一種變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器直流偏磁技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國2/3以上的水利資源分布在西南地區(qū)，2/3左右的煤炭資源集中在內(nèi)蒙古和山西，利用這些能源發(fā)電送到華東、華南沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)需要長距離輸電。采用直流輸電技術(shù)進(jìn)行長距離輸電，可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和調(diào)度的靈活性，具有廣闊的發(fā)展前景。直流輸電技術(shù)在我國已經(jīng)取得了迅速的發(fā)展。
[0003]從實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)直流輸電系統(tǒng)采用單極大地回路方式運(yùn)行時(shí)，換流站直流接地極附近中性點(diǎn)接地變壓器會(huì)出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)異常增大的情況，即變壓器出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象。直流輸電系統(tǒng)以單極大地返回方式輸送功率時(shí)，變壓器中性點(diǎn)檢測到的直流分量隨直流輸送功率的增加而升高，噪聲和振動(dòng)也隨著直流分量的升高而增大。變壓器直流偏磁時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)加劇、噪聲增大、局部過熱等現(xiàn)象，引發(fā)變壓器內(nèi)部加緊件松動(dòng)、繞組斷線、絕緣材料受到破壞、鐵片松動(dòng)彎曲等問題，持續(xù)時(shí)間過長還將導(dǎo)致變壓器損壞。變壓器直流偏磁還會(huì)引起交流電網(wǎng)電壓總畸變率增大，諧波大幅升高，對(duì)其他電氣設(shè)備產(chǎn)生較大影響，并可能引起繼電保護(hù)誤動(dòng)，這些影響最終將會(huì)危及到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0004]隨著西電東送政策的實(shí)施，高壓直流輸電技術(shù)在中國電網(wǎng)的運(yùn)用愈來愈多，變壓器直流偏磁問題也顯得更加明顯，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測和治理也愈加迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崟r(shí)檢測變壓器直流偏磁電流的一種變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效提高電網(wǎng)變壓器直流偏磁的早期預(yù)警能力，便于及時(shí)對(duì)直流偏磁風(fēng)險(xiǎn)較大的變壓器采取有效性的防護(hù)措施。技術(shù)方案如下:
一種變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于安裝在變壓器中性點(diǎn)的霍爾傳感器，霍爾傳感器的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端連接到單片機(jī)；還包括無線傳輸模塊，無線傳輸模塊也連接到單片機(jī)。
[0006]進(jìn)一步的，所述霍爾傳感器的信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端之間還連接有放大器。
[0007]更進(jìn)一步的，所述霍爾傳感器的信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端之間還連接有放大器。
[0008]更進(jìn)一步的，所述放大器采用AD620AN，所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS8505 ;AD620AN的引腳3為輸入端，引腳6為輸出端；AD620AN的引腳3順次連接電阻R4和電阻R3，同時(shí)通過電容C10接地；電阻R3遠(yuǎn)離電阻R4的一端還通過電阻R1并聯(lián)可變電阻器RV1后接地；AD620AN的引腳6通過電容C9連接到電阻R4和電阻R3之間，同時(shí)還通過電阻R5連接到A/D轉(zhuǎn)換器ADS8505的引腳1 ;ADS8505的引腳1還通過電阻R6串聯(lián)電容C25后接地；ADS8505的引腳3通過電容C26接地；ADS8505的引腳4連接到電阻R6和電容C25之間；ADS8505的引腳27連接其引腳28，同時(shí)連接到5V電源，ADS8505的引腳27還通過電容C27并聯(lián)電容C13后接地。
[0009]更進(jìn)一步的，所述霍爾傳感器為開環(huán)穿心式霍爾電流傳感器，包括磁芯、霍爾元件和放大電路，霍爾元件置于磁芯的氣隙中，并連接到放大電路的輸入端。
[0010]更進(jìn)一步的，還包括北斗定位授時(shí)模塊，北斗定位授時(shí)模塊也連接到所述單片機(jī)。[0011 ] 更進(jìn)一步的，還包括USB數(shù)據(jù)接口，USB數(shù)據(jù)接口也連接到所述單片機(jī)。
[0012]更進(jìn)一步的，所述單片機(jī)采用W78E58B。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在直流接地極附近變壓器中性點(diǎn)安裝霍爾傳感器，不改變中性點(diǎn)接線，采集直流偏磁電流的分布的實(shí)測數(shù)據(jù)，并設(shè)置報(bào)警閾值，對(duì)變壓器直流偏磁電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高電網(wǎng)變壓器直流偏磁的早期預(yù)警能力，便于及時(shí)對(duì)直流偏磁風(fēng)險(xiǎn)較大的變壓器采取有效性的防護(hù)措施。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)中霍爾傳感器的電路圖。
[0016]圖3為本發(fā)明變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)中逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換原理圖。
