變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，包括監(jiān)測裝置本體和穿心式電流互感器，監(jiān)測裝置本體包括全封閉防電磁干擾殼體，全封閉防電磁干擾殼體外部表面上設(shè)有液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈，全封閉防電磁干擾殼體內(nèi)設(shè)有信號采集與處理模塊、通信模塊和顯示接口模塊，信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和微處理器單元，信號調(diào)理模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和信號放大電路。本實(shí)用新型采用穿心式電流互感器采集變壓器鐵芯接地線泄漏電流信號，采用全封閉抗干擾監(jiān)測裝置本體與電流互感器分體設(shè)計的方案，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，抗外部干擾能力強(qiáng)和安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)。
【專利說明】
變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力設(shè)備接地電流檢測裝置，特別涉及一種變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，屬于電力設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用戶對供電可靠性的要求越來越高，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也越來越重要。電力變壓器是電網(wǎng)的“心臟”。確保變壓器的正常運(yùn)行，及早發(fā)現(xiàn)事故征兆，從而進(jìn)行針對性的搶修，把事故所造成的各種損失控制到最低限度，關(guān)系到電網(wǎng)企業(yè)的社會綜合效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前國家正在大力發(fā)展智能化電網(wǎng)，而變壓器鐵芯的在線監(jiān)測系統(tǒng)是構(gòu)成智能化電網(wǎng)中比較重要的組成部分，通過對鐵芯接地電流的在線監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確判斷鐵芯的工作狀況，從而有的放矢在鐵芯出現(xiàn)故障前及時進(jìn)行維護(hù)，不僅有效的提高了供電的可靠性，還盡可能的降低了電力系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，對保障電力變壓器的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。因此，我們應(yīng)加強(qiáng)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障檢測。努力做到及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，以確保變壓器的安全可靠運(yùn)行，最大限度地預(yù)防變壓器鐵芯故障的發(fā)生。
[0003]電力變壓器正常運(yùn)行時，繞組周圍會產(chǎn)生電場，而鐵芯和夾件等金屬處于電場中，若鐵芯沒有可靠接地，上面就會不斷積累電荷，達(dá)到一定程度時，就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，損壞絕緣。因此，變壓器的鐵芯必須有一點(diǎn)可靠接地，如果由于某些原因或者故障，產(chǎn)生了多于一個的接地點(diǎn)，則會在鐵芯內(nèi)形成短接的閉合回路，接地引線上就會產(chǎn)生環(huán)流。一方面，會造成鐵芯局部短路發(fā)熱，接地片熔斷，甚至燒壞鐵芯，絕緣油分解;另一方面，造成變壓器局部過熱，可能產(chǎn)生放電性故障。在運(yùn)行過程中，為了判斷鐵芯是否存在多點(diǎn)接地故障，可以通過測量鐵芯外接地線中的電流來判斷。目前，采用統(tǒng)一的大口徑鉗形電流表，定期趕到現(xiàn)場進(jìn)行人工測量。這樣的測量方式有以下缺點(diǎn):第一，需要人工現(xiàn)場測量，費(fèi)力費(fèi)時，當(dāng)遇到故障時，會耽誤一定的搶修時間。第二，測量過程中，安全距離小的變壓器測量鐵芯電流不方便，而且同一測量點(diǎn)有時會出現(xiàn)幾次測量數(shù)據(jù)不同的情況。第三，鉗形電流表的不能適應(yīng)鐵芯接地引下線的形狀變化(目前接地引下線有扁銅排和圓形)，所以會造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和不穩(wěn)定。另外，現(xiàn)有的監(jiān)測電流裝置在實(shí)際使用中還面臨著各種外部的干擾因素，而且安裝維護(hù)也不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置公開了新的方案，采用穿心式電流互感器采集泄漏電流信號，采用設(shè)置在全封閉防電磁干擾殼體內(nèi)的監(jiān)測裝置本體與殼體外電流互感器分離設(shè)置的方案在確保監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性以及及時發(fā)現(xiàn)故障的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了監(jiān)測裝置適應(yīng)外部惡劣運(yùn)行環(huán)境的能力，提高了裝置整體的安裝維護(hù)的便利性，解決了現(xiàn)有監(jiān)測裝置抗干擾能力差，安裝維護(hù)不方便的問題。
