，所述電源電路包括供電變壓器和三端穩壓器，所述供電變壓器一次側與市電電網連接，二次側起點和終點分別連接一個整流二極管正極，兩個整流二極管負極連接在一起并連接三端穩壓器輸入端，所述二次側上還連接有接地的中間抽頭；所述三端穩壓器的第一輸出端作為電源電路的直流正向輸出端，三端穩壓器的第二輸出端接地。
[0012]進一步的，所述三端穩壓器的輸入端和地之間連接有第一濾波電容，所述三端穩壓器的第一輸出端和地之間連接有第二濾波電容，所述第一濾波電容濾波頻率小于第二濾波電容。
[0013]進一步的，還包括指示支路，所述指示支路包括串聯在直流正向輸出端和地之間的發光二極管和限流電阻。
[0014]優選的，所述A/D轉換器為MAX125。
[0015]優選的，還包括與單片機處理系統連接的上位PC機和鍵盤輸入單元。
[0016]具體的，所述檢測互感器為BH-066型。
[0017]采用本發明所述變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，對變壓器接地線電流進行互感式的隔離采樣放大，大幅提高了測試精度和測試可靠性，同時引入單片機處理系統對采集信號進行運算處理判斷，直接給出判斷結果并通過通信接口傳遞到監控中心，實現了無人值守和在線實時檢測判斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術對變壓器鐵芯接地電流的檢測方法示意圖；
圖2為本發明所述變壓器鐵芯接地電流實時監測報警器的結構示意圖；
圖3為本發明所述感應電流放大器的一種【具體實施方式】示意圖；
圖4為本發明中電流檢測判斷過程的具體流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0020]本發明所述變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，用于測量變壓器鐵芯接地線電流，包括電流互感器，所述電流互感器具有中心孔，所述電流互感器還包括穿過中心孔的鐵芯接地線和與鐵芯接地線互感的二次側線圈；
以及采集二次側線圈電流的檢測電路；所述電流檢測電路包括與二次側線圈連接的感應電流放大器、與感應電流放大器輸出端連接的A/D轉換器，以及與A/D轉換器連接的單片機處理系統；所述單片機處理系統與通信接口連接，還包括與單片機處理系統連接的時鐘振蕩器和存儲單元。
[0021]二次側線圈通常環繞鐵芯接地線呈螺旋包圍狀，當接地線有異常電流時，根據電磁感應原理，鐵芯接地線的異常電流被二次側線圈感應產生出感應電流信號，感應電流信號輸入到電流檢測電路中的感應電流放大器
如圖2所示給出本發明的一種【具體實施方式】結構示意圖，從前端的電流檢測電路送來的是模擬信號，因此需先利用A/D轉換器做模擬/數字信號轉換(A/D轉換)，所用A/D轉換的器件型號可以是MAX125，A/D轉換完成后再由數據總線和地址總線傳送給單片機處理系統，通過地址總線和數據總線，接收到模擬電路與鍵盤人工設置的雙重信號，進入工作狀態，經軟硬件配合，進行比較、判斷、計算、存儲，以確定是否產生變壓器鐵芯多點接地。
[0022]裝置內部設有時鐘振蕩器，以產生年、月、日、時、分、秒等時鐘信號，其用途是既可走時，又可記錄故障發生時間，便于事故分析處理。所用晶體時鐘振蕩器的型號具體可以為DS12887，存儲單元用于存儲進行判斷的初始參數存儲和判斷結果的記錄。
[0023]本發明雖然基于無人值守的目的，但仍然可以設置鍵盤鼠標等輸入設備，方便巡檢工作人員對判斷參數進行設置和指令操作。通過設置鍵盤接收處理器，鍵盤還可輸入被監測接地線路、傳感器編號、電壓門檻值、報警啟動值、時間校正、通訊規約等；又可結合LCD液晶顯示屏作被監測接地線號、接地電流量值、故障時間等調看和查詢。所用接收處理器的型號可以是J⑶L8279。
[0024]單片機處理系統作出的處理結果，經過通信接口，按現場適應的通訊規約和波特率等選擇不同的信號接口和通信協議，例如RS232、RS485接口等將信號傳遞到系統網絡上，使集控中心監管人員和相關領導在遠方也能了解和掌握變壓器鐵芯接地情況，及時作出事故分析與排查處理，以保證整個變壓器能安全、穩定運行。
[0025]還可以設置本地顯示器，將處理結果并行的一路送本機IXD液晶屏顯示報警，還可以設置上位機，另一路信號傳送給上位機，作更寬范圍、更大功能的分類、編排、制表、存儲等處理。
[0026]如圖4所示給出本發明電流判斷過程的流程示意圖，工作開始，首先對監測系統做清零和復位等初始化處理；從鍵盤中輸入系列信號和數據，包括
1)被監測變壓器即鐵芯接地線序號(裝置適應多臺主變監測)；
2)巡檢周期，為避免瞬時沖擊和減除信號運算時間等，以確認故障的真實性和延續性，例如設置巡檢周期為10秒。
[0027]3)測試和置入初始電流10，正常情況下接地電流應小于該設定值，例如10=0.1A，將該門限值0.1A參數存儲在存儲單元之中。
