CN105203981B - 变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置，包括变压器铁芯接地电流实时跟踪单元、标准铁芯接地电流输出单元及铁芯接地电流测量单元。本发明提供还提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验方法。本发明基于置空后注入的原理，通过采集在线监测装置中流过的铁芯接地电流，反馈至标准装置，输出与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流，将在线监测装置中流过的电流置空；然后在监测装置传感器中注入幅值可调、谐波分量可调的电流对监测装置的传感器进行全量程的校验，可以判断和评价在线监测数据的有效性和可靠性，及时甄别出存在缺陷的监测装置，大大提高监测数据可靠性、减小装置误报率。
Description
技术领域
本发明涉及高电压计量技术领域，具体是一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置及方法。
背景技术
变压器发生铁芯多点接地故障时，铁芯接地电流会突增，在变压器铁芯接地线上安装变压器铁芯接地电流在线监测设备对变压器铁芯的接地电流进行实时监控，是监测铁芯多点接地的有效方法。
国网公司目前已装用变压器铁芯接地电流在线监测设备1000余套，且数量不断增加。根据国网公司企业标准Q/GDW540.1-2010《变电设备在线监测装置检验规范》要求，在运行过程中，需定期对装置进行现场例行校验。实际运行过程中，铁芯接地电流在线监测设备误报率高，故障率高，缺乏对装置进行现场校验的技术手段。
发明内容
本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置及方法，可以在不影响变压器的正常运行的情况下对变压器铁芯接地电流在线监测设备进行现场校验，提高监测数据可靠性、减小装置误报率，从而更好地发挥在线监测装置的作用。
一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置，用于对铁芯接地电流在线监测设备进行现场检验，以判断在线监测设备能否正常监控铁芯接地电流，其特征在于：所述现场检验装置包括变压器铁芯接地电流实时跟踪单元、标准铁芯接地电流输出单元及铁芯接地电流测量单元，
所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元，用于实时跟踪现场铁芯接地电流的幅值、频率和相位，输出与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流，将镜像电流以反向穿心的方式注入到在线监测设备的钳形电流传感器，以实现在线监测设备的钳形电流传感器电流置空和后台采集数据归零；
所述标准铁芯接地电流输出单元，用于输出幅值可调、谐波分量可调的电流，以穿心方式注入到在线监测设备的钳形电流传感器中；
所述铁芯接地电流测量单元，用于测量变压器铁芯现场置空和重新注入后的总电流值，与在线监测设备后台采集的变压器铁芯置空和重新注入后的总电流值进行比对校验。
进一步的，所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元包括铁芯接地电流信号取样调理模块、信号谐波分离模块、分离信号移相模块、分离信号调幅及合成模块、电流放大输出模块、信号频率跟踪模块及反馈控制模块，
所述铁芯接地电流信号取样调理模块用于对现场铁芯接地电流进行取样、I/V变换及放大后输出取样信号，其输出端与所述信号谐波分离模块的输入端连接；
所述信号谐波分离模块用于实现取样信号的基波及3，5，7次谐波分量的分离得到分离信号，其第一输出端与所述信号频率跟踪模块的输入端连接，用于将分离出的基波信号输出给所述信号频率跟踪模块，所述信号谐波分离模块的第二输出端与所述分离信号移相模块的输入端连接，用于输出所述分离信号；
所述信号频率跟踪模块用于实时跟踪基波信号频率，其输出端与所述反馈控制模块的输入端连接；
所述反馈控制模块用于根据所述信号频率跟踪模块获得的基波信号频率自动调节所述信号谐波分离模块的参数，实现动态频率信号的分离，保证信号经过信号谐波分离模块时不产生相移；
所述分离信号移相模块用于实现分离信号的相位调整，输出调整相位后的分离信号，其输出端与所述分离信号调幅及合成模块的输入端连接；
所述分离信号调幅及合成模块用于实现调整相位后的分离信号的幅值调整及叠加，输出合成信号，其输出端与所述电流放大输出模块的输入端连接；
所述电流放大输出模块用于实现所述合成信号的功率放大，并输出电流基波及3，5，7次谐波幅值与原边铁芯接地电流中的基波及3，5，7次谐波幅值等幅值的电流信号，即所述与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流
