CN202770913U - 变压器套管介损在线监测装置 - Google Patents

变压器套管介损在线监测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开的变压器套管介损在线监测装置，监测终端以FPGA+DSP双CPU为控制核心，外围包括穿心电流互感器、程控放大器模块、AD采样单元、信号调理模块、测频逻辑模块、采样逻辑模块、B码同步模块、RS485总线、套管IED。本实用新型变压器套管介损在线监测装置实现各现场监测单元的精确时间同步，采用智能电子设备实现对监测终端的控制和数据的传输，并通过IEC61850协议将采集数据上传至监控中心，智能电子设备具有强大的实时监控能力，快速高效的处理功能以及高速稳定的通信能力。符合IEC61850体系和代电网发展的形势，实现了智能变电站系统的智能化、信息化、高可靠性和低成本。

Description

变压器套管介损在线监测装置
技术领域
本实用新型属于输变电设备监测技术领域，具体涉及一种变压器套管介损在线监测装置。
背景技术
变电站主变压器是电力系统的主要设备，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全及供电的可靠性。为保证电力系统的安全运行，必须加强对变电站主变压器绝缘的监测。套管是变压器中的重要组成部分，研究表明套管故障占到变压器故障的40％，还有数据显示52％的套管故障是很严重的甚至引发火灾。我国从上世纪中期开始，就主要根据《电气设备预防性试验规程》的规定对电气设备进行定期的停电试验、检修和维护，大量严重受潮和有明显缺陷的设备被都检查出来。但由于这种停电检修和试验是定期进行，难以及时反映设备内部的绝缘潜伏性故障，具有一定的盲目性，同时也造成了大量人力物力的浪费。因此，对变压器套管进行实时在线监测具有很大的意义。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种变压器套管介损在线监测装置，解决了现有在线监测系统数据准确性或稳定性不高，无法判断被测设备的真实绝缘状况，运行可靠性差，故障率高，现场需铺设大量的电缆，施工量大，造成维护、扩展不便的问题。
本实用新型采用的技术方案是，变压器套管介损在线监测装置，包括微处理器模块，穿心电流互感器、程控放大器模块、AD采样单元依次连接通过采样逻辑模块与微处理器模块连接，程控放大器模块、信号调理模块依次连接通过测频逻辑模块与微处理器模块连接，微处理器模块上还连接有B码同步模块及DSP处理单元，DSP处理单元与RS485总线、套管IED单元依次连接。
本实用新型的特点还在于，
其中的微处理器模块采用NiosII系列嵌入式处理器EP1C6Q240I7芯片。
其中的穿心电流互感器采用BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。
其中的程控放大器模块采用可编程增益仪表放大器PGA204。
其中的AD模块单元采用的是具有16位分辨率，采样速率250KHz、并行16位数据输出，TI公司的ADS850。
其中的RS485总线采用ADM2483芯片。
其中的套管IED单元采用ARM+DSP双CPU结构，ARM采用ARM9系列S3C2440A芯片，DSP选用TMS320F28335芯片。
本实用新型的有益效果是，监测终端采用的是FPGA+DSP的技术。FPGA具有采集精度高的特点，DSP具有计算速度快的优点。使用基于有源零磁通技术的BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器对末屏电流进行采集，大大提高了信号采集的精度。采集的数据经过NiosII数据处理单元处理，将数据传输到DSP单元。而DSP芯片主要对信号进行快速高精度的计算，并在接到套管IED发出的采集指令后通过RS485总线将处理后的数据传输至套管IED。IED通过IEC61850协议，将数据上传至监控中心。采用IRIG-B码B码技术进行监测分机异地同步采样，提高了介损的测量精度。
附图说明
图1是本实用新型变压器套管介损在线监测装置的结构示意图。
图中，1.微处理器模块，2.穿心电流互感器，3.程控放大器模块，4.AD采样单元，5.信号调理模块，6.测频逻辑模块，7.采样逻辑模块，8.B码同步模块，9.DSP处理单元，10.RS485总线，11.套管IED单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型变压器套管介损在线监测装置的结构，如图1所示，包括微处理器模块1，主要控制数据采集，穿心电流互感器2实现对现场信号的采集，同时控制程控放大器模块3，将采集来的数据放大到适合AD采样单元4的电压范围，测频逻辑模块6实现对监测信号频率的获得，采样逻辑模块7实现对数据进行采样。微处理器模块1通过B码同步模块8实现对个监测终端的异地同步采样。DSP处理单元9通过快速傅里叶变换对数据进行处理。RS485总线10实现DSP处理单元9与套管IED单元11之间通信。套管IED单元11负责对监测单元进行采样控制指令的传输以及对监测数据的处理，并通过IEC61850协议将数据上传至监控中心。
其中微处理器模块1采用Altera推出的NiosII系列嵌入式处理器EP1C6Q240I7，通过将处理器、外设、存储器和I/O接口集成到一个单一的FPGA中，从而降低了系统成本、复杂性和功耗。系统涉及到的数字逻辑都在FPGA内部实现，用选用的高性能微处理器（MCU）对系统流程进行控制。FPGA内部处理器NiosII实现对整个外围芯片的控制，包括对穿心电流互感器2、程控放大器模块3、AD采样单元4、信号调理模块5、测频逻辑模块6、采样逻辑模块7控制，实现对现场数据的采集。
其中穿心电流互感器2选用的是基于有源零磁通技术的BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。对于监测变压器套管，因为信号处于mA级，因此电流传感器起着关键作用，其性能直接关系到套管介质损耗测量的精度和可靠性。BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器选用起始导磁率高，损耗小的坡莫合金做铁芯，采用了独特的深度负反馈技术，能够对铁芯全自动补偿，使铁芯工作在理想的零磁通状态。该传感器能够准确检测100μA-700mA的工频电流。相位变换误差不大于0.01°，不需要任何校正及修改，互换性极强，具有极好温度特性和电磁场干扰能力，完全满足复杂的电站现场干扰下的套管设备取样的精确度。