[0005]本實(shí)用新型變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置包括監(jiān)測裝置本體和穿心式電流互感器，穿心式電流互感器的采集端與變壓器鐵芯接地線電連接，穿心式電流互感器的輸出端與監(jiān)測裝置本體電連接，監(jiān)測裝置本體包括全封閉防電磁干擾殼體，全封閉防電磁干擾殼體外部表面上設(shè)有液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈，全封閉防電磁干擾殼體內(nèi)設(shè)有信號采集與處理模塊、通信模塊和顯示接口模塊，信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和微處理器單元，信號調(diào)理模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和信號放大電路，穿心式電流互感器輸出端將鐵芯接地電流信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后傳送至微處理器單元，微處理器單元將收到的信號經(jīng)過數(shù)字濾波和運(yùn)算后發(fā)送至通信模塊和/或顯示接口模塊，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送出檢測裝置，顯示接口模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送至液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈示出。
[0006]本實(shí)用新型變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置采用穿心式電流互感器采集變壓器鐵芯接地線泄漏電流信號，采用全封閉抗干擾監(jiān)測裝置本體與電流互感器分體設(shè)計的方案，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，抗外部干擾能力強(qiáng)和安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型監(jiān)測裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本實(shí)用新型監(jiān)測裝置工作原理示意圖。
[0009]圖3是限流電阻投切控制裝置的限流電阻電路簡圖。
[0010]圖1中，110是全封閉防電磁干擾殼體，200是穿心式電流互感器。圖1中的全封閉防電磁干擾殼體正面下部采用局部剖視方式以展示其內(nèi)部的電路模塊安裝位置，其中，PCB板上設(shè)有S頂卡插槽、MINIUSB插槽、電流互感器插槽、AC220V電源接口以及RS485通信端口。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0012]如圖1所示，本實(shí)用新型變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置示意圖。變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置包括監(jiān)測裝置本體和穿心式電流互感器，穿心式電流互感器的采集端與變壓器鐵芯接地線電連接，穿心式電流互感器的輸出端與監(jiān)測裝置本體電連接，監(jiān)測裝置本體包括全封閉防電磁干擾殼體，全封閉防電磁干擾殼體外部表面上設(shè)有液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈，全封閉防電磁干擾殼體內(nèi)設(shè)有信號采集與處理模塊、通信模塊和顯示接口模塊，信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和微處理器單元，信號調(diào)理模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和信號放大電路。圖1示出了本方案采用的全封閉防電磁干擾殼體，具有良好的防腐、防風(fēng)、防塵和防電磁干擾的功能，能夠給內(nèi)部的電氣設(shè)備提供良好的運(yùn)行環(huán)境，避免其受到外部惡劣環(huán)境的影響。圖1還示出了本方案采用的監(jiān)測裝置本體與電流互感器分體設(shè)計模型，這種設(shè)計方式有效改善了各電氣設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行的環(huán)境，同時使得監(jiān)測裝置本體可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選取合適的安裝位置。為了提高穿心式電流互感器本身的安全性能，本方案的穿心式電流互感器設(shè)在封閉的合金外殼內(nèi)，穿心式電流互感器輸出端設(shè)有過壓保護(hù)器，穿心式電流互感器輸出端通過雙屏蔽電纜與監(jiān)測裝置本體電連接。上述方案述及的安全防護(hù)方案提高了監(jiān)測裝置整體的運(yùn)行質(zhì)量和效率，在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了良好的效果。
