CN102411084A

CN102411084A - 变压器铁芯接地电流在线监测装置及其监测方法

Info

Publication number: CN102411084A
Application number: CN2011102100335A
Authority: CN
Inventors: 周志强; 高强; 张军阳; 王茂军; 耿宝宏; 钟丹田; 刘齐; 原锋; 程大伟
Original assignee: Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd; Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: CN102411084B

Abstract

本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测方法，步骤如下：（1）、将穿心式电流互感器套装在变压器铁芯接地线上获取一次铁芯接地电流信号；（2）、利用穿心式电流互感器将采集的一次电流信号转换为二次电流信号，并将该二次电流信号转换成电压信号；（3）、将电压信号通过档位切换放大处理后，再经过电压信号调理电路后送入控制器自带的AD电路中进行计算处理；并同预先设置的报警阈值进行比对，当信号出现异常时，控制器控制显示屏显示报警信号；（4）、将（3）步骤中计算处理的信号一方面通过显示屏显示，另一方面将测量结果及测量时刻存入FLASH存储器。本发明广泛适用于变压器、电抗器等电气设备的铁芯/夹件接地电流的在线监测。

Description

变压器铁芯接地电流在线监测装置及其监测方法

技术领域

本发明属于变压器在线监测领域，涉及一种智能型变压器铁芯接地电流和变压器夹件接地电流在线监测装置，尤其是一种变压器铁芯接地电流在线监测装置及其监测方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中关键的设备之一，也是电力设备中故障率较高的环节，它的正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。电力变压器正常运行时，铁芯必须有且仅有一点可靠接地，一旦铁芯两点或多点接地时，在铁芯内部会产生环流，引起局部过热，严重时会造成铁芯局部烧损，甚至使接地片熔断，导致铁芯电位悬浮，产生放电性故障，严重威胁变压器及电网的可靠运行。

变压器正常运行时，铁芯接地电流为毫安级，当铁芯发生多点接地故障时，铁芯接地电流会明显增加。根据实际运行数据表明，在正常情况下，变压器的铁芯接地电流只有几毫安～几十毫安，按照规程要求，当铁芯接地电流达到100毫安的时候，就必须采取相应措施进行处理。

目前运行人员检测铁芯接地电流的手段主要采用钳形电流表对铁芯接地引出线的电流数据进行测量，但现场电磁干扰大，很难保证钳形电流表测量数据的精度和准确性，而且定期巡检无法保证及时发现铁芯多点接地故障。

发明内容

发明目的：本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，其目的是解决以往的监测运行状态中的变压器铁芯接地状态方法中存在的很难保证测量数据的精度和准确性的问题以及定期巡检无法保证及时发现铁芯多点接地故障的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

变压器铁芯接地电流在线监测方法,其特征在于：所述方法的步骤如下：

（1）、将穿心式电流互感器套装在变压器铁芯接地线上获取一次铁芯接地电流信号；

（2）、利用穿心式电流互感器将采集的一次电流信号转换为二次电流信号，并将该二次电流信号转换成电压信号；

（3）、将电压信号通过档位切换放大处理后，再经过电压信号调理电路后送入控制器自带的AD电路中进行计算处理；并同预先设置的报警阈值进行比对，当信号出现异常时，控制器控制显示屏显示报警信号；

（4）、将（3）步骤中计算处理的信号一方面通过显示屏显示，另一方面将测量结果及测量时刻存入FLASH存储器，为以后分析铁芯接地电流工作状况提供依据。

通过RS485总线将（3）步骤中的实时数据或历史数据上传到监控计算机或综合监测单元（主IED），计算机或主IED通过通信协议对监测装置进行各种参数配置，以满足不同现场的需求。