其中程控放大器模块3采用可编程增益仪表放大器PGA204，特点是精度高、数字控制可编程增益。根据程序控制实现信号不同等级的放大。模拟输入端内部输入保护电路能够承受±40V电压，采用激光校正，以获得极低的失调电压和漂移，以及高共模抑制比。
其中AD采样单元4选用的是TI公司的ADS8505，该芯片是一款高性能SAR型A/D转换器，内部都采用CMOS工艺的电容矩阵方式，因此功耗比较低，体积比较小。ADS8505具有16位分辨率，采样速率可以达到250KHz，并行16位数据输出，适合8位和16位数据总线，采用单5V电源供电，标准输入信号范围可以达到正负10V。通过信号调理模块5、测频逻辑模块6、采样逻辑模块7实现对信号的整周期采样，精确测量泄露电流信号。
其中信号调理模块5主要作用是采集到的信号经UAF42进行低通滤波处理，滤除其谐波成分，并通过压频转换芯片LM311实现信号方波化处理，以供测频逻辑模块6对信号进行测频处理。
其中测频逻辑模块6实现对工频电压频率的测量，通过D触发器，实现倍频，然后通过系统时钟信号以及微处理器的使能信号，对信号频率进行计数，计数值通过微处理器NiosII进行计算继而转换成相应的频率。例如：若FPGA使用的是40M的晶振，则其全局时钟clk周期为1/40us，信号输入的是标准50Hz频率，此时寄存器的计数输出为1/50s÷1/40us=800000。反之，通过寄存器的计数输出值当然也可同理换算出输入信号的频率。
其中采样逻辑模块7，根据测得信号频率，对采集信号进行512点采样，进而获取设备运行信息。
其中B码同步模块8，现场需要对电压二次侧信号和套管末屏信号进行同步采样，同步精度直接影响监测结果的准确性。本装置采用IRIG-B码B码技术进行监测装置异地同步采样。完成整数倍信号采样和对工频信号进行频率测量；B码信号经微处理器模块1进行解码，得到时间信息同时，产生同步触发信号1PPS，精度在50ns，保证了介损的测量精度。
其中DSP处理单元9主要实现对采集来信号的快速福利叶变换（FFT），并在监测终端出现异常导致数据无法上传或者上传数据出现宂乱时通过握手信号对监测终端进行复位。通过RS485总线10和套管IED单元11进行通信。
其中RS485总线10主要实现套管IED单元11和DSP处理单元9之间的通信，RS485总线10采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；信号电平低，不易损坏接口电路的芯片，且电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接，数据最高传输速率为10MbPs。
其中套管IED单元11采用ARM+DSP双CPU结构的结构，使设备具有高效快速的处理能力和强大的实时监控功能。ARM采用ARM9系列芯片S3C2440A，附加外围的键盘、液晶、以太网通讯等硬件设备，用以完成整个系统的管理和控制。DSP选用TMS320F28335芯片，利用DSP的高速运算和多种片上外设的特点完成变压器套管的数据处理，同时实时响应ARM的请求，将数据处理的结果发送给ARM。
在本实用新型中，系统采用可编程逻辑技术，监测终端采用的是FPGA+DSP的技术。使用基于有源零磁通技术的BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器对末屏电流进行采集，大大提高了信号采集的精度。传感器模块获得电气设备状态模拟量，并将其分为两路，一路经过放大、补偿等处理后，送入FPGA内测频逻辑完成信号测频；另一路由高精度A/D转换器转换为数字量，送入FPGA中，经过NiosII数据处理单元处理，将数据传输到DSP。而DSP芯片主要对信号进行快速高精度的计算，并在接到套管IED发出的采集指令后通过RS485总线将处理后的数据传输至套管IED。IED通过IEC61850协议，将数据上传至监控中心。采用IRIG-B码B码技术进行监测分机异地同步采样，提高了介损的测量精度。

Claims (7)

1.变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，包括微处理器模块（1），穿心电流互感器（2）、程控放大器模块（3）、AD采样单元（4）依次连接通过采样逻辑模块（7）与微处理器模块（1）连接，程控放大器模块（3）、信号调理模块（5）依次连接通过测频逻辑模块（6）与微处理器模块（1）连接，微处理器模块（1）上还连接有B码同步模块（8）及DSP处理单元（9），DSP处理单元（9）与RS485总线（10）、套管IED单元（11）依次连接。
2.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的微处理器模块（1）采用NiosII系列嵌入式处理器EP1C6Q240I7芯片。
3.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的穿心电流互感器（2）采用BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。
4.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的程控放大器模块（3）采用可编程增益仪表放大器PGA204。
5.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的AD模块单元（4）采用的是具有16位分辨率，采样速率250KHz、并行16位数据输出，TI公司的ADS850。
6.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的RS485总线（10）采用ADM2483芯片。
7.根据权利要求1所述的变压器套管介损在线监测装置，其特征在于，所述的套管IED单元（11）采用ARM+DSP双CPU结构，ARM采用ARM9系列S3C2440A芯片，DSP选用TMS320F28335芯片。
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