[0013]當(dāng)出現(xiàn)故障時，變壓器鐵芯的接地點(diǎn)由一點(diǎn)增加到兩個或者兩個以上，流經(jīng)鐵芯的電流就會急劇增人，如不及時排除將對變壓器鐵芯造成嚴(yán)重?fù)p害，這時需要對變壓器進(jìn)行檢修以排除故障，但變壓器的檢修受供電計劃、檢修計劃等諸多因素的影響而無法立即進(jìn)行，在這種情況下，一般采用串連電阻以減小接地電流值，使運(yùn)行和檢修人員有時間對故障的原因和嚴(yán)重程度進(jìn)行評估，如果確實(shí)需要停機(jī)檢修，可以在調(diào)度調(diào)整設(shè)備運(yùn)行方式，備品備件準(zhǔn)備及變壓器廠家人員到廠前使設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，減少停電給電網(wǎng)和用戶帶來的損失，提高供電可靠性。以上方案具體是變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置還包括限流電阻投切控制裝置，限流電阻投切控制裝置包括限流電阻投切控制模塊和限流電阻電路，限流電阻電路包括一組串聯(lián)的限流電阻，上述一組串聯(lián)的限流電阻上游電路設(shè)有組接入開關(guān)，上述一組串聯(lián)的限流電阻中各限流電阻的兩端接有分接入開關(guān)，限流電阻投切控制模塊與微處理器單元信號連接，限流電阻投切控制模塊根據(jù)收到的限流指令依次逐步開啟組接入開關(guān)、分接入開關(guān)將限流電阻接入電路，具體是當(dāng)電流超過設(shè)定限值時自動逐擋投入限流電阻以降低接地電流作為應(yīng)急措施，當(dāng)電流低于限值時自動切除限流電阻。圖3示出了本方案的限流電阻電路可以采用的一種實(shí)現(xiàn)方式，圖中K、K1、K2、K3是四個常閉可控硅開關(guān)，由CPU通過繼電器控制開合，當(dāng)鐵芯發(fā)生多點(diǎn)接地時，CPU向各繼電器發(fā)出相應(yīng)的動作信號，先將K打開，然后打開開關(guān)Κ1，使限流電阻Rl接入，然后測試電流值，如果還未滿足要求，則將Κ2打開，以此類推，直至接地電流的大小滿足帶故障運(yùn)行的要求。
[0014]為了滿足電力設(shè)備在各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境中可持續(xù)正常工作的實(shí)際要求，在設(shè)備斷電和遭受各種外部干擾出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)的情況下及時調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，挽救因故障丟失或失真的運(yùn)行數(shù)據(jù)，本方案還可以增設(shè)相應(yīng)的智能模塊來實(shí)現(xiàn)上述功能，具體是監(jiān)測裝置本體還包括內(nèi)部非易失存儲模塊，內(nèi)部非易失存儲模塊斷電備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生短時間斷電故障時，內(nèi)部非易失存儲模塊內(nèi)存儲的斷電前正常的數(shù)據(jù)可以為恢復(fù)供電后的數(shù)據(jù)傳送和加工提供數(shù)據(jù)來源。因此，監(jiān)測裝置本體還包括數(shù)據(jù)診斷和恢復(fù)模塊，數(shù)據(jù)診斷和恢復(fù)模塊根據(jù)監(jiān)測得到的異常信號發(fā)出報警信號后將裝置恢復(fù)到正常狀態(tài)，所需要的數(shù)據(jù)可以從上述內(nèi)部非易失存儲模塊內(nèi)調(diào)取。以上涉及的電路、模塊以及電子元器件均可以采用本領(lǐng)域通用的方案，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用特別設(shè)計的方案。
[0015]本方案的穿心式電流互感器輸出端將鐵芯接地電流信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后傳送至微處理器單元，微處理器單元將收到的信號經(jīng)過數(shù)字濾波和運(yùn)算后發(fā)送至通信模塊和/或顯示接口模塊，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送出檢測裝置，顯示接口模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送至液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈示出。為了使得上述方案實(shí)現(xiàn)高效能運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的運(yùn)行效果，本方案對系統(tǒng)的各重要部件還進(jìn)行了優(yōu)化選型，具體是液晶顯示屏采用5位數(shù)碼管顯示實(shí)時接地電流數(shù)值，信號采集與處理模塊采用STM32F405RGT6控制器、C8051F005單片機(jī)、AD7606BSTZ模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、AD8512ARZ運(yùn)放芯片、MC74HC595ADR2G移位寄存器芯片和ST0-223封裝的NCP1117ST33T3G電源芯片。