测量变压器电流有效值的方法如下：

为变压器接地一次电流值，通过1000:1变比的穿心式电流互感器后所得二次电流值为

，

即

经过电流电压转换电路后，电压

经过电压信号调理电路后，电压被放大为

其中

，根据量程不同,

及

值将随之变化

通过电压调理电路中的一个直流叠加电路后，输入到控制器AD口的电压为

为AD基准电压

当时，即超过当前量程范围时，处理器将调节

值大小，以满足

的条件。

进入AD的电压基波有效值通过傅里叶变换算法求得；

得到电压基波有效值，通过多次平均处理及反向推导，得到的即是变压器铁芯接地电流有效值。

“（3）”步骤中档位切换的量程为0-100mA、100mA-1A和1A-10A。

实施上述的变压器铁芯接地电流在线监测方法的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：该装置包括控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器；所述穿心式电流互感器连接至电流电压转换电路，电流电压转换电路连接至档位切换控制电路，档位切换控制电路连接至电压信号调理电路，电压信号调理电路和实时时钟系统连接至控制器。

该装置还包括显示屏和ＦＬＡＳＨ存储器；显示屏和ＦＬＡＳＨ存储器连接至控制器。

所述控制器上还连接有数据通信系统。

控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器均设置在壳体内，显示屏设置在壳体的顶盖上。

穿心式电流互感器的变比为1000:1；档位切换控制电路的切换的量程为0-100mA、100mA-1A和1A-10A。

优点及效果：本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测方法,其特征在于：所述方法的步骤如下：

（3）、将电压信号通过档位切换放大处理后，再经过电压信号调理电路后送入控制器自带的AD电路中进行计算处理；并同预先配置的参数进行比对，当信号出现异常时，控制器控制报警装置报警；

（4）、将（3）步骤中计算处理的信号一方面通过显示屏显示，另一方面将将测量结果及测量时刻存入FLASH存储器，为以后分析铁芯接地电流工作状况提供依据。

本发明所设计的变压器铁芯接地电流在线监测装置可以用于变压器铁芯接地电流和夹件电流的监测。本在线监测装置包括安装在变压器本体的铁芯接地电流引出线，该接地电流引出线穿过穿心式电流互感器后与变压器接地端连接，穿心式电流互感器的二次感应信号接入在线监测装置的测量电路，测量电路是由电流电压转换电路、档位切换控制电路和电压信号调理电路构成，测量电路与控制器相连，控制器将测量电路的模拟信号进行计算处理后，通过装置自带的显示屏显示最终测量数据，并将该测量数据存储在装置自带的存储装置中，为分析变压器铁芯接地电流运行状态提供数据保障，本装置可以与综合监测单元（主IED）或计算机相连，并通过MODBUS通信协议将测量结果上传，计算机可以通过串口对装置的通信、测量、报警、校准等参数进行配置。

本监测装置具有铁芯接地电流数据实时监测及超限报警功能，报警值可以由用户自行定义，当出现异常情况时，装置的显示屏及远方监控的计算机均会发出报警信号，使工作人员能够及时采取处理措施，避免变压器故障的发生，保证电力系统的稳定运行。

通过本发明技术方案的实施，能够真正对变压器铁芯接地电流的准确而稳定的实时测量。本发明设计方法具有以下创新点：

1）测量方法的创新：

（1）本装置是通过采用高精度穿心式电流互感器套装在变压器铁芯接地线上的方法获取铁芯接地电流信号，该方法获取的电流信号能够真实反映铁芯接地电流的变化情况，并且与变压器没有电气连接，对变压器的运行不产生任何影响；

（2）电流互感器二次获得的信号直接接入测量装置，测量装置通过数字信号处理技术对电流信号进行分析计算，并显示，存储测量数据在装置中。方便运行人员在就地观察数据及调取，分析变压器铁芯接地电流历史数据。

（3）变压器正常工作时，铁芯接地电流大小在几十毫安范围，但是一旦出现铁芯两点或多点接地等异常现象时，铁芯接地电流可达到数安培，变化范围很大，为了保证测量的准确性及测量装置的安全性，本装置设计了电流量程换挡功能，根据电话变化的范围，装置可自动调节合适的档位来测量电流。本装置电流测量范围最大为10A，测量精度小于1%，完全满足了铁芯接地电流测量范围及精度的要求。

2）装置结构及安装方式：本发明的铁芯接地电流在线监测装置，电流互感器和测量装置装在一个外壳内，外壳采用铸铝材料，在外壳顶盖开设了显示窗口，用于观察电流数据，外壳单独接地，用于屏蔽外界的电磁干扰。