[0017]圖4為本發(fā)明變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)中放大器和A/D轉(zhuǎn)換器電路連接原理圖。
[0018]圖5為本發(fā)明變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，如圖1所示，一種變壓器直流偏磁電流在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于安裝在變壓器中性點(diǎn)的霍爾傳感器，霍爾傳感器的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端連接到單片機(jī)；還包括無線傳輸模塊，無線傳輸模塊也連接到單片機(jī)。
[0020]本裝置安裝于變壓器中性點(diǎn)接地銅排上，利用霍爾傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測直流偏磁電流，具有不改變變壓器中性點(diǎn)接線的優(yōu)點(diǎn)。將監(jiān)測到的電流數(shù)據(jù)和報(bào)警信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至后臺(tái)計(jì)算機(jī)或指定的手機(jī)，讓運(yùn)維人員在第一時(shí)間掌握現(xiàn)場直流偏磁情況，便于更快采取防護(hù)措施。
[0021]霍爾傳感器采用開環(huán)穿心式霍爾電流傳感器，包括磁芯、霍爾元件和放大電路，霍爾元件置于磁芯的氣隙中，并連接到放大電路的輸入端，如圖2所示。根據(jù)變壓器中性點(diǎn)引下線的外形，定制霍爾電流傳感器的形狀，減少了漏磁，提高監(jiān)測精度。由于變壓器中性點(diǎn)直流電流在正常情況下很小，而直流輸電單極大地回路運(yùn)行時(shí)，流過中性線的直流電流較大，故霍爾電流傳感器的量程較大。采用高線性度霍爾器件，以確保測試信號(hào)的線性度，保證較高的測量精度。放大電路設(shè)計(jì)是整個(gè)霍爾傳感器的核心，也是決定其性能好壞的關(guān)鍵因素。當(dāng)系統(tǒng)放大倍數(shù)選擇過小時(shí)，鐵芯缺口處的磁場會(huì)隨著一次側(cè)電流的增大而增大，從而影響了系統(tǒng)的測量精度。當(dāng)系統(tǒng)的放大倍數(shù)足夠大時(shí)，鐵芯缺口處的磁場很小，系統(tǒng)測量精度得到改善。當(dāng)系統(tǒng)電壓放大倍數(shù)為100時(shí)，磁阻芯片感應(yīng)剩磁產(chǎn)生的電壓較大，系統(tǒng)剩磁較大，誤差也較大。改變系統(tǒng)電壓放大倍數(shù)為1000時(shí)，磁阻芯片感應(yīng)剩磁產(chǎn)生的電壓較小，因而系統(tǒng)剩磁也較小，誤差減小。因此，本實(shí)施例在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增大系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)(600倍)可使系統(tǒng)的精度提高，改善其性能。
[0022]霍爾傳感器系統(tǒng)誤差與采樣電阻、電壓放大倍數(shù)、反饋線圈等效電阻、等效電感以及系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)換靈敏度、磁阻芯片的磁電轉(zhuǎn)換靈敏度有關(guān)。其中系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)換靈敏度與鐵芯大小、材質(zhì)以及開口形狀、位置有關(guān)。磁阻芯片的磁電轉(zhuǎn)換靈敏度與磁阻芯片性能有關(guān)，在磁阻芯片的選型上，選取線性度好、靈敏度高的磁阻芯片。對(duì)于反饋線圈選擇匝數(shù)多、電感較小的線圈，因?yàn)樵褦?shù)影響測量精度與量程，電感量影響測量電流的相位與系統(tǒng)響應(yīng)速度。放大倍數(shù)的選取應(yīng)合理分配且足夠大。采樣電阻應(yīng)合理選擇，太大了影響系統(tǒng)功耗，太小了采樣電壓信號(hào)也較小，容易采樣不準(zhǔn)確。
[0023]用霍爾傳感器現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，而終端PC處理的是數(shù)字信號(hào)，需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器，其寄存器位數(shù)越多，則可與輸入量VIN之間的誤差1/2N+1.VREF越小，也就越精準(zhǔn)。現(xiàn)在測量精度要求已逐漸由過去的8位轉(zhuǎn)換到12位甚至更高。在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到測量的精確度、分辨力和轉(zhuǎn)換速度。本實(shí)施例采用逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度，原理如圖3所示。
[0024]本實(shí)施例選用ADS8505 A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的采樣輸出為16位，采用CMOS結(jié)構(gòu)工藝，具有轉(zhuǎn)換速度快、功耗低(70mW)的特點(diǎn)，采用逐次逼近式原理工作，為單通道輸入，模擬輸入電壓范圍為:-10V~+10Vo
[0025]從霍爾傳感器出來的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)和PC機(jī)處理，在實(shí)際芯片連接中，還需要考慮芯片間電壓匹配，即實(shí)際從霍爾傳感器測出來的數(shù)據(jù)可能與AD轉(zhuǎn)換器的輸入電壓不相匹配，當(dāng)測出數(shù)據(jù)超出AD轉(zhuǎn)換器的輸入限值時(shí)，導(dǎo)致測量不至IJ，影響測試效果；當(dāng)測量數(shù)據(jù)偏低時(shí)，不能充分利用最大值和最小值，會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的測量精度。所以選擇適當(dāng)?shù)姆糯笃魅テヅ涠?，使測量精度達(dá)到更高。
[0026]傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的放大器能夠進(jìn)行信號(hào)間的轉(zhuǎn)換，電流信號(hào)和電壓信號(hào)間的轉(zhuǎn)換；還能進(jìn)行信