[0016]控制器是整個測控系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)是完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取計算、各電路的協(xié)調(diào)和管理、處理人機(jī)接口控制、開關(guān)量輸出的控制以及與現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的通訊等。本裝置選用的控制器型號是3ΤΜ32Ρ405Κ6Τ6<^ΤΜ32Ρ405Ι^Τ6控制器是基于高性能ARM Cortex-Μ4 32位內(nèi)核的一款控制器，能在高達(dá)168MHz的頻率下運(yùn)行。該內(nèi)核采用浮點(diǎn)單元單精度，支持所有ARM單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。它還實(shí)現(xiàn)了一套完整的DSP指令和內(nèi)存保護(hù)單元，從而提高應(yīng)用程序的安全性。STM32F405RGT6控制器采用高速嵌入式存儲器，閃存高達(dá)IM字節(jié)，高達(dá)192字節(jié)的SRAM，最多4KB的備份SRAM，并連接到兩個廣泛的增強(qiáng)型I/O和外設(shè)APB總線，AHB總線和32位多AHB總線矩陣。STM32F405RGT6控制器具有3個12位ADC，兩個DAC，低功耗RTC，12個通用16位定時器，包括兩個P麗定時器，電機(jī)控制，2個通用32位定時器。真隨機(jī)數(shù)生成器。還配備了標(biāo)準(zhǔn)和高級通信接口。STM32F405RGT6控制器的工作溫度范圍是-40 °C到105 °C，可以給1.8到3.6V的電源供電。一套全面的省電模式允許低功耗設(shè)計應(yīng)用程序。因此，本裝置采用C8051F005單片機(jī)做為鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置的控制器完全滿足性能和設(shè)計要求。
[0017]根據(jù)實(shí)際裝置工作的需要，選取了AD7606BSTZ作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能芯片。該芯片是16位、多通道同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。器件內(nèi)置模擬輸入箝位保護(hù)、二階抗混疊濾波器、跟蹤保持放大器、16位電荷再分配逐次逼近型ADC、靈活的數(shù)字濾波器、2.5V基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓緩沖以及高速串行和并行接口。該芯片采用5V單電源供電，可以處理±1V和±5V真雙極性輸入信號，同時所有通道均能以高達(dá)200kSPS的吞吐速率采樣。輸入箝位保護(hù)電路可以耐受最高達(dá)±16.5V的電壓。無論以何種采樣頻率工作，AD7606BSTZ的模擬輸入阻抗均為1ΜΩ。它采用單電源工作方式，具有片內(nèi)濾波和高輸入阻抗，因此無需驅(qū)動運(yùn)算放大器和外部雙極性電源。AD7606BSTZ抗混疊濾波器的3dB截止頻率為22kHz，當(dāng)采樣速率為200ksps時，它具有40dB抗混疊抑制特性。靈活的數(shù)字濾波器采用引腳驅(qū)動，可以改善信噪比(SNR)，并降低3dB帶寬。
[0018]該套裝置中選用的運(yùn)放芯片是AD8512ARZ。它是一款雙路精密JFET放大器，具有低失調(diào)電壓、低輸入偏置電流、低輸入電壓噪聲和低輸入電流噪聲特性。低失調(diào)、低噪聲和極低輸入偏置電流這些特性相結(jié)合，使其特別適合高阻抗傳感器放大以及采用分流的精密電流測量。直流精度、低噪聲和快速建立時間特性相結(jié)合，則使醫(yī)療儀器、電子測量和自動測試設(shè)備可以獲得優(yōu)異的精度。即使容性負(fù)載相當(dāng)大，AD8512ARZ也能保持快速建立性能。不同于許多舊式JFET放大器，當(dāng)輸入電壓超過最大共模電壓范圍時，AD8512ARZ不會發(fā)生輸出反相。AD8512ARZ在容性負(fù)載下仍提供快速壓擺率和極高穩(wěn)定性，因此非常適合高性能濾波器使用。低輸入偏置電流、低失調(diào)和低噪聲特性使光二極管放大器電路具有較寬的動態(tài)范圍。低噪聲、低失真、高輸出電流和出色的速度使AD8512ARZ成為音頻應(yīng)用的絕佳選擇。
[0019]MC74HC595ADR2G是一款高速硅柵COMS器件，并且與低壓肖特基TTL(LSTTL)兼容。它們符合JEDEC 7A號文件標(biāo)準(zhǔn)。MC74HC595ADR2G是一個8位串行并且?guī)в写鎯拇嫫骱腿龖B(tài)輸出的移位寄存器，存儲寄存器和移位寄存器同步于不同的時鐘。數(shù)據(jù)在移位寄存器時鐘(SHCP)的正跳變下移動，在存儲寄存器時鐘(STCP)的正跳變下數(shù)據(jù)由移位寄存器轉(zhuǎn)存到存儲寄存器。假如SHCP和STCP被連在一起，移位寄存器將總是超前于存儲寄存器一個時鐘脈沖。移位寄存器有一個串行輸入端，還有一個用于級聯(lián)的串行輸出端。8位移位寄存器可以異步復(fù)位(低電平復(fù)位)。存儲寄存器有一個8位三態(tài)并行輸出端。當(dāng)輸出使能端被使能(低有效)數(shù)據(jù)將從存儲寄存器中輸出至器件引腳。因此，MC74HC595ADR2G具有以下特點(diǎn):(I)8位串行輸入;⑵8位串行或并行輸出；⑶三態(tài)輸出的存儲寄存器;⑷移位寄存器直接清空；