本装置结构设计紧凑，外形美观，在安装方式上，采用通过装置外壳的挂件直接安装在变压器本体的方式，安装方法简便，安全，便于运行人员安装，使用和维护。

3）装置自带有数据显示功能，将时间信息和实时电流数据显示在显示屏上，方便运行人员巡检时观察。当监测数据越限时，显示屏将显示报警信息提醒巡检人员注意。

4）装置具有数据存储功能，将时间信息和实时电流数据保存在装置自带的FLASH存储器中，存储数据掉电不丢失，并且能连续保存一年以上的测量数据。为分析铁芯接地电流历史数据，了解铁芯接地电流变化情况提供依据。

5）装置支持RS-232/485通信接口，可实现基于RS485总线的多点监测。采用工业领域通用性好的MODBUS-RTU通信协议，可通过通信协议将监测数据及监测时刻等信息上传到计算机或综合监测单元（主IED）。

6）可通过计算机或综合监测单元（主IED）对装置参数（如装置地址，波特率，奇偶效验，采样时间间隔，超限报警值，时钟时间等）进行灵活配置，方便装置接入其他在线监测系统，满足不同现场的要求。

7）装置具有与计算机或综合监测单元（主IED）进行对时功能，保证了装置监测时间与设备实际运行时间的准确性与一致性。

8）抗电磁干扰及浪涌保护电路的设计。由于监测现场处于高电压，强磁场环境，对电子设备产生的电磁干扰容易导致监测装置工作不正常，为此，专门从硬件和软件采取措施，提高了装置的抗干扰能力。同时为了承受电力系统频繁操作所带来的过电压冲击，装置还设计了可靠的浪涌保护电路，对电流信号采集测量电路，电源电路，通信电路等接口进行了过电压保护电路的设计，有效的提高了监测装置抗浪涌的保护能力。

9）所设计的装置外型美观，操作简单，安装方便，运行稳定，适于现场安装使用。

附图说明：

图1表示本发明的工作原理示意图；

图2为本发明的变压器铁芯接地电流在线监测装置的结构框图；

图3为本发明的组网结构示意图。

图4为变压器铁芯接地电流在线监测装置的内部结构示意图；

图5为变压器铁芯接地电流在线监测装置的外部结构示意图；

图6为变压器铁芯接地电流在线监测装置的外部立体结构示意图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，为本发明的一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，该装置包括控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器；所述穿心式电流互感器连接至电流电压转换电路，电流电压转换电路连接至档位切换控制电路，档位切换控制电路连接至电压信号调理电路，电压信号调理电路和实时时钟系统连接至控制器。

控制器上还连接有数据通信系统。控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器均设置在壳体内，显示屏设置在壳体的顶盖上。

本实例选用穿心式电流互感器作为一次电流采集装置，型号为：CT-X-3，二次电流采集采用三种量程：1:0-100mA，2:100mA-1A，3：1A-10A。当接地电流大小不同时，采用量程自动切换电路对不同量程的电流进行测量，从而保证数据的准确性。

如图1所示：本发明在使用的时候将变压器本体的铁芯接地电流引出线，该接地电流引出线穿过穿心式电流互感器后与变压器接地端连接，就是说将穿心式电流互感器套装在变压器铁芯接地线上获取一次铁芯接地电流信号；

如图2所示，穿心式电流互感器将变压器铁芯接地电流信号耦合到二次线圈后转换为二次电流信号，并将该二次电流信号经电流电压转换电路转换成电压信号，该电压信号经过档位自动切换控制电路的放大处理后，经过电压信号调理电路后送入控制器自带的AD电路中进行计算处理，并同预先设定的报警阈值进行比对，如果测量结果异常，控制器则控制显示屏显示报警信号，而经过控制器计算后的结果以及测量时刻的时间，可通过装置自带的显示屏进行显示，该时间由实时时钟系统提供，同时将测量结果及测量时刻的时间存入FLASH存储器，作为信息备份数据，为以后分析铁芯接地电流工作状况提供依据。另外，还可以利用数据通信系统通过RS485总线将实时数据或历史数据上传到监控计算机或综合监测单元（主IED），并且计算机或主IED可通过通信协议对监测装置进行各种参数配置，以满足不同现场的需求。当本发明检测到变压器铁芯接地电流超出规定范围时，整个变压器铁芯接地电流在线监测装置及监控计算机将发出报警信号，提醒运行人员采取措施进行处理，防止变压器故障的发生。