进一步的，所述标准铁芯接地电流输出单元包括依次连接的工控机、数模转换模块、恒流源功率放大模块和电流输出模块，所述工控机用于将电流幅值及谐波转换成相应数模转换转换模块所需要的数据数组，由数模转换转换模块输出电压基准信号到恒流源功率放大模块，经过恒流源功率放大模块进行电压电流转换及功率放大，最后由所述电流输出模块将可调、谐波分量可调的电流输出。
进一步的，所述铁芯接地电流测量单元包括依次连接的电流信号取样调理模块、模数转换模块和比对分析显示模块，所述铁芯接地电流信号取样调理模块用于对铁芯接地电流进行取样调理后，输入到模数转换模块进行采集，然后比对分析显示模块从模数转换模块读取采集结果并计算、存储、显示。
一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验方法，在线监测设备的钳形电流传感器卡在变压器铁芯上，用于对变压器铁芯的接地电流进行实时监控，其特征在于所述现场检验方法包括如下步骤：
步骤一、实时跟踪变压器铁芯接地电流的幅值、频率和相位，输出与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流，将镜像电流以反向穿心的方式注入到在线监测设备的钳形电流传感器，以实现在线监测设备的钳形电流传感器电流置空和后台采集数据归零；
步骤二、输出幅值可调、谐波分量可调的电流，以穿心方式注入到变压器铁芯接地电流在线监测设备传感器中；
步骤三、测量变压器铁芯现场置空和重新注入后的总电流值，与变压器铁芯接地电流在线监测设备后台采集的置空和重新注入后的总电流值进行比对校验。
本发明的有益效果在于：
1、本发明基于置空后注入的原理，通过采集在线监测装置中流过的铁芯接地电流，反馈至标准装置，输出与铁芯接地电流幅值和谐波分量相同、相角相差180度的电流，将在线监测装置中流过的电流置空(抵消至零)；然后在监测装置传感器中注入幅值可调、谐波分量可调的电流对监测装置的传感器进行全量程的校验；
2、本发明的信号取样及输出电流注入采用了完全电气隔离的方式，不影响变压器的正常运行；
3、本发明集成了标准电流输出功能及铁芯电流测量功能，可以对数据进行分类管理，存储、打印波形及数据、自动生成校验报告；
4、本发明为变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场校验提供了一种有效的手段，解决了变压器铁芯接地电流在线监测设备无法现场校验困难。
5、本发明可以判断和评价在线监测数据的有效性和可靠性，及时甄别出存在缺陷的监测装置，大大提高监测数据可靠性、减小装置误报率，从而更好地发挥在线监测装置的作用。
附图说明
图1是本发明变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验方法的原理图；
图2是本发明中变压器铁芯接地电流实时跟踪单元的电路原理框图；
图3是本发明中标准铁芯接地电流输出单元的原理框图；
图4是本发明中铁芯接地电流测量单元的原理框图；
图5是本发明中信号谐波分离、移相和叠加的原理图；
图6是某500kV变电站铁芯接地电流原始测量数据波形图，其中CH1为原始测量电流波形，CH2为置空注入的抵消电流波形；
图7是变压器铁芯接地电流在线监测设备的传感器置空后的电流波形图。
图中：1—变压器铁芯接地电流实时跟踪单元，2—标准铁芯接地电流输出单元，3—铁芯接地电流测量单元，1.1—铁芯接地电流信号取样调理模块，1.2—信号谐波分离模块，1.3—分离信号移相模块，1.4—分离信号调幅及合成模块，1.5—电流放大输出模块，1.6—信号频率跟踪模块，1.7—反馈控制模块，2.1—工控机，2.2—数模转换转换模块，2.3—恒流源功率放大模块，2.4—电流输出模块，3.1—电流信号取样调理模块，3.2—模数转换模块，3.3—比对分析显示模块。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1所示为本发明变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验方法的原理图，其采用变压器铁芯接地电流在线监测设备(以下简称在线监测设备)的现场检验装置进行检验，在线监测设备的钳形电流传感器卡在铁芯上，用于对变压器铁芯的接地电流进行实时监控。所述现场检验装置包括变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1、标准铁芯接地电流输出单元2及铁芯接地电流测量单元3。
