CN105021898B - 一种单相牵引变压器的空载损耗监测的转换装置 - Google Patents

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本发明涉及一种测量单相牵引变压器的空载损耗监测的转换装置，连接在传统变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间实现仅在变压器处于空载运行时对变压器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，包括有主转换装置和辅转换装置，主转换装置和辅转换装置之间通过RS485通讯线路进行信号传递；所述主转换装置包括有：电流信号采集调理电路(2)、主控制电路(3)、受主控制电路(3)控制的二号继电器(1)以及与主控制电路(3)信号相连的系数计算与显示单元(4)；所述辅转换装置包括：辅控制电路(5)和受辅控制电路(5)控制的一号继电器(6)。本发明添加在传统变压器损耗测量装置中，能够使功率表仅在变压器空载运行时才对其进行测量并通过计算得到变压器的空载损耗。

Description

一种单相牵引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单相牵引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
牵引变压器是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，对于轨道车辆来说，牵引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，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。在牵引变压器运行中，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变压器空载损耗在线监测装置。
目前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。
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单相牵引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：
一种单相牵引变压器的空载损耗监测的转换装置，连接在传统变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间实现仅在变压器处于空载运行时对变压器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。包括有主转换装置和辅转换装置，主转换装置和辅转换装置之间通过RS485通讯线路进行信号传递；所述主转换装置包括有：电流信号采集调理电路2、主控制电路3、受主控制电路3控制的一号继电器1以及与主控制电路3信号相连的系数计算与显示单元4；所述辅转换装置包括：辅控制电路5和受辅控制电路5控制的二号继电器6。
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，其输出端一方面连接至主控制电路的信号输入端口，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，对一号继电器进行驱动使开关转向A位置闭合。
通过RS485通讯接口进行RS485通讯，将主控制电路的信号传输给辅控制电路中的单片机，单片机通过继电器驱动电路对二号继电器进行驱动控制，输入为低电平时，二号继电器开关闭合在B位置；输入为高电平时，对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为本发明的一种单相牵引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为变压器空载损耗测量的一个具体实施例。
图中图号表示：1一号继电器、2电流信号采集调理电路、3主控制电路、4系数计算与显示单元、5辅控制电路、6二号继电器、7一号电流互感器、8一号电压互感器、9单相牵引变压器、10二号电流互感器、11二号电压互感器、12二号功率表、13一号功率表。
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220kV/27.5kV单相牵引变压器的空载损耗测量装置连接图，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：
单相牵引变压器9的220kV侧、27.5kV侧接入变压器损耗测量装置，本发明测量转换装置连接在传统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275：1的一号电压互感器8一次侧并联在变压器的220kV侧电路中，二次侧接入本发明转换装置的e1、f1引脚；匝数比为275：1的二号电压互感器11一次侧并联在变压器27.5kV侧电路中，二次侧接入本发明转换装置的a1、b1引脚；匝数比为1：2000的一号电流互感器7的一次侧串连在变压器220kV侧的馈线电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的g1、h1引脚；匝数比为1：2000的二号电流互感10一次侧串联在变压器27.5kV侧的馈线电路中，二次侧接入本发明专利转换装置的c1、d1引脚。一号功率表13的电流级正负极分别与本发明专利转换装置的h2、g2引脚连接，电压级正负极分别与e2、f2引脚连接；二号功率表12的电流级正负极分别与本发明转换装置的d2、c2引脚连接，电压级正负极分别与a2、b2引脚连接。其中两个电压互感器的二次侧均接地。
本发明单相牵引变压器空载损耗监测转换装置包括一号继电器1、二号继电器6、电流信号采集调理电路2、主控制电路3、系数计算与显示单元4、辅控制电路5。
所述电流信号采集调理电路2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4的相应算法的计算机。电流传感器用于测量二号电流互感器10二次侧回路电流i(t)，即为测得的随时间t变化的电流信号，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(tm)，(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。
所述主控制电路3包括单片机运算电路、继电器驱动电路、RS485通讯接口。单片机运算电路的信号输入端口连接A/D转换器，输出端口分别连接继电器驱动电路、RS485通讯接口。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(tm)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(tm)＞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(tm)＜I限，则输出为低电平，对一号继电器进行驱动使开关转向A位置闭合。RS485通讯接口是用于主控制电路至辅控制电路的远距离信号传送。
所述系数计算与显示单元4部分包括FFT算法和显示器。FFT算法是根据i(tm)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(tm)。将i(tm)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。
所述辅控制电路5包括RS485通讯接口、单片机运算电路、继电器驱动电路，它们的输出、输入端口依次连接。单片机运算电路通过RS485通讯接口接收主控制电路的信号，进而根据接收信号通过继电器驱动电路对二号继电器触点进行动作控制，使其A、B位置的开闭与一号继电器保持同步。
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(tm)＜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，测得的变压器220kV侧功率记为P1，27.5kV侧功率记为P2；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(tm)＞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＝(P1-P2)*275*2000/δ。

Claims (1)

1.一种单相牵引变压器的空载损耗监测的转换装置，连接在传统变压器损耗测量装置的互感器与功率表之间实现仅在变压器处于空载运行时对变压器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，包括有主转换装置和辅转换装置，主转换装置和辅转换装置之间通过RS485通讯线路进行信号传递；所述主转换装置包括有：电流信号采集调理电路(2)、主控制电路(3)、受主控制电路(3)控制的一号继电器(1)以及与主控制电路(3)信号相连的系数计算与显示单元(4)；所述辅转换装置包括：辅控制电路(5)和受辅控制电路(5)控制的二号继电器(6)；
电流信号采集调理电路(2)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，其输出端一方面连接至主控制电路的信号输入端口，一方面通过USB接口连接至计算机；
主控制电路(3)包括单片机运算电路、继电器驱动电路、RS485通讯接口部分，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，RS485通讯接口是用于主控制电路至辅控制电路的信号传送；
主控制电路(3)中单片机运算电路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，对一号继电器进行驱动使开关转向A位置闭合；
辅控制电路包括RS485通讯接口、单片机运算电路、继电器驱动电路，即将RS485通讯线路传输的主控制电路的信号传输给单片机，单片机通过继电器驱动电路对二号继电器进行驱动控制，输入为低电平时，二号继电器开关闭合在B位置，输入为高电平时，对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(4)计算变压器空载时间系数，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，T负为变压器负载时长。
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