(5)100MHz(典型值)移位輸出頻率;(6)HBM(人體模型)JESD22-A114F 2KV以上；(7)MM(機(jī)器模型)JESD - Al 15 - A 0.2KV 以上；(8)多種封裝；(9)-40 °C ?+80 °C，-40 °C ?+125 °C 不同溫度等級。
[0020]本套裝置選用的電源芯片有NCP1117ST33T3G、MC78M08BDTG、MC78M05BDTG、MC79M08BDTGJCP1117ST33T3G是一種低壓差正電壓調(diào)節(jié)器，它能夠提供大于IA的輸出電流，而且在超出常溫的工作環(huán)境下，輸出800mA的電流時，最大的電壓降只有1.2V。它能夠提供8個穩(wěn)壓值，并且沒有最低負(fù)載要求，以保持穩(wěn)壓。該器件還包含一個電壓從1.25V到18.8V的可調(diào)模塊，利用兩個外部電阻實(shí)現(xiàn)對電壓的調(diào)節(jié)。內(nèi)部保護(hù)特性包括輸出電流限制，安全工作區(qū)補(bǔ)償和熱關(guān)斷。該器件采用STO-223封裝。
[0021]本方案的通信模塊可以采用有線和無線兩種通信模式，利用無線電通信技術(shù)，工作人員可以通過后臺或者手機(jī)短信的方式定時或者實(shí)時了解查詢鐵芯電流的數(shù)值，也可以通過短信靈活自主地對發(fā)送數(shù)據(jù)的周期以及預(yù)警報警值等短信設(shè)置屬性進(jìn)行修改。具體如下。
[0022]⑴通信模塊包括RS485通信接口，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過RS485通信接口傳送出監(jiān)測裝置。
[0023]⑵通信模塊包括CAN通信接口，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過CAN通信接口傳送出監(jiān)測裝置。
[0024]⑶通信模塊包括GSM通信接口，全封閉防電磁干擾殼體外部表面上還設(shè)有GSM天線，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過GSM通信接口傳送出監(jiān)測裝置。
[0025]GSM(Global System for Mobile Communicat1ns)通訊作為移動通訊的一種主干網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多年的發(fā)展，GSM移動公網(wǎng)已經(jīng)成為社會上應(yīng)用最為廣泛的一種通信資源。GSM短信息服務(wù)SMS(short Message Service)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，是最為簡單和方便的數(shù)據(jù)通訊方式，運(yùn)行非常成熟穩(wěn)定、成本低廉，已經(jīng)進(jìn)入到各個領(lǐng)域，成為企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用密不可分的一部分。本項(xiàng)目將首先支持GSM短信功能，當(dāng)接地電流越限時向運(yùn)維人員發(fā)送告警信息。
[0026]⑷通信模塊包括GPRS通信接口，通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過GPRS通信接口傳送出監(jiān)測裝置。
[0027]GPRS(General Packet Rad1 Service)通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，以封?Packet)式來傳輸，可以按使用流量計費(fèi)，費(fèi)用較低，傳輸速率可達(dá)56Kbps甚至114Kbps。可作為實(shí)時監(jiān)測、查詢的支撐技術(shù)。
[0028]在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，變壓器運(yùn)行的電磁環(huán)境是十分惡劣的，鐵芯接地電流信號很容易被淹沒在強(qiáng)大的電磁干擾中，監(jiān)測系統(tǒng)性能往往因此而達(dá)不到滿足實(shí)用化的要求。因此，有效地抑制干擾，準(zhǔn)確獲取接地電流信息是鐵芯絕緣在線檢測的關(guān)鍵技術(shù)之一。如果抗干擾問題解決不好，那么系統(tǒng)的其它指標(biāo)(如精度等)再怎么優(yōu)越也無濟(jì)于事。電磁干擾可以通過各種線路入侵系統(tǒng)，也可以通過電磁場的形式直接從外部干擾系統(tǒng)。為此，需要從硬件和軟件兩方面采取措施，提高裝置的抗干擾能力。同時為了承受電力系統(tǒng)頻繁操作所帶來的過電壓沖擊，裝置還設(shè)計了可靠的浪涌保護(hù)電路，對電流信號采集測量電路和電源電路等接口進(jìn)行了過電壓保護(hù)電路的設(shè)計，有效的提高了監(jiān)測裝置抗浪涌的保護(hù)能力。通過各種有效措施，增強(qiáng)了裝置的抗干擾能力和可靠性。具體如下。