所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1用于实现变压器铁芯接地电流在线监测设备的传感器电流置空及后台采集数据归零，所述标准铁芯接地电流输出单元2用于输出标准铁芯电流，以穿心方式注入到变压器铁芯接地电流在线监测设备的传感器中，所述铁芯接地电流测量单元3用于测量变压器铁芯接地电流在线监测设备的传感器现场置空和重新注入后的总电流值，与变压器铁芯接地电流在线监测设备后台采集的置空和重新注入后的总电流值进行比对校验。
如图2所示，所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1包括铁芯接地电流信号取样调理模块1.1、信号谐波分离模块1.2、分离信号移相模块1.3、分离信号调幅及合成模块1.4、电流放大输出模块1.5、信号频率跟踪模块1.6及反馈控制模块1.7。所述铁芯接地电流信号取样调理模块1.1用于对现场铁芯接地电流进行取样、I/V变换及放大后输出取样信号，其输出端与所述信号谐波分离模块1.2的输入端连接；所述信号谐波分离模块1.2用于实现取样信号的基波及3，5，7次谐波分量的分离得到分离信号，其第一输出端与所述信号频率跟踪模块1.6的输入端连接，用于将分离出的基波信号输出给所述信号频率跟踪模块1.6。
所述信号频率跟踪模块1.6用于实时跟踪基波信号频率，其输出端与所述反馈控制模块1.7的输入端连接；所述反馈控制模块1.7用于根据所述信号频率跟踪模块1.6获得的基波信号频率自动调节所述信号谐波分离模块1.2的参数(例如信号谐波分离模块1.2中带通滤波器的电阻值)，实现动态频率信号的分离，保证信号经过信号谐波分离模块1.2时不产生相移。
所述信号谐波分离模块1.2的第二输出端与所述分离信号移相模块1.3的输入端连接，用于输出所述分离信号；所述分离信号移相模块1.3用于实现分离信号(即基波及3，5，7次谐波分量)的相位调整，输出调整相位后的分离信号，其输出端与所述分离信号调幅及合成模块1.4的输入端连接；所述分离信号调幅及合成模块1.4用于实现调整相位后的分离信号的幅值调整及叠加，输出合成信号，其输出端与所述电流放大输出模块1.5的输入端连接；所述电流放大输出模块1.5用于实现所述合成信号的功率放大，并输出电流基波及3，5，7次谐波幅值与原边铁芯接地电流中的基波及3，5，7次谐波幅值等幅值的电流信号I0(即与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流)。
所述铁芯接地电流信号取样调理模块1.1可包括由依次连接的高精度钳形电流传感器、I/V变换电路和运算放大器，高精度钳形电流传感器直接卡在变压器铁芯上，首先采用高精度钳形电流传感器对现场铁芯接地电流进行电流取样，然后通过I/V变换电路将取样电流信号变换为电压信号，并通过运算放大器进行放大后得到所述取样信号。
如图5所示，所述信号谐波分离模块1.2由带通滤波器组成，带通滤波器的电阻由数字电位计组成，可以从铁芯接地电流信号取样调理模块1.1的输出信号中分离出基波及3，5，7次谐波信号，分离出的各次谐波信号与原混合信号中的各次谐波分量同幅值，同相位。所述分离信号移相模块1.3由运放及阻容原件组成的等幅移相电路构成，分别对分离信号进行移位调整。
所述分离信号调幅及合成模块1.4，由运放及可调电阻组成的反向加法器构成，分别对分离信号进行幅值调整及叠加。通过调整所述分离信号调幅及合成模块1.4的可调电阻，实现所述电流放大输出模块1.5输出的电流基波及3，5，7次谐波幅值与原边铁芯接地电流中的基波及3，5，7次谐波幅值等幅值。
所述电流放大输出模块1.5可由场效应管组成的功放电路构成，实现电流放大输出。
所述信号频率跟踪模块1.6为高精度频率计，可以实时测量基波信号频率。
所述反馈控制模块1.7由逻辑控制电路和数字电位计组成，利用频率计测量基波信号的频率，并通过逻辑控制电路和数字电位计修改带通滤波器中数字电位计的电阻值，实现带通滤波器的中心点频率跟随输入电流信号频率的变化，保证带通滤波器的输出信号与原合成信号的相应分量之间没有相位差。
如图3所示，所述标准铁芯接地电流输出单元2包括依次连接的工控机2.1、数模转换模块2.2、恒流源功率放大模块2.3和电流输出模块2.4，所述工控机2.1用于将电流幅值及谐波等设置参数转换成相应数模转换转换模块2.2所需要的数据数组，由数模转换转换模块2.2输出电压基准信号到恒流源功率放大模块2.3，经过恒流源功率放大模块2.3进行电压电流转换及功率放大，最后由所述电流输出模块2.4，将可调电流I1输出，并通过穿心线的方式注入到变压器铁芯接地电流在线监测设备的钳形电流传感器中，具体的，所述电流输出模块2.4通过输出线穿过在线监测设备的钳形电流传感器。
