CN105242228A - 变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法及装置 - 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电流置空装置，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。本发明还提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法。本发明可将运行中的铁芯接地电流监测装置原有的电流抵消置空，便于铁芯接地电流监测装置校验时回归到实验室校准的“零电流”状态，提高校准过程的准确度。

Description

变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法及装置
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电流置空方法及装置。
背景技术
变压器铁芯接地电流在线监测设备，可实时监测运行中的变压器铁芯接地电流，及时预警铁芯多点接地等异常工况，目前被广泛使用。铁芯接地电流在线监测的基本原理是利用钳形电流传感器监测铁芯接地扁钢中流过的电流，当电流增大超过预警值时，发出警报信息，提示运行人员进一步排查隐患或故障。
按相关企业标准(Q/GDW540.1-2010《变电设备在线监测设备检验规范》)和行业标准(DL/T1433-2005《变压器铁芯接地电流测量装置通用技术条件》)要求，铁芯接地电流监测装置应进行定期的校准，以判断其监测数据是否准确有效。由于监测装置一旦装用，难以停电拆装送检，因此，亟需有效的现场检验方法和装置。
目前，国内有文献报道对容性电流监测装置和避雷器泄露电流监测装置的现场检验，其基本思想是注入一个可调的电流，根据监测装置对此电流的响应，来进行校准和检测。这种方法的准确度较低，因为监测装置本身测量到的设备状态量，与注入的电流之间存在相位差异，会干扰注入的信号。本申请的发明人经过研究发现：前述容性电流监测装置和避雷器泄露电流监测装置的现场校验技术，原理上也可移植到变压器铁芯接地电流在线监测装置的现场校准中,但是，由于变压器铁芯接地电流很小，为毫安级，且含有丰富的谐波；对这样微弱的混频电流进行现场校准，监测装置本身测量到的电流量会大大影响校准的准确度。而目前尚无对铁芯接地电流在线监测设备现场校验的公开学术报道。本申请的发明人进一步研究发现一种可行的新思路是将运行中的铁芯接地电流监测装置原有的电流抵消置空，使其回归到实验室校准的“零电流”状态，然后注入电流进行校验。这种方法下，置空的效果将直接影响校准过程的准确度，置空后电流越接近于零，准确度越高。本发明正是基于此，提出一种变压器铁芯接地电流在线监测设备现场校验时的电流置空方法及装置。
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电流置空方法和装置，可将运行中的铁芯接地电流监测装置原有的电流抵消置空，便于铁芯接地电流监测装置校验时回归到实验室校准的“零电流”状态，提高校准过程的准确度。
一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空装置，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，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，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，使得铁芯接地电流在线监测设备传感器电流置空。
进一步的，所述铁芯接地电流信号取样调理模块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用于对现场铁芯接地电流进行电流取样，I/V变换电路用于将取样电流信号变换为电压信号，运算放大器用于将电压信号进行放大后得到所述取样信号。
一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法，包括如下步骤：
步骤一、采用铁芯接地电流信号取样调理模块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；
步骤二、所述取样信号输入到信号谐波分离模块进行基波及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实时测量基波信号频率，反馈控制模块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的参数，实现信号谐波分离模块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；
步骤三、各分离信号输入所述分离信号移相模块，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；
步骤四、将调相后的分离信号输入所述分离信号调幅及合成模块，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，实现电流放大输出；
步骤五、将所述电流放大输出模块输出的电流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。
本发明的有益效果在于：
1、本发明基于谐波分离和移相，实现了铁芯接地电流的跟踪和抵消，为现场校验提供了电流置空的方法。
2、本发明解决了铁芯接地电流在线监测设备现场校验时，运行中的铁芯接地电流对校准电流的干扰问题，提高了现场校验的准确度。
3、本发明采用的信号取样、抵消注入采用了完全电气隔离的方式，不影响变压器及在线监测设备的运行。
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电流置空装置的电路原理框图；
图2是本发明中信号谐波分离、移相和叠加的原理图；
图3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4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：1.1—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。
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。
如图1所示，本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空装置，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。
请结合参考图2，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，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，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，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。
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，信号频率跟踪模块1.6测得基波信号的频率，然后通过逻辑控制电路和数字电位计修改所述信号谐波分离模块1.2的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。
本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法，包括如下步骤：
步骤一、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；
步骤二、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；
步骤三、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；
步骤四、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传感器取样的变比，调整好后，无需再调整。
步骤五、将所述电流放大输出模块1.5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。
基于本发明提供的方法和装置，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，其波形见附图3中CH1所示。
然后利用本发明的电流置空装置，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4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电流置空装置，其特征在于：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，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，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，使得铁芯接地电流在线监测设备传感器电流置空。
2.如上所述的变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空装置，其特征在于：所述铁芯接地电流信号取样调理模块(1.1)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用于对现场铁芯接地电流进行电流取样，I/V变换电路用于将取样电流信号变换为电压信号，运算放大器用于将电压信号进行放大后得到所述取样信号。
3.一种变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空方法，其特征在于应用权利要求1或2中的变压器铁芯接地电流在线监测设备的电流置空装置进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、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；
步骤二、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，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；
步骤三、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；
步骤四、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；
步骤五、将所述电流放大输出模块(1.5)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。
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