该发明中测量变压器电流有效值的方法如下：

如图所示，

为铁芯接地一次电流值，通过1000:1变比的电流互感器后所得二次电流值为

。

即

经过电流-电压转换电路后，

经过放大电路后，电压被放大为

其中（根据量程不同,

及

值将随之变化）

通过一个直流叠加电路后，输入到AD口的电压为

为AD基准电压

当

时，即超过当前量程范围时，处理器将调节

值大小，以满足

的条件。

进入AD的电压基波有效值通过傅里叶变换算法求得。

得到电压基波有效值，通过多次平均处理及反向推导，算得的即是变压器铁芯接地电流有效值。

以下一组数据为实验室测量得到数据：

采样时间	测试电流源（mA）	装置测量结果(mA)
			2010-12-20 9:05	8.0mA	7.8mA
2010-12-20 9:08	20.0mA	19.7mA
			2010-12-20 9:11	50.0mA	49.5mA
2010-12-20 9:14	80.0mA	80.1mA
			2010-12-20 9:17	110.0mA	109.3mA
2010-12-20 9:20	210.0mA	210.2mA

本发明的铁芯接地电流在线监测装置及方法可以实时监测铁芯接地电流数据的实时变化情况，并且具有电流超限报警，数据信息存储，系统对时，参数灵活配置等多种功能，既可以及时发现变压器铁芯多点接地故障隐患，还可以减少甚至代替运行人员对变压器铁芯接地电流运行状况的巡检工作。因此，对变压器铁芯接地电流进行在线监测是非常有意义而且有必要地一项工作。

本发明能够准确稳定的实时监测变压器铁芯接地电流的变化情况，从而监测运行状态中变压器铁芯接地的状态，为变压器运行状况评估依据。

本发明可以广泛适用于变压器、电抗器等电气设备的铁芯/夹件接地电流的在线监测。

Claims

1.变压器铁芯接地电流在线监测方法,其特征在于：所述方法的步骤如下：

2.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置的监测方法，其特征在于：通过RS485总线将（3）步骤中的实时数据或历史数据上传到监控计算机或综合监测单元（主IED），计算机或主IED通过通信协议对监测装置进行各种参数配置，以满足不同现场的需求。

3.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置的监测方法，其特征在于：测量变压器电流有效值的方法如下：

，

即

经过电流电压转换电路后，电压

经过电压信号调理电路后，电压被放大为

其中，根据量程不同,

及

值将随之变化

为AD基准电压

当

时，即超过当前量程范围时，处理器将调节

值大小，以满足

的条件；

进入AD的电压基波有效值通过傅里叶变换算法求得；

4.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置的监测方法，其特征在于：“（3）”步骤中档位切换的量程为0-100mA、100mA-1A和1A-10A。

5.实施权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测方法的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：该装置包括控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器；所述穿心式电流互感器连接至电流电压转换电路，电流电压转换电路连接至档位切换控制电路，档位切换控制电路连接至电压信号调理电路，电压信号调理电路和实时时钟系统连接至控制器。

6.根据权利要求5所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：该装置还包括显示屏和ＦＬＡＳＨ存储器；显示屏和ＦＬＡＳＨ存储器连接至控制器。

7.根据权利要求5或6所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：所述控制器上还连接有数据通信系统。

8.根据权利要求6所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：控制器、实时时钟系统、电压信号调理电路、档位切换控制电路、电流电压转换电路和穿心式电流互感器均设置在壳体内，显示屏设置在壳体的顶盖上。

9.根据权利要求5所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：穿心式电流互感器的变比为1000:1；档位切换控制电路的切换的量程为0-100mA、100mA-1A和1A-10A。