CN105004954A - 一种at供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量AT供电专用自耦变压器的空载损耗的监测转换装置，连接在传统AT供电专用自耦变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间，在变压器处于空载运行时对其两侧的功率进行测量并根据空载时间系数计算得到变压器总体空载损耗，其特征在于：包括有电流信号采集调理电路(1)、系数计算与显示单元(2)、控制电路(3)、受控制电路(3)控制的一号继电器(4)和二号继电器(5)；系数计算与显示单元(2)与控制电路(3)信号连接。本发明装置由继电器控制功率表测量回路通断，继电器是通过电流互感器侧的电流传感器测得的幅值控制，只有当电流传感器的值低于阀值时，变压器两侧的功率表才进行测量，通过测量并经系数换算得到变压器的空载损耗，满足损耗测量精确化的需求。

Description

一种AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置

技术领域

本发明涉及一种测量AT供电专用自耦变压器的空载损耗的监测转换装置，属于变压器监测技术领域。

背景技术

AT供电方式又称自耦变压器供电方式，相对其它供电方式而言，AT供电方式可以在不提高接触网绝缘水平的同时使接触网电压比其额定电压提高一倍，具有更好的防干扰效果和更大的供电潜力，更能适应大功率负荷的供电，同时电分相数目减少，特别适合用于高速和重载电气化铁路。但AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，投资较大，保护和运营维护难度较大。对于高速和重载铁路来说，AT供电专用自耦变压器是最重要的设备之一，是整个电力牵引系统最核心的部分之一，其运行状况直接影响电气化铁路系统能否安全、高效的运营。在AT供电专用自耦变压器运行中，空载损耗在一定程度上反映铁芯的状态，可以发现磁化中的铁芯硅钢片的局部绝缘不良或整体缺陷，如铁芯多点接地、铁芯硅钢片整体老化等，这就要求研制出可靠的智能的AT供电专用自耦变压器空载损耗在线监测装置。

目前AT供电专用自耦变压器空载损耗的测量主要是在离线状态下，对未入网的变压器可较为方便的进行测量，但对于挂网运行的变压器，把运行中的变压器拆下来进行试验，既不经济又影响供电的连续性，存在很大弊端。又目前变压器损耗的在线监测一般都是针对变压器的总体损耗，即变压器的空载损耗和负载损耗之和，考虑到AT供电专用自耦变压器监测装置的经济、实用性，本发明设计的思想旨在在原有损耗监测装置的基础上添加一个转换装置，即可以对变压器的空载损耗进行测量。

AT供电专用自耦变压器总损耗一般由经电压互感器、电流互感器与变压器两侧连接的功率表示数之差乘以两互感器系数得到。本发明即为在互感器与功率表之间添加的转换装置，参见附图3。由电流传感器的示数可以判断变压器是否处于空载状态，当变压器处于空载状态时，控制电压互感器侧的开关与功率表形成回路，对变压器两侧功率进行测量，所得示数差、空载时间系数的倒数、两互感器系数的乘积即为变压器的空载损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，该技术用于研究变压器挂网运行的空载损耗，满足变压器试验需求，便于电气化铁路系统的维护，解决背景技术存在的缺陷。

本发明的技术方案是：

一种AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，连接在传统AT供电专用自耦变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间，在变压器处于空载运行时对其两侧的功率进行测量并根据空载时间系数计算得到变压器总体空载损耗，其特征在于：包括有电流信号采集调理电路1、系数计算与显示单元2、控制电路3、受控制电路控制的一号继电器4和二号继电器5；系数计算与显示单元2与控制电路3信号连接。

在一些实施方案中，利用电流传感器对所测回路的电流信号进行采集，并对该信号进行放大和滤波处理后输入到A/D转换器中，A/D转换器用于将模拟信号转换为离散的便于后序计算和分析的数字信号，一方面连接至控制电路的信号输入端口，另一方面通过USB接口连接至计算机。

单片机运算电路根据接收的信号比较判断变压器是否处于空载运行，单片机运算电路是将电流信号采集调理电路得到的离散电流信号与预先设定的空载电流限值进行比较，其中空载电流限值是根据变压器的额定电流进行取值，若电流信号大于空载电流限值，则输出为低电平，通过继电器驱动电路控制一号继电器、二号继电器开关闭合在B位置，若电流信号小于空载电流限值，则输出为高电平，同时对一号继电器、二号继电器进行驱动使开关转向A位置闭合。

