CN205229290U - 一种变压器直流偏磁电流在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变压器直流偏磁电流在线监测系统，包括用于安装在变压器中性点的霍尔传感器，霍尔传感器的信号输出端连接到A/D转换器的信号输入端，A/D转换器的信号输出端连接到单片机；还包括无线传输模块，无线传输模块也连接到单片机。本实用新型通过在直流接地极附近变压器中性点安装霍尔传感器，不改变中性点接线，采集直流偏磁电流的分布的实测数据，并设置报警阈值，对变压器直流偏磁电流进行实时监测，提高电网变压器直流偏磁的早期预警能力，便于及时对直流偏磁风险较大的变压器采取有效性的防护措施。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器直流偏磁技术领域，具体为一种变压器直流偏磁电流在线监测系统。
背景技术
我国2/3以上的水利资源分布在西南地区，2/3左右的煤炭资源集中在内蒙古和山西，利用这些能源发电送到华东、华南沿海等经济发达地区需要长距离输电。采用直流输电技术进行长距离输电，可以提高电力系统运行的经济性、稳定性和调度的灵活性，具有广阔的发展前景。直流输电技术在我国已经取得了迅速的发展。
从实际运行中发现当直流输电系统采用单极大地回路方式运行时，换流站直流接地极附近中性点接地变压器会出现噪声和振动异常增大的情况，即变压器出现直流偏磁现象。直流输电系统以单极大地返回方式输送功率时，变压器中性点检测到的直流分量随直流输送功率的增加而升高，噪声和振动也随着直流分量的升高而增大。变压器直流偏磁时会出现振动加剧、噪声增大、局部过热等现象，引发变压器内部加紧件松动、绕组断线、绝缘材料受到破坏、铁片松动弯曲等问题，持续时间过长还将导致变压器损坏。变压器直流偏磁还会引起交流电网电压总畸变率增大，谐波大幅升高，对其他电气设备产生较大影响，并可能引起继电保护误动，这些影响最终将会危及到电网的安全运行。
随着西电东送政策的实施，高压直流输电技术在中国电网的运用愈来愈多，变压器直流偏磁问题也显得更加明显，对其进行监测和治理也愈加迫切。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够实时检测变压器直流偏磁电流的一种变压器直流偏磁电流在线监测系统，能够有效提高电网变压器直流偏磁的早期预警能力，便于及时对直流偏磁风险较大的变压器采取有效性的防护措施。技术方案如下：
一种变压器直流偏磁电流在线监测系统，包括用于安装在变压器中性点的霍尔传感器，霍尔传感器的信号输出端连接到A/D转换器的信号输入端，A/D转换器的信号输出端连接到单片机；还包括无线传输模块，无线传输模块也连接到单片机。
进一步的，所述霍尔传感器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端之间还连接有放大器。
更进一步的，所述霍尔传感器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端之间还连接有放大器。
更进一步的，所述放大器采用AD620AN，所述A/D转换器采用ADS8505；AD620AN的引脚3为输入端，引脚6为输出端；AD620AN的引脚3顺次连接电阻R4和电阻R3，同时通过电容C10接地；电阻R3远离电阻R4的一端还通过电阻R1并联可变电阻器RV1后接地；AD620AN的引脚6通过电容C9连接到电阻R4和电阻R3之间，同时还通过电阻R5连接到A/D转换器ADS8505的引脚1；ADS8505的引脚1还通过电阻R6串联电容C25后接地；ADS8505的引脚3通过电容C26接地；ADS8505的引脚4连接到电阻R6和电容C25之间；ADS8505的引脚27连接其引脚28，同时连接到5V电源，ADS8505的引脚27还通过电容C27并联电容C13后接地。
更进一步的，所述霍尔传感器为开环穿心式霍尔电流传感器，包括磁芯、霍尔元件和放大电路，霍尔元件置于磁芯的气隙中，并连接到放大电路的输入端。
更进一步的，还包括北斗定位授时模块，北斗定位授时模块也连接到所述单片机。
更进一步的，还包括USB数据接口，USB数据接口也连接到所述单片机。
更进一步的，所述单片机采用W78E58B。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在直流接地极附近变压器中性点安装霍尔传感器，不改变中性点接线，采集直流偏磁电流的分布的实测数据，并设置报警阈值，对变压器直流偏磁电流进行实时监测，提高电网变压器直流偏磁的早期预警能力，便于及时对直流偏磁风险较大的变压器采取有效性的防护措施。
附图说明
图1为本实用新型变压器直流偏磁电流在线监测系统的结构框图。
图2为本实用新型变压器直流偏磁电流在线监测系统中霍尔传感器的电路图。
图3为本实用新型变压器直流偏磁电流在线监测系统中逐次逼近A/D转换原理图。
图4为本实用新型变压器直流偏磁电流在线监测系统中放大器和A/D转换器电路连接原理图。
