CN104568015A - 一种10kV关键变压器监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种10kV关键变压器监测装置，包括：电压传感器、电流传感器、开关量采集单元、温度传感器、局放传感器；电压信号调理电路；电流信号调理电路、光电隔离单元、温度信号调理电路、局放信号调理电路；电压高速A/D采样单元、电流高速A/D采样单元、开关量信号调理电路；局放高速A/D采样单元；对所述电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息进行处理的ARM核心板；与所述ARM核心板连接的ZigBee通信模块、网络通讯模块、3G/4G通讯模块。发明既可实现对10kV关键变压器的全面监测，同时提供多种通讯方式，便于状态监测装置与状态监测系统的互联。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统监测领域，尤其涉及一种10kV关键变压器监测装置。
背景技术
10kV关键变压器是电力系统的重要设备之一，一旦发生故障，会对电力用户的安全运行带来很大影响。10kV关键变压器在长期运行过程中由于受到各种应力作用，必然会出现故障和老化，造成非计划停运，且修复时间长、费用高、影响面广。传统10kV关键变压器维护方法通常是离线状态监测，离线状态监测就是通过对运行中的设备或停止运行的设备定期进行规定项目的检查，从而发现设备的问题和隐患对其进行维护或维修。离线状态监测具有投资小、监测面宽、设备相对简单、使用方便等优点，但无法做到对10kV关键变压器状态进行实时监测，无法及时发现10kV关键变压器故障或安全隐患。近年来，电网状态监测与状态检修技术在国内外逐步展开，并取得显著成果，变电站内建设了大量的状态监测装置。变压器作为电力设备的重要成员，实现其工作状态的在线监测和故障诊断势在必行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种10kV关键变压器监测装置，包括：
采集10kV关键变压器工作时的运行电压的电压传感器；
采集10kV关键变压器工作时的运行电流的电流传感器；
采集10kV关键变压器工作时的开关量的开关量采集单元；
采集10kV关键变压器工作时的温度信息的温度传感器；
采集10kV关键变压器工作时的局放信息的局放传感器；
与所述电压传感器连接，对所述电压传感器采集的运行电压进行调理的电压信号调理电路；
与所述电流传感器连接，对所述电流传感器采集的运行电流进行调理的电流信号调理电路；
与所述开关量采集单元连接，对所述开关量采集单元采集的开关量进行调理的开关量信号调理电路；
与所述温度传感器连接，对所述温度传感器采集的温度信息进行信号调理的温度信号调理电路；
与所述局放传感器连接，对所述局放传感器采集的局放信息进行信号调理的局放信号调理电路；
与所述电压信号调理电路连接，对所述经过电压信号调理电路调理的运行电压进行高速A/D采样的电压高速A/D采样单元；
与所述电流信号调理电路连接，对所述经过电流信号调理电路调理的运行电流进行高速A/D采样的电流高速A/D采样单元；
与所述开关量信号调理电路连接，对所述经过开关量信号调理电路调理的开关量进行光电隔离的光电隔离单元；
与所述局放信号调理电路连接，对所述经过局放信号调理电路调理的局放信息进行高速A/D采样的局放高速A/D采样单元；
与所述电压高速A/D采样单元、电流高速A/D采样单元、开关量信号调理电路、温度信号调理电路、局放高速A/D采样单元连接的，对所述电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息进行处理的ARM核心板；
与所述ARM核心板连接，将经过所述ARM核心板处理的电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息发送至状态监测子站或状态监测主站的ZigBee通信模块、网络通讯模块、3G/4G通讯模块。
其中，所述电压信号调理电路由对运行电压进行信号放大的运算放大器TU1，以及对经过放大的运行电压进行滤波的阻容滤波器R3、C1，以及对经过滤波的运行电压进行电压跟随的电压跟随器TU2组成。
其中，所述电流信号调理电路由对所述运行电流进行信号放大的运算放大器TU3，对经过运行放大的运行电流进行稳压的可控精密稳压源TL431，对经过稳压的运行电流进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器TU5组成，对所述电压信号进行光耦隔离的光耦隔离模块HCNR201，对所述经光耦隔离的电压信号进行信号放大的运算放大器TU6，对经过所述运算放大器TU6放大的电压信号进行滤波的阻容滤波器R9、C1组成。
其中，所述开关量信号调理电路由对所述开关量进行信号滤波的电感L1、对经过滤波的开关量进行防击穿的二极管D1以及对所述开关量进行稳压的二极管D2组成。