[0028]當參數設置完成，單片機內部自動進行數據轉換處理；同時，由電流檢測電路實測并經A/D轉換的數字信號，一并送到單片機處理系統進行比較判別。
[0029]正常時，實測電流信號接近于0，必然小于基準設置的初始電流值10，此時判斷為圖4所示的“否”狀態，繼續循環測試，即重復下一巡檢周期。
[0030]當被監測變壓器鐵芯出現兩點以上接地，將產生接地電流，被采集信號傳送給單片機處理系統進行比較判斷，此時判斷為圖4所示的“是”狀態。
[0031]輸出報警信號一方面由存儲單元記錄存儲該故障發生的時間、變壓器編號等，另一方面將信號通過通信接口上傳監控中心，還可以上傳本地顯示屏或作顯示報警。
[0032]電流互感器可以選用現有的成熟型號，根據本發明的具體應用情況是接地電流可能達到幾十安培，優選使用上海開關廠生產的0.5級，75/5安培的BH—0.66型電流互感器，該電流互感器檢測精度高，且體積尺寸小，適于安裝在變壓器接地線途徑中易于固定、觀察的位置。
[0033]感應電流放大器的作用是檢測二次側出現的感應電流并輸出判斷信號，如圖3所示給出所述感應電流放大器的一種【具體實施方式】，所述二次側線圈終點接地，所述感應電流放大器包括整流二極管D3、濾波電容C3、比較器IC1、基準電壓產生器；所述整流二極管正、負極分別連接二次側線圈起點和比較器同相輸入端，所述濾波電容連接在整流二極管負極和地之間，所述基準電壓產生器輸出端連接比較器反相輸入端；還包括工作點電壓設定電路，所述工作點電壓設定電路為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第一分壓電阻串；所述第一分壓電阻串的分壓節點連接整流二極管負極。
[0034]圖3中可見，電流互感器鐵芯接地線的兩個端點S1、S2穿過電流互感器鐵芯及二次側線圈，在二次側線圈端點S3、S4端輸出采集到的接地電流信號，經整流二極管D3半波整流，濾波電容C3濾波，以直流形式配合后續電路的工作。
[0035]由于從二次側線圈端采集到的是電流信號，為此，經電阻R3對地轉換為電壓信號，以符合集成運放以電壓為主工作的結構原理。第一分壓電阻串的兩個分壓電阻R2、R3還具有通過電源電壓分壓產生直流工作點，以適應比較器的輸入電壓工作范圍的目的，例如電源電壓12V，比較器ICl的輸入電壓工作范圍在2-8V范圍內，則可以設置R2和R3的比例使分壓節點的直流電壓值在4V左右。
[0036]如圖3所示，基準電壓產生器可以為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第二分壓電阻串，由分壓電阻R5和R6串聯組成，分壓節點即R5和R6的公共端作為基準電壓產生器的輸出端。
[0037]一種優選實施方式為在比較器的輸出端和整流二極管的負極之間連接有正反饋電阻串，所述正反饋電阻串由第一正反饋電阻R7和第二正反饋電阻R4串聯組成，其中第一正反饋電阻連接比較器輸出端，第二正反饋電阻連接整流二極管；第一正反饋電阻阻值大于第二正反饋電阻，第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的中間節點連接比較器同相輸入端。
[0038]上述正反饋電阻串的作用是增加電壓信號的放大倍數。例如設置:
R4 = 1kQ , R7 = 10kD，則放大增益:
比較器電壓放大倍數A = I + R7/R4 = I + 100/10 = 11倍。
[0039]以采用BH — 0.66型電流互感器為例，一、二次電流變比關系為1:15，對于較小的接地小電流——如1A，經過電流互感器的1:15變比后，次級有電流:
1+ 15 = 0.067A
再經電阻電流作電壓轉換中，即便1:1進行，也只能有0.067V，據此很難推動后續電路。但加上放大增益后，則有:
0.067X11 = 0.74V，即比較器輸出端OUT產生0.74V的電壓值，完全可能產生邏輯效應，推動后續電路或作進一步的A/D采樣。
[0040]感應電流放大器可以采用直流電池供電，但為避免頻繁更換電池，降低成本，也可以將變壓器連接的市電直接轉化為直流電作為感應電流放大器電源使用，本發明提供一種為感應電流放大器供電的電源電路，所述電源電路包括供電變壓器B和三端穩壓器WYl，所述供電變壓器一次側與市電電網連接，二次側起點和終點分別連接一個整流二極管正極，兩個整流二極管Dl和D2負極連接在一起并連接三端穩壓器輸入端，所述二次側上還連接有接地的中間抽頭；所述三端穩壓器的第一輸出端作為電源電路的直流正向輸出端，三端穩壓器的第二輸出端接地。
[0041]如圖3所示，220v交流市電由交流AC端子引入，經開關K1、保險管BX到達供電變壓器B的一次側，通過中間抽頭的設置，可以在二次側輸出等值的交變電壓，經整流二極管D1、D2全波整流，再經三端穩壓器WYl輸出直流電源，由此，完成交、直流轉換。