如图4所示，所述铁芯接地电流测量单元3包括依次连接的电流信号取样调理模块3.1、模数转换模块3.2和比对分析显示模块3.3，所述铁芯接地电流信号取样调理模块3.1可采用高精度钳形电流传感器，高精度钳形电流传感器卡在标准铁芯接地电流输出单元2的输出线和铁芯上，对铁芯接地电流进行取样调理后，输入到模数转换模块3.2进行采集，然后比对分析显示模块3.3从模数转换模块3.2读取采集结果并计算、存储、显示。
本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验方法，包括如下步骤：
步骤一、实时跟踪现场铁芯接地电流的幅值、频率和相位，输出与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流，将镜像电流以反向穿心的方式注入到在线监测设备的传感器，以实现铁芯接地电流在线监测设备传感器电流置空和后台采集数据归零；
具体的，变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1首先采用铁芯接地电流信号取样调理模块1.1对现场铁芯接地电流进行取样、I/V变换及放大后输出取样信号；所述取样信号输入到信号谐波分离模块1.2进行基波及3，5，7次谐波信号的分离得到分离信号，通过信号频率跟踪模块1.6实时测量基波信号频率，反馈控制模块1.7用闭环负反馈的方式根据基波信号频率自动调节所述信号谐波分离模块1.2的参数(例如信号谐波分离模块1.2中带通滤波器的电阻值)，实现信号谐波分离模块1.2中带通滤波器的中心点频率跟随输入电流信号频率的变化，保证带通滤波器的输出信号与原合成信号的相应分量之间没有相位差；接着，各分离信号输入所述分离信号移相模块1.3，对分离信号进行移位调整，使调整后的各分量信号与原边铁芯接地电流各分量信号同相位；接着将调相后的分离信号输入所述分离信号调幅及合成模块1.4，分别对分离信号进行幅值调整及叠加，将叠加后得到的合成信号输入所述电流放大输出模块1.5，实现电流放大输出。通过调整所述分离信号调幅及合成模块1.4的可调电阻，实现所述电流放大输出模块1.5输出的电流I0的基波及3，5，7次谐波幅值与原边铁芯接地电流中的基波及3，5，7次谐波幅值等幅值。信号调幅是为了还原钳形电流传感器取样的变比，调整好后，无需再调整。然后，将所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1输出的电流I0以反向穿心的方式注入到现场铁芯接地电流在线监测传感器，以实现铁芯接地电流在线监测传感器的基波及3，5，7次电流置空和后台采集数据归零。
步骤二、输出幅值可调、谐波分量可调的电流，以穿心方式注入到变压器铁芯接地电流在线监测设备传感器中。
步骤三、测量现场置空和重新注入后的总电流值，与变压器铁芯接地电流在线监测设备后台采集的置空和重新注入后的总电流值进行比对校验。
具体的，所述铁芯接地电流测量单元3对变压器接地电流、反向电流I0及幅值及谐波可调的电流I1的合成电流进行实时高精度测量，通过测量现场置空和重新注入后的总电流值，与变压器铁芯接地电流在线监测设备后台采集的置空和重新注入后的总电流值进行比对校验即可实现带电运行工况下变压器铁芯接地电流在线监测设备的校验。具体的，可通过工控机2.1修改幅值及谐波可调的电流I1，将铁芯接地电流测量单元3测量结果I(测试1)作为标准值，铁芯接地电流在线监测设备后台采集结果I(测试2)与测量结果I(测试1)进行误差比对，验证铁芯接地电流在线监测设备的采集准确性。
基于本发明提供变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1，对某500kV变电站进行了铁芯接地电流在线监测设备的电流置空试验。
试验选取的500kV变压器型号为ODFS-334MVA/500kV，该变压器装用的铁芯接地电流监测装置型号为iTMO-TX-2000，其测量范围为2mA-10A，测量准确度为±(5％读数+0.1mA)。在现场测量时，该变压器运行负荷为49MVA，已投运6年。
现场试验时，首先利用本发明中变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1的铁芯接地电流信号取样调理模块1.1对现场铁芯接地电流I0进行取样，得到电流值为2.7mA，其中99％为工频电流分量，其波形见图6中CH1所示。