图5为本实用新型变压器直流偏磁电流在线监测系统电路设计功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，如图1所示，一种变压器直流偏磁电流在线监测系统，包括用于安装在变压器中性点的霍尔传感器，霍尔传感器的信号输出端连接到A/D转换器的信号输入端，A/D转换器的信号输出端连接到单片机；还包括无线传输模块，无线传输模块也连接到单片机。
本装置安装于变压器中性点接地铜排上，利用霍尔传感器实时监测直流偏磁电流，具有不改变变压器中性点接线的优点。将监测到的电流数据和报警信息转换成数字信号，通过无线传输的方式发送至后台计算机或指定的手机，让运维人员在第一时间掌握现场直流偏磁情况，便于更快采取防护措施。
霍尔传感器采用开环穿心式霍尔电流传感器，包括磁芯、霍尔元件和放大电路，霍尔元件置于磁芯的气隙中，并连接到放大电路的输入端，如图2所示。根据变压器中性点引下线的外形，定制霍尔电流传感器的形状，减少了漏磁，提高监测精度。由于变压器中性点直流电流在正常情况下很小，而直流输电单极大地回路运行时，流过中性线的直流电流较大，故霍尔电流传感器的量程较大。采用高线性度霍尔器件，以确保测试信号的线性度，保证较高的测量精度。放大电路设计是整个霍尔传感器的核心，也是决定其性能好坏的关键因素。当系统放大倍数选择过小时，铁芯缺口处的磁场会随着一次侧电流的增大而增大，从而影响了系统的测量精度。当系统的放大倍数足够大时，铁芯缺口处的磁场很小，系统测量精度得到改善。当系统电压放大倍数为100时，磁阻芯片感应剩磁产生的电压较大，系统剩磁较大，误差也较大。改变系统电压放大倍数为1000时，磁阻芯片感应剩磁产生的电压较小，因而系统剩磁也较小，误差减小。因此，本实施例在一定范围内适当增大系统的电压放大倍数（600倍）可使系统的精度提高，改善其性能。
霍尔传感器系统误差与采样电阻、电压放大倍数、反馈线圈等效电阻、等效电感以及系统电磁转换灵敏度、磁阻芯片的磁电转换灵敏度有关。其中系统电磁转换灵敏度与铁芯大小、材质以及开口形状、位置有关。磁阻芯片的磁电转换灵敏度与磁阻芯片性能有关，在磁阻芯片的选型上，选取线性度好、灵敏度高的磁阻芯片。对于反馈线圈选择匝数多、电感较小的线圈，因为匝数影响测量精度与量程，电感量影响测量电流的相位与系统响应速度。放大倍数的选取应合理分配且足够大。采样电阻应合理选择，太大了影响系统功耗，太小了采样电压信号也较小，容易采样不准确。
用霍尔传感器现场测量的数据是模拟信号，而终端PC处理的是数字信号，需要把模拟信号转换成数字信号。对于A/D转换器，其寄存器位数越多，则可与输入量VIN之间的误差1/2N+1.VREF越小，也就越精准。现在测量精度要求已逐渐由过去的8位转换到12位甚至更高。在模数转换过程中，模数转换器是数据采集系统的重要环节，直接关系到测量的精确度、分辨力和转换速度。本实施例采用逐次逼近A/D转换，保证数据转换的精度，原理如图3所示。
本实施例选用ADS8505A/D转换器，该转换器的采样输出为16位，采用CMOS结构工艺，具有转换速度快、功耗低（70mW）的特点，采用逐次逼近式原理工作，为单通道输入，模拟输入电压范围为：-10V~+10V。
从霍尔传感器出来的数据是模拟信号，需要进行模数转换传给单片机和PC机处理，在实际芯片连接中，还需要考虑芯片间电压匹配，即实际从霍尔传感器测出来的数据可能与AD转换器的输入电压不相匹配，当测出数据超出AD转换器的输入限值时，导致测量不到，影响测试效果；当测量数据偏低时，不能充分利用最大值和最小值，会影响转换器的测量精度。所以选择适当的放大器去匹配二者，使测量精度达到更高。
传感器与转换器之间的放大器能够进行信号间的转换，电流信号和电压信号间的转换；还能进行信号间的匹配，充分利用芯片间配合，提高精度。
放大器和A/D转换器的接线关系如图4所示，AD620AN的引脚3为输入端，引脚6为输出端；AD620AN的引脚3顺次连接电阻R4和电阻R3，同时通过电容C10接地；电阻R3远离电阻R4的一端还通过电阻R1并联可变电阻器RV1后接地；AD620AN的引脚6通过电容C9连接到电阻R4和电阻R3之间，同时还通过电阻R5连接到A/D转换器ADS8505的引脚1；ADS8505的引脚1还通过电阻R6串联电容C25后接地；ADS8505的引脚3通过电容C26接地；ADS8505的引脚4连接到电阻R6和电容C25之间；ADS8505的引脚27连接其引脚28，同时连接到5V电源，ADS8505的引脚27还通过电容C27并联电容C13后接地。
还包括北斗定位授时模块，北斗定位授时模块也连接到所述单片机。采取北斗定位授时，使直流接地极近区变压器中性点直流偏磁电流监测装置的时钟高度同步，能够更好的监测指定时刻直流偏磁电流在电网中的分布，有利于分析直流偏磁电流的分布规律，为有针对性地采取防护措施提供依据。
无线传输模块采用内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口。外观小巧，便于集成在装置的机箱内。它利用GSM移动通信网络的短信息和GPRS业务为用户搭建了一个超远距离的数据输平台。提供RS232标准接口，直接与用户设备连接，实现中文短信功能。