[0042]三端穩壓器可以選擇W7812，三端穩壓器的輸入端和地之間可以連接有第一濾波電容Cl用于低頻濾波，所述三端穩壓器的第一輸出端和地之間連接有第二濾波電容C2用于中高頻濾波，Cl可以選擇電解電容，C2選擇滌綸電容分別做低、中高頻濾波。其中低頻濾波電容Cl設置在三端穩壓器輸入端和地之間，由于輸入端的電壓由50赫茲市電轉換，包含大量低頻噪聲，因此Cl容值較大，可以達到百微法或千微法量級，在經過整流削波和三端穩壓器之后，三端穩壓器可能產生頻率遠高于市電50赫茲頻率的中高頻噪聲，因此C2電容值較小，在微法或納法量級，用于濾除中高頻噪聲。
[0043]還可以設置指示支路，包括發光二極管Fgl和限流電阻R1，當供電端有直流電壓時，發光二極管發光指示工作正常。
[0044]前文所述的為本發明的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述發明人的發明驗證過程，并非用以限制本發明的專利保護范圍，本發明的專利保護范圍仍然以其權利要求書為準，凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，用于測量變壓器鐵芯接地線電流，其特征在于，包括電流互感器，所述電流互感器具有中心孔，所述電流互感器還包括穿過中心孔的鐵芯接地線和與鐵芯接地線互感的二次側線圈； 以及采集二次側線圈電流的檢測電路；所述電流檢測電路包括與二次側線圈連接的感應電流放大器、與感應電流放大器輸出端連接的A/D轉換器，以及與A/D轉換器連接的單片機處理系統；所述單片機處理系統與通信接口連接，還包括與單片機處理系統連接的時鐘振蕩器和存儲單元。
2.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述二次側線圈終點接地，所述感應電流放大器包括整流二極管、濾波電容、比較器、基準電壓產生器；所述整流二極管正、負極分別連接二次側線圈起點和比較器同相輸入端，所述濾波電容連接在整流二極管負極和地之間，所述基準電壓產生器輸出端連接比較器反相輸入端； 還包括工作點電壓設定電路，所述工作點電壓設定電路為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第一分壓電阻串；所述第一分壓電阻串的分壓節點連接整流二極管負極。
3.如權利要求2所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述基準電壓產生器為串聯在感應電流放大器的直流供電端和地之間的第二分壓電阻串，分壓節點基準電壓產生器的輸出端。
4.如權利要求2所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述比較器的輸出端和整流二極管的負極之間連接有正反饋電阻串，所述正反饋電阻串由第一正反饋電阻和第二正反饋電阻串聯組成，其中第一正反饋電阻連接比較器輸出端，第二正反饋電阻連接整流二極管負極； 第一正反饋電阻阻值大于第二正反饋電阻，第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的中間節點連接比較器同相輸入端。
5.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述感應電流放大器還包括電源電路，所述電源電路包括供電變壓器和三端穩壓器，所述供電變壓器一次側與市電電網連接，二次側起點和終點分別連接一個整流二極管正極，兩個整流二極管負極連接在一起并連接三端穩壓器輸入端，所述二次側上還連接有接地的中間抽頭；所述三端穩壓器的第一輸出端作為電源電路的直流正向輸出端，三端穩壓器的第二輸出端接地。
6.如權利要求5所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述三端穩壓器的輸入端和地之間連接有第一濾波電容，所述三端穩壓器的第一輸出端和地之間連接有第二濾波電容，所述第一濾波電容濾波頻率小于第二濾波電容。
7.如權利要求5所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，還包括指示支路，所述指示支路包括串聯在直流正向輸出端和地之間的發光二極管和限流電阻。
8.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述A/D轉換器為MAX125。
9.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，還包括與單片機處理系統連接的上位PC機和鍵盤輸入單元。
10.如權利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流智能監測報警器，其特征在于，所述檢測 互感器為BH-066型。
【文檔編號】G01R15/18GK104483534SQ201410723518
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】徐暉, 馬越, 粟和林 申請人:國網四川省電力公司甘孜供電公司, 國家電網公司