系数计算与显示部分是计算变压器空载损耗时间系数，用于计算变压器总体空载损耗。取变压器运行的周期时间，对电流信号采集调理电路采集的离散信号与预先设定的空载电流限值进行FFT算法计算可得到变压器的空载时间系数即变压器空载时长T_空所占运行周期T的比值，并通过显示器进行显示计算所得的空载时间系数。

本发明的有益效果是：通过在传统AT供电专用自耦变压器损耗测量装置中添加变压器空载损耗监测转换装置，能够使功率表仅在变压器空载运行时才对其进行测量，然后通过计算得到变压器的空载损耗。

附图说明

图1为本发明的一种AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置电路图；

图2为本发明的局部装置结构框图；

图3为AT供电专用自耦变压器空载损耗测量的一个具体实施例。

图中图号表示：1电流信号采集调理电路、2系数计算与显示、3控制电路、4一号继电器、5二号继电器、6一号功率表、7二号功率表、8三号功率表、9四号功率表、10一号电流互感器、11二号电流互感器、12AT供电专用自耦变压器、13一号电压互感器、14二号电压互感器、15三号电流互感器、16四号电流互感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3示出了本发明实施例提供的用于检测2×27.5kV两相三线AT供电专用自耦变压器的空载损耗测量装置连接图，变压器的一端与+27.5kV的接触网(T)连接，另一端连接于-27.5kV的正馈线(F)，中点接入轨道(R)。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详细如下：

AT供电专用自耦变压器(12)的两侧接入变压器损耗测量装置，该发明专利的测量转换装置连接在传统AT变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间。其中匝数比为1：2000的一号电流互感器(10)的一次侧串连在变压器一次侧的-27.5kV正馈线(F)电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的k1、l1引脚；匝数比为1：2000的二号电流互感器(11)一次侧串联在变压器一次侧的+27.5kV接触线(T)电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的i1、j1引脚；匝数比为275：1的一号电压互感器(13)一次侧并联于变压器二次侧的轨道(R)与正馈线(F)上，二次侧接入本发明专利转换装置的g1、h1引脚；匝数比为275：1的二号电压互感器(14)一次侧并联在变压器二次侧的接触线(T)与轨道(R)所在的电力机车供电回路，二次侧接入本发明专利转换装置的e1、f1引脚；匝数比为1：2000的三号电流互感器(15)的一次侧串连在变压器二次侧的-27.5kV正馈线(F)电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的c1、d1引脚；匝数比为1：2000的四号电流互感器(16)一次侧串联在变压器二次侧的+27.5kV接触线(T)电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的a1、b1引脚。一号功率表(6)的电流级正负极分别与本发明专利转换装置的b2、a2引脚连接，电压级正负极分别与e2、f2引脚连接；二号功率表(7)的电流级正负极分别与本发明专利转换装置的c2、d2引脚连接，电压级正负极分别与g2、h2引脚连接；三号功率表(8)的电流级正负极分别与本发明专利转换装置的k2、l2引脚连接，电压级正负极分别与g2、h2引脚连接；四号功率表(9)的电流级正负极分别与本发明专利转换装置的j2、i2引脚连接，电压级正负极分别与e2、f2引脚连接。其中两个电压互感器的二次侧均接地。

本发明专利的AT供电专用自耦变压器空载损耗监测转换装置包括电流信号采集调理电路(1)、系数计算与显示单元(2)、控制电路(3)、一号继电器(4)、二号继电器(5)。

所述电流信号采集调理电路(1)包括电流传感器、运放滤波电路、A/D转换器，它们的输入输出端口依次连接。A/D转换器的输出端口连接主控制电路中的单片机运算电路的信号输入端口，同时通过USB接口连接至有系数计算与显示单元(2)的相应算法的计算机。电流传感器用于测量四号电流互感器(16)二次侧回路电流i(t)，即为测得的随时间t变化的流过电动机车的电流信号，为了实现大幅度变化的电信号的低噪声检测和高精度采集，将采集的电流信号进行放大、滤波处理，再通过A/D转换器将测得的电流数据的幅值转换为离散的数字信号i(t_m)，(m＝1、2、3...)，因为电流频率为50Hz，所以电流采集器采集频率应为100Hz。