然后继续利用变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1，对I0进行滤波、频率跟踪、分次、移相、合成得到反向电流I1，并以穿心方式注入监测装置的钳形传感器中，此时利用标准钳形传感器观测抵消后的总电流I2，有效值为0.02mA左右，波形如图7所示。此总电流I2即可直观反映电流“置空”效果。按被测样品(在线监测设备)测量准确度的1/3估算，置空后0.02mA对校准过程的影响可忽略不计。此时，监测设备的示数为0.00mA。由此可见，本发明中的变压器铁芯接地电流实时跟踪单元1使得铁芯接地电流在线监测设备的现场校准过程中，监测设备传感器中的电流回归了实验室的“零电流”状态，滤除了监测设备初始电流对现场校准的影响，提高了校准的准确度，取得了良好的效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置，用于对铁芯接地电流在线监测设备进行现场检验，以判断在线监测设备能否正常监控铁芯接地电流，其特征在于：所述现场检验装置包括变压器铁芯接地电流实时跟踪单元(1)、标准铁芯接地电流输出单元(2)及铁芯接地电流测量单元(3)，
所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元(1)，用于实时跟踪现场铁芯接地电流的幅值、频率和相位，输出与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流，将镜像电流以反向穿心的方式注入到在线监测设备的钳形电流传感器，以实现在线监测设备的钳形电流传感器电流置空和后台采集数据归零；
所述标准铁芯接地电流输出单元(2)，用于输出幅值可调、谐波分量可调的电流，以穿心方式注入到在线监测设备的钳形电流传感器中；
所述铁芯接地电流测量单元(3)，用于测量变压器铁芯现场置空和重新注入后的总电流值，与在线监测设备后台采集的变压器铁芯置空和重新注入后的总电流值进行比对校验；
所述变压器铁芯接地电流实时跟踪单元(1)包括铁芯接地电流信号取样调理模块(1.1)、信号谐波分离模块(1.2)、分离信号移相模块(1.3)、分离信号调幅及合成模块(1.4)、电流放大输出模块(1.5)、信号频率跟踪模块(1.6)及反馈控制模块(1.7)，
所述铁芯接地电流信号取样调理模块(1.1)用于对现场铁芯接地电流进行取样、I/V变换及放大后输出取样信号，其输出端与所述信号谐波分离模块(1.2)的输入端连接；
所述信号谐波分离模块(1.2)用于实现取样信号的基波及3，5，7次谐波分量的分离得到分离信号，其第一输出端与所述信号频率跟踪模块(1.6)的输入端连接，用于将分离出的基波信号输出给所述信号频率跟踪模块(1.6)，所述信号谐波分离模块(1.2)的第二输出端与所述分离信号移相模块(1.3)的输入端连接，用于输出所述分离信号；
所述信号频率跟踪模块(1.6)用于实时跟踪基波信号频率，其输出端与所述反馈控制模块(1.7)的输入端连接；
所述反馈控制模块(1.7)用于根据所述信号频率跟踪模块(1.6)获得的基波信号频率自动调节所述信号谐波分离模块(1.2)的参数，实现动态频率信号的分离，保证信号经过信号谐波分离模块(1.2)时不产生相移；
所述分离信号移相模块(1.3)用于实现分离信号的相位调整，输出调整相位后的分离信号，其输出端与所述分离信号调幅及合成模块(1.4)的输入端连接；
所述分离信号调幅及合成模块(1.4)用于实现调整相位后的分离信号的幅值调整及叠加，输出合成信号，其输出端与所述电流放大输出模块(1.5)的输入端连接；
所述电流放大输出模块(1.5)用于实现所述合成信号的功率放大，并输出电流基波及3，5，7次谐波幅值与原边铁芯接地电流中的基波及3，5，7次谐波幅值等幅值的电流信号，即所述与现场变压器铁芯接地电流同频同相的镜像电流。
2.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置，其特征在于：所述标准铁芯接地电流输出单元(2)包括依次连接的工控机(2.1)、数模转换模块(2.2)、恒流源功率放大模块(2.3)和电流输出模块(2.4)，所述工控机(2.1)用于将电流幅值及谐波转换成相应数模转换转换模块(2.2)所需要的数据数组，由数模转换转换模块(2.2)输出电压基准信号到恒流源功率放大模块(2.3)，经过恒流源功率放大模块(2.3)进行电压电流转换及功率放大，最后由所述电流输出模块(2.4)将幅值可调、谐波分量可调的电流输出。
3.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测设备的现场检验装置，其特征在于：所述铁芯接地电流测量单元(3)包括依次连接的电流信号取样调理模块(3.1)、模数转换模块(3.2)和比对分析显示模块(3.3)，所述铁芯接地电流信号取样调理模块(3.1)用于对铁芯接地电流进行取样调理后，输入到模数转换模块(3.2)进行采集，然后比对分析显示模块(3.3)从模数转换模块(3.2)读取采集结果并计算、存储、显示。
Priority Applications (1)
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