其中，所述温度信号调理电路由对所述温度传感器采集的温度信息进行信号放大的运算放大器U11，对所述经过信号放大的温度信息进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器U12组成。
其中，所述局放信号调理电路由对所述局放传感器采集的局放信息进行信号放大的运算放大器U21，对所述经过信号放大的局放信息进行电压跟随，并将局放信息转换为电压信息的电压跟随器U22和U23组成。
其中，所述ZieBee通信模块采用APC320无线接收模块，其与所述ARM核心板进行双向连接。
其中，所述ARM核心板通过PA_5、PA_6管脚与3G/4G模块进行双向连接，控制3G/4G模块的收发。
本发明提出的一种10kV关键变压器监测装置，既可实现10kV关键变压器的电压、电流和开关状态等电气量监测，也可实现温度、局放等非电气量监测，实现对10kV关键变压器的全面监测，同时提供多种通讯方式，便于状态监测装置与状态监测系统的互联。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的10kV关键变压器监测装置的硬件结构框图；
图2是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中ARM核心板的芯片引脚连接分布图；
图3是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中电压信号调理电路图；
图4是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中电流信号调理电路图；
图5是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中开关量信号调理电路图；
图6是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中温度信号调理电路图；
图7是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中局放信号调理电路图；
图8是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中ZigBee模块接口电路图；
图9是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中3G/4G模块接口电路图。
具体实施方式
下面结合图示，详细说明本发明提供的一种10kV关键变压器监测装置的具体实施过程。
参见图1，本发明提供一种10kV关键变压器监测装置，包括：
采集10kV关键变压器工作时的运行电压的电压传感器10；
采集10kV关键变压器工作时的运行电流的电流传感器20；
采集10kV关键变压器工作时的开关量的开关量采集单元30；
采集10kV关键变压器工作时的温度信息的温度传感器40；
采集10kV关键变压器工作时的局放信息的局放传感器50；
与所述电压传感器10连接，对所述电压传感器10采集的运行电压进行调理的电压信号调理电路11；
与所述电流传感器20连接，对所述电流传感器20采集的运行电流进行调理的电流信号调理电路21；
需要说明的是：运行电压和运行电流是10kV关键变压器运行的基本参数，通过测量运行电压和运行电流可以直接得出10kV关键变压器的基本运行状况，可利用测得参数分析电网的各次谐波含量，为电能质量的改善提供参数依据。
与所述开关量采集单元30连接，对所述开关量采集单元30采集的开关量进行调理的开关量信号调理电路31；
所述开关量具体为10kV关键变压器的分接开关状态、冷却器。
与所述温度传感器40连接，对所述温度传感器40采集的温度信息进行信号调理的温度信号调理电路41；该温度信息为10kV关键变压器的绕组温度。
与所述局放传感器50连接，对所述局放传感器50采集的局放信息进行信号调理的局放信号调理电路51；
与所述电压信号调理电路11连接，对所述经过电压信号调理电路11调理的运行电压进行高速A/D采样的电压高速A/D采样单元12；
与所述电流信号调理电路21连接，对所述经过电流信号调理电路21调理的运行电流进行高速A/D采样的电流高速A/D采样单元22；
与所述开关量信号调理电路31连接，对所述经过开关量信号调理电路31调理的开关量进行光电隔离的光电隔离单元32；
与所述局放信号调理电路51连接，对所述经过局放信号调理电路51调理的局放信息进行高速A/D采样的局放高速A/D采样单元52；
与所述电压高速A/D采样单元12、电流高速A/D采样单元22、开关量信号调理电路31、温度信号调理电路41、局放高速A/D采样单元52连接的，对所述电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息进行处理的ARM核心板60；
