電網變壓器接地電流互感監測儀的制作方法
【專利摘要】電網變壓器接地電流互感監測儀，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。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，實現了有人和無人值守變電站的實時監測報警。
【專利說明】電網變壓器接地電流互感監測儀
【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，特別是一種電網變壓器接地電流互感監測儀。
【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1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，本發明公開了一種電網變壓器接地電流互感監測儀。
[0007]本發明所述電網變壓器接地電流互感監測儀，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。
[0008]優選的，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]進一步的，所述感應電流放大器的輸出端和地之間接有復合功率放大器，復合功率放大器的輸出端和直流供電端之間接有聲光報警器，復合功率放大器與地之間接有遠程監測報警輸出接插口。
[0012]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。
[0013]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的濾波頻率。
[0014]進一步的，還包括電源指示支路，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。
[0015]采用本發明所述電網變壓器接地電流互感監測儀，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，直接給出判斷結果并可以通過外部通信接口傳遞到監控中心，實現無人值守和實時檢測判斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]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為本發明所述感應電流放大器的一種【具體實施方式】電路圖。
【具體實施方式】
[0017]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。
[0018]本發明所述電網變壓器接地電流互感監測儀，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偵_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。
[0019]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。
[0020]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2所示給出所述感應電流放大器的一種具體實施電路，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。
[0021]圖2中可見，電流互感器鐵芯接地線的兩個端點Sl、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。
[0022]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IC1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。
[0023]如圖2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。
[0024]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。
[0025]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 = 10k Ω，R7 = 200k Ω，則放大增益:
比較器電壓放大倍數A = 1 + R7/R4 = 1 + 100/10 = 21倍。
[0026]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:
0.067X21 = 1.4V
即比較放大器將輸出1.4V以上的電壓，勢必產生邏輯效應，推動后續電路開展進一步工作。
[0027]如圖2所示，感應電流放大器的輸出端和地之間接有由晶體管BG1、BG2串接組成的復合功率放大器，輸出端和直流供電端之間還接有由發光二極管Fg2與警笛器JD并接的聲光報警器，當比較放大器翻轉，高電平使BG1、BG2導通，在BG2的集電極得到經過兩級放大的集電極電流用于驅動發光二極管和警笛器，Fg2發光和JD鳴響，指示變壓器鐵芯接地電流超標。圖2所示【具體實施方式】選用的警笛器型號是ZXD2，電阻R8用于發光支路的分壓，使Fg2與R8的總電壓與警笛器JD的電壓相同。
[0028]仍如圖2所示，在復合功率放大器與地之間還接有輸出接插口 YC，通過此接插口可以將信號上傳智能機和網絡系統，進一步實現遠程監測報警。
[0029]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WY1，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D1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。
[0030]如圖2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WY1輸出直流電源，由此，完成交、直流轉換。
[0031]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C1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用于高頻濾波，C1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C1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C1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。
[0032]還可以設置電源指示支路，包括發光二極管Fgl和限流電阻R1，當供電端有直流電壓時，Fgl發光指示電源工作正常。
[0033]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.電網變壓器接地電流互感監測儀，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。
2.如權利要求1所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，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所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，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所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，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所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，其特征在于，所述感應電流放大器的輸出端和地之間接有復合功率放大器，復合功率放大器的輸出端和直流供電端之間接有聲光報警器，復合功率放大器與地之間接有遠程監測報警輸出接插口。
6.如權利要求1所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，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。
7.如權利要求6所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，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的濾波頻率。
8.如權利要求6所述的電網變壓器接地電流互感監測儀，其特征在于，還包括電源指示支路，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。
【文檔編號】G01R19/00GK104483526SQ201410725398
【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】汪涵, 粟和林 申請人:國網四川省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司