所述系数计算与显示单元(2)部分包括FFT算法和显示器。FFT算法是根据i(t_m)计算变压器空载损耗时间系数，进而用于计算变压器总体空载损耗，其所在计算机通过USB接口接收由电流信号采集调理电路所得的离散电流信号i(t_m)。将i(t_m)与预先设定的空载电流限值I_限＝0.1I_额进行FFT算法计算可得到变压器的空载时间系数即变压器空载时长所占变压器运行周期的比值，并通过显示器进行显示计算所得的空载时间系数。其中对于牵引供电系统，一般运行周期为1天，所以设定变压器运行周期时间为T＝24h，FFT算法用MATLAB实现。

所述控制电路(3)包括单片机运算电路、继电器驱动电路。单片机运算电路的信号输入端口连接A/D转换器，输出端口连接继电器驱动电路。其中单片机运算电路是用于比较判断变压器是否处于空载运行，进而通过继电器驱动电路控制一号继电器触点的开闭。单片机运算电路的原理是将电流信号采集调理电路得到的离散电流信号i(t_m)与预先设定的空载电流限值I_限＝0.1I_额进行比较，其中I_额为变压器的额定电压。若i(t_m)＞I_限，则输出为高电平，驱动一号继电器开关在B位置闭合；若i(t_m)＜I_限，则输出为低电平，对一号继电器、二号继电器同时进行驱动使开关转向A位置闭合。

当变压器处于空载运行时，电流信号采集调理电路所得的离散电流信号i(t_m)＜I_限，控制电路控制一号继电器、二号继电器触点于A位置闭合，即功率表对变压器两侧的功率进行测量，4个功率表测得的功率分别对应记为P₁、P₂、P₃、P₄。当变压器处于负载运行时，电流信号采集调理电路所得的离散电流信号i(t_m)＞I_限，控制电路控制一号继电器、二号继电器触点于B位置闭合，即电压互感器的二次侧不形成回路，功率表均无电压，不进行测量。

最后根据两功率表测得的示数和显示器所显示的空载时间系数得变压器的暂态空载损耗为：P＝(P₃+P₄-P₁-P₂)*275*2000/δ。

Claims (5)

1.一种AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，连接在传统AT供电专用自耦变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间，在变压器处于空载运行时对其两侧的功率进行测量并根据空载时间系数计算得到变压器总体空载损耗，其特征在于：包括有电流信号采集调理电路(1)、系数计算与显示单元(2)、控制电路(3)、受控制电路(3)控制的一号继电器(4)和二号继电器(5)；系数计算与显示单元(2)与控制电路(3)信号连接。

2.根据权利要求1所述的AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，其特征在于：所述电流信号采集调理电路(1)的利用电流传感器对所测回路的电流信号进行采集，并对该信号进行放大和滤波处理后输入到A/D转换器中，A/D转换器用于将模拟信号转换为离散的便于后序计算和分析的数字信号，其输出一方面连接至控制电路的信号输入端口，另一方面通过USB接口连接至计算机。

3.根据权利要求1所述的AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，其特征在于：所述系数计算与显示单元(2)计算变压器空载损耗时间系数，用于计算变压器总体空载损耗，并通过显示器进行显示计算所得的空载时间系数，取变压器运行的周期时间，对电流信号采集调理电路采集的离散信号与预先设定的空载电流限值进行FFT算法计算可得到变压器的空载时间系数即变压器空载时长T_空所占运行周期T的比值。

4.根据权利要求1所述的AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置，其特征在于：所述控制电路(3)包括单片机运算电路、继电器驱动电路两部分，其中单片机运算电路的作用是比较判断变压器是否处于空载运行，继电器驱动电路是根据单片机的信号对继电器开关的闭合进行驱动控制。

5.根据权利要求4所述的AT供电专用自耦变压器的空载损耗监测的转换装置控制电路，其特征在于：单片机运算电路是将电流信号采集调理电路得到的离散电流信号与预先设定的空载电流限值进行比较，其中空载电流限值是根据变压器的额定电流进行取值，若电流信号大于空载电流限值，则输出为低电平，一号继电器、二号继电器开关均闭合在B位置，若电流信号小于空载电流限值，则输出为高电平，同时对一号继电器、二号继电器进行驱动使开关转向A位置闭合。