与所述ARM核心板60连接，将经过所述ARM核心板60处理的电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息发送至状态监测子站或状态监测主站的ZigBee(基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议)通信模块70、网络通讯模块80、3G/4G通讯模块90。
本发明提供的10kV关键变压器监测装置中ARM核心板的芯片引脚连接分布图如图2所示。
图3是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中电压信号调理电路图；
如图3所示，电压信号调理电路11由对运行电压进行信号放大的运算放大器TU1，以及对经过放大的运行电压进行滤波的阻容滤波器R3、C1，以及对经过滤波的运行电压进行电压跟随的电压跟随器TU2组成。
图4是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中电流信号调理电路图；
如图4所示，所述电流信号调理电路21由对所述运行电流进行信号放大的运算放大器TU3，对经过运行放大的运行电流进行稳压的可控精密稳压源TL431，对经过稳压的运行电流进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器TU5组成，对所述电压信号进行光耦隔离的光耦隔离模块HCNR201，对所述经光耦隔离的电压信号进行信号放大的运算放大器TU6，对经过所述运算放大器TU6放大的电压信号进行滤波的阻容滤波器R9、C1组成。
图5是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中开关量信号调理电路图；
如图5所示，EX_IN1为开关量的输入端，所述开关量信号调理电路31由对所述开关量进行信号滤波的电感L1、对经过滤波的开关量进行防击穿的二极管D1以及对所述开关量进行稳压的二极管D2组成。经过二极管D2稳压的开关量经过PC817的光耦隔离后，送入ARM核心板的I/O口ARM_PB21。
图6是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中温度信号调理电路图；
如图6所示，所述温度信号调理电路41由对所述温度传感器11采集的温度信息进行信号放大的运算放大器U11，对所述经过信号放大的温度信息进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器U12组成。经过运算放大器U12转换的电压信号接入高速AD采样芯片ADC777，经AD采样的电压信号送入ARM核心板进行处理。
图7是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中局放信号调理电路图；
如图7所示，所述局放信号调理电路51由对所述局放传感器50采集的局放信息进行信号放大的运算放大器U21，对所述经过信号放大的局放信息进行电压跟随，并将局放信息转换为电压信息的电压跟随器U22和U23组成。电压跟随器U22和U23将局放信号转换为电压信息后，接入高速AD采样芯片ADC777，经AD采样的电压信号送入ARM核心板进行处理。
图8是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中电流信号调理电路图；
如图8所示，ZigBee通信模块70采用APC320无线接收模块，采用网状结构进行组网，这种结构优点是网络非常健壮，任意两个节点间可同时通过多条通道传输数据，即使部分节点发生故障，仍能通过其他通道进行数据传输。
APC320模块是高度集成低功耗半双工小功率无线数据传输模块，其嵌入高速低功耗单片机和高性能射频芯片SI4463，创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，APC320模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，收发频率，发射功率，射频速率等各种参数。
ARM核心板与APC320进行双向连接，APC320有四种工作模式：正常模式、唤醒模式、省电模式、休眠模式，这四种工作模式是由SET_A和SET_B的电平决定的，SET_A和SET_B的上拉电阻均为4.7KΩ。
图9是本发明提供的10kV关键变压器监测装置中3G/4G通讯模块的结构图；
3G/4G通讯模块90中的3G 模块采用华为公司的WCDMA模块EM770，是实现高速无线网络接入的终端产品。支持多种网络模式如HSUPA、GPRS、GSM等。
3G/4G通讯模块90中的4G模块采用华为公司的ME936集成模块，ME936是一款基于IntelM.2标准外形设计(42*30*2.3mm)，重量小于6g，支持LTE 50 Mbps上行传输速率和100Mbps下行峰值传输速率，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
ARM核心板通过PA_5、PA_6管脚与3G/4G模块进行双向连接，控制3G/4G模块的收发。