[0029]⑴傳感器部分
[0030]I)穿心式泄漏電流傳感器精度高，而且自身的抗干擾能力很強(qiáng)。
[0031]2)使用封閉的合金外殼，屏蔽外部電磁干擾。
[0032]3)通過釆用金屬屏蔽線，可靠實(shí)現(xiàn)有效接地。
[0033]4)通過在傳感器輸出端加過壓保護(hù)器，保證輸出端的穩(wěn)態(tài)電壓。
[0034]5)采用雙屏蔽電纜(抑制差模干擾)。
[0035]6)提高傳感器的輸出電壓和信噪比。
[0036]⑵PCB設(shè)計部分
[0037]I)通過劃分各自區(qū)域，讓模擬電路和數(shù)字電路彼此分開。
[0038]2)留好地線結(jié)構(gòu)空間，特別是接地線。
[0039]3)最短距離連線。
[0040]⑶電源、地線設(shè)計
[0041]I)地線設(shè)計:設(shè)置地線網(wǎng)格。
[0042]2)電源設(shè)計:模擬電路、數(shù)字電路各自獨(dú)立供電。
[0043]3)產(chǎn)品地線設(shè)計:在主線路板上數(shù)字電路、模擬電路和大功率開關(guān)電路都有獨(dú)立的地線及地線引出端。
[0044]⑷布線設(shè)計
[0045]I)相鄰層的信號線垂直布線以防止信號線間的千擾。
[0046]2)為減少地線阻抗，加寬電源線和地線。
[0047]3)為減少噪聲阻抗，信號線盡量靠近地線。
[0048]4)地線盡量加粗，注意較細(xì)的地線。
[0049](5)軟件抗干擾
[0050]I)指令冗余法:在每段程序中插入幾個空操作指令，保護(hù)后續(xù)指令能夠完整被執(zhí)行。
[0051]2)軟件陷講法:利用未使用的空單元去跳轉(zhuǎn)指令填滿，設(shè)立成為軟件“陷講”，強(qiáng)迫將抓取的程序指向某個特定的地址，從而使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
[0052]3)軟件“看門狗” (WATCHDOG)法:若系統(tǒng)受干擾而失控達(dá)到一定的時間后，產(chǎn)生溢出信號，使系統(tǒng)復(fù)位從而自動恢復(fù)正常運(yùn)行。
[0053]4)絕對跳轉(zhuǎn)法:使用絕對跳轉(zhuǎn)指令，使各轉(zhuǎn)移分支均能回到顯示程序。
[0054]以上方案均可以通過配套的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中涉及的電氣設(shè)備、電路、模塊以及電子元器件在沒有特別提及的情況下都可以根據(jù)具體的實(shí)際需要選擇本領(lǐng)域通用的方案，也可以根據(jù)需要采用特別設(shè)計的方案，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
[0055]本方案的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置采用特制電流互感器、高精度模擬電路及先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，測量范圍寬(ImA?30A)，精度高(± I % )，抗干擾性能好，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。采用多種通信接口，可配置接入電氣設(shè)備綜合監(jiān)測系統(tǒng)，也可獨(dú)立配置為通過GSM短信實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，應(yīng)用配置靈活。采用裝置本體與電流互感器分體設(shè)計的方案，專用的夾具使電流互感器可靈活安裝到鐵芯接地引下線上，裝置本體可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活安裝到不同位置，而且裝置具備完善的自檢功能，可及時判斷裝置的狀態(tài)并告警，具有在不影響變壓器運(yùn)行的情況下對所有部件包括傳感器(旁路鐵芯接地引下線)進(jìn)行安裝和維護(hù)的特點(diǎn)。采用穿心式電流互感器，不破壞接地引下線，對變壓器的安全運(yùn)行無任何影響，所有元件均采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，具有良好的抗電磁沖擊及溫度突變能力，裝置采用全密封設(shè)計，具備防腐、防風(fēng)、防塵、防電磁干擾等功能，能適應(yīng)戶外惡劣運(yùn)行環(huán)境，具有安全可靠的特點(diǎn)。基于以上特點(diǎn)，本方案的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置相比現(xiàn)有的監(jiān)測裝置具備實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步。
[0056]本方案的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置并不限于【具體實(shí)施方式】中公開的內(nèi)容，實(shí)施例中出現(xiàn)的技術(shù)方案可以單獨(dú)存在，也可以相互包含，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本方案結(jié)合公知常識作出的簡單替換方案也屬于本方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征是包括監(jiān)測裝置本體和穿心式電流互感器，所述穿心式電流互感器的采集端與變壓器鐵芯接地線電連接，所述穿心式電流互感器的輸出端與所述監(jiān)測裝置本體電連接，所述監(jiān)測裝置本體包括全封閉防電磁干擾殼體，所述全封閉防電磁干擾殼體外部表面上設(shè)有液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈，所述全封閉防電磁干擾殼體內(nèi)設(shè)有信號采集與處理模塊、通信模塊和顯示接口模塊，所述信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和微處理器單元，所述信號調(diào)理模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和信號放大電路，所述穿心式電流互感器輸出端將鐵芯接地電流信號經(jīng)過所述信號調(diào)理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后傳送至所述微處理器單元，所述微處理器單元將收到的信號經(jīng)過數(shù)字濾波和運(yùn)算后發(fā)送至所述通信模塊和/或所述顯示接口模塊，所述通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送出檢測裝置，所述顯示接口模塊將收到的信號經(jīng)過處理后傳送至所述液晶顯示屏和裝置狀態(tài)指示燈示出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置還包括限流電阻投切控制裝置，所述限流電阻投切控制裝置包括限流電阻投切控制模塊和限流電阻電路，所述限流電阻電路包括一組串聯(lián)的限流電阻，所述一組串聯(lián)的限流電阻上游電路設(shè)有組接入開關(guān)，所述一組串聯(lián)的限流電阻中各限流電阻的兩端接有分接入開關(guān)，所述限流電阻投切控制模塊與所述微處理器單元信號連接，所述限流電阻投切控制模塊根據(jù)收到的限流指令依次逐步開啟所述組接入開關(guān)、分接入開關(guān)將限流電阻接入電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述穿心式電流互感器設(shè)在封閉的合金外殼內(nèi)，所述穿心式電流互感器輸出端設(shè)有過壓保護(hù)器，所述穿心式電流互感器輸出端通過雙屏蔽電纜與所述監(jiān)測裝置本體電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置本體還包括內(nèi)部非易失存儲模塊，所述內(nèi)部非易失存儲模塊斷電備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置本體還包括數(shù)據(jù)診斷和恢復(fù)模塊，所述數(shù)據(jù)診斷和恢復(fù)模塊根據(jù)監(jiān)測得到的異常信號發(fā)出報警信號后將裝置恢復(fù)到正常狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信模塊包括RS485通信接口，所述通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過所述RS485通信接口傳送出監(jiān)測裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信模塊包括CAN通信接口，所述通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過所述CAN通信接口傳送出監(jiān)測裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信模塊包括GSM通信接口，所述全封閉防電磁干擾殼體外部表面上還設(shè)有GSM天線，所述通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過所述GSM通信接口傳送出監(jiān)測裝置。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信模塊包括GPRS通信接口，所述通信模塊將收到的信號經(jīng)過處理后通過所述GPRS通信接口傳送出監(jiān)測裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述液晶顯示屏采用5位數(shù)碼管顯示實(shí)時接地電流數(shù)值，所述信號采集與處理模塊采用STM32F405RGT6控制器、C8051R)05單片機(jī)、AD7606BSTZ模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、AD8512ARZ運(yùn)放芯片、MC74HC595ADR2G移位寄存器芯片和ST0-223封裝的NCPl 117ST33T3G電源芯片。
【文檔編號】G01R31/02GK205450103SQ201620248687
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】沈偉, 徐友剛, 梅凡, 沈曉峰, 王大成, 張佳棟, 許震歡, 黃冀華
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司