本发明提出的一种10kV关键变压器监测装置，既可实现10kV关键变压器的电压、电流和开关状态等电气量监测，也可实现温度、局放等非电气量监测，实现对10kV关键变压器的全面监测，同时提供多种通讯方式，便于状态监测装置与状态监测系统的互联。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种10kV关键变压器监测装置，其特征在于，包括：
采集10kV关键变压器工作时的运行电压的电压传感器；
采集10kV关键变压器工作时的运行电流的电流传感器；
采集10kV关键变压器工作时的开关量的开关量采集单元；
采集10kV关键变压器工作时的温度信息的温度传感器；
采集10kV关键变压器工作时的局放信息的局放传感器；
与所述电压传感器连接，对所述电压传感器采集的运行电压进行调理的电压信号调理电路；
与所述电流传感器连接，对所述电流传感器采集的运行电流进行调理的电流信号调理电路；
与所述开关量采集单元连接，对所述开关量采集单元采集的开关量进行调理的开关量信号调理电路；
与所述温度传感器连接，对所述温度传感器采集的温度信息进行信号调理的温度信号调理电路；
与所述局放传感器连接，对所述局放传感器采集的局放信息进行信号调理的局放信号调理电路；
与所述电压信号调理电路连接，对所述经过电压信号调理电路调理的运行电压进行高速A/D采样的电压高速A/D采样单元；
与所述电流信号调理电路连接，对所述经过电流信号调理电路调理的运行电流进行高速A/D采样的电流高速A/D采样单元；
与所述开关量信号调理电路连接，对所述经过开关量信号调理电路调理的开关量进行光电隔离的光电隔离单元；
与所述局放信号调理电路连接，对所述经过局放信号调理电路调理的局放信息进行高速A/D采样的局放高速A/D采样单元；
与所述电压高速A/D采样单元、电流高速A/D采样单元、开关量信号调理电路、温度信号调理电路、局放高速A/D采样单元连接的，对所述电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息进行处理的ARM核心板；
与所述ARM核心板连接，将经过所述ARM核心板处理的电压信号、电流信号、开关量、温度信息、局放信息发送至状态监测子站或状态监测主站的ZigBee通信模块、网络通讯模块、3G/4G通讯模块。
2.如权利要求1所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述电压信号调理电路由对运行电压进行信号放大的运算放大器TU1，以及对经过放大的运行电压进行滤波的阻容滤波器R3、C1，以及对经过滤波的运行电压进行电压跟随的电压跟随器TU2组成。
3.如权利要求2所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述电流信号调理电路由对所述运行电流进行信号放大的运算放大器TU3，对经过运行放大的运行电流进行稳压的可控精密稳压源TL431，对经过稳压的运行电流进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器TU5组成，对所述电压信号进行光耦隔离的光耦隔离模块HCNR201，对所述经光耦隔离的电压信号进行信号放大的运算放大器TU6，对经过所述运算放大器TU6放大的电压信号进行滤波的阻容滤波器R9、C1组成。
4.如权利要求3所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述开关量信号调理电路由对所述开关量进行信号滤波的电感L1、对经过滤波的开关量进行防击穿的二极管D1以及对所述开关量进行稳压的二极管D2组成。
5.如权利要求4所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述温度信号调理电路由对所述温度传感器采集的温度信息进行信号放大的运算放大器U11，对所述经过信号放大的温度信息进行电压跟随，并转换成电压信号的电压跟随器U12组成。
6.如权利要求5所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述局放信号调理电路由对所述局放传感器采集的局放信息进行信号放大的运算放大器U21，对所述经过信号放大的局放信息进行电压跟随，并将局放信息转换为电压信息的电压跟随器U22和U23组成。
7.如权利要求6所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述ZieBee通信模块采用APC320无线接收模块，其与所述ARM核心板进行双向连接。
8.如权利要求7所述的10kV关键变压器监测装置，其特征在于，所述ARM核心板通过PA_5、PA_6管脚与3G/4G模块进行双向连接，控制3G/4G模块的收发。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150429 |