变压器直流偏磁电流监测系统分后台监控和现场采集装置两部分。现场采集装置部分由开环霍尔传感器，北斗同步、采集控制和GPRS传输模块等组成；后台监控采用计算机监控。
变压器直流偏磁电流在线监测系统能对直流偏磁电流进行长期和连续的实时监测，具备报警、显示数据及其变化曲线等功能，可保存两个月的全部监测结果，具有USB数据接口，并能将数据通过无线网络远程传输至远端计算机，实现打印不同时段的数据和变化曲线等功能。能够通过无线传输方式，在设定的时间将各直流偏磁电流在线监测系统测试的数据以短信形式同时发送到指定的手机上。
单片机是整个测量系统的处理系统，完成数据读取、处理及逻辑控制、数据传输等一系列任务，单片机设计包括单片机芯片的选择和单片机接线设计。本实施例选用W78E58B，该芯片具有带ISP功能的FlashEPROM的低功耗8位微控制器；能用于固件升级。W78E58B包含32K字节的主ROM、4K字节的辅助ROM。512字节片内RAM；4个8位双向、可位寻址的I/O口；一个附加的4位I/O口P4；3个16位定时/计数器及一个串行口，都由有8个中断源和2级中断能力的中断系统支持。
从现场的霍尔传感器进行的数据测量，到16位模数转换器ADS8505的模数转换，并把数据以二进制的形式传送给W78E58B单片机，经过单片机硬件和编程的配合对数据的处理、存储、控制之后，传送后台主机，进行波形的显示。整个电路接线设计，配合有运算放大器、地址锁存器、译码器等芯片，如图5所示。
在后台显示变压器中性点直流电流的数据和变化曲线，具有录波功能；当直流偏磁电流超过限值时，装置报警，将报警信息通过短信发送到指定人员手机；计算机内保存监测结果，可随时调出在屏上观看，也可以通过网络、软盘等将保存的数据拷贝出来，远程或在其他计算机上进行观看和分析，并可打印不同时段的数据和变化曲线等。
后台包括报警、通讯、实时列表、实时曲线、历史数据保存、历史数据列表显示、历史数据曲线显示等7个模块。
报警模块：当测试电流超过限制（可设置如：12A）时，认为变压器受到较大的偏磁干扰，不正常运行，进行亮灯显示报警信号，并发出报警信号。
通讯模块：定时接收采集装置数据，将中性点直流偏磁电流数据记录到数据库中。
实时列表：可以将每一路信号值以列表的形式显示如来，显示的内容包括：时间、信号值及信号单位。
实时曲线：可以将每一路装置的所有信号值以实时曲线的形式显示出来。
历史数据保存：将所有信号值按一定格式保存到计算机硬盘内，数据要求保存1年。
历史数据列表显示：提供查询每天某个时段的历史数据，数据显示的要求有最大值、最小值、平均值及单位。
历史数据曲线显示：提供以曲线的形式查看每天某个时段的历史数据。
装置的硬件和软件均采用模块化的方法设计，不仅维护方便，而且通道数和功能容易扩展，软件操作方便；装置的主体部分采用计算机，其不仅有工作可靠、抗干扰能力强、对工作环境适应性强等优点，而且编程容易、软件兼容性好、内存容量大，适合大量的数据处理；）采用北斗模块作为采样同步，能更好的分析各变电站变压器直流偏磁电流的关联性；GPRS模块传输数据减少布线难度和投资；利用计算机进行数据的处理和管理。可保存全部监测结果，具有USB数据接口，并能将数据通过无线网络远程传输至远端计算机，实现打印不同时段的数据和变化曲线等功能。能够通过无线传输方式，在指定（或设定）的时间将各直流偏磁电流在线监测系统测试的数据以短信形式同时发送到指定的手机上；各直流偏磁电流在线监测系统具有较高的同步性，同步误差不超过0.01秒。
Claims (7)
1.一种变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，包括用于安装在变压器中性点的霍尔传感器，霍尔传感器的信号输出端连接到A/D转换器的信号输入端，A/D转换器的信号输出端连接到单片机；还包括无线传输模块，无线传输模块也连接到单片机。
2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，所述霍尔传感器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端之间还连接有放大器。
3.根据权利要求2所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，所述放大器采用AD620AN，所述A/D转换器采用ADS8505；AD620AN的引脚3为输入端，引脚6为输出端；AD620AN的引脚3顺次连接电阻R4和电阻R3，同时通过电容C10接地；电阻R3远离电阻R4的一端还通过电阻R1并联可变电阻器RV1后接地；AD620AN的引脚6通过电容C9连接到电阻R4和电阻R3之间，同时还通过电阻R5连接到A/D转换器ADS8505的引脚1；ADS8505的引脚1还通过电阻R6串联电容C25后接地；ADS8505的引脚3通过电容C26接地；ADS8505的引脚4连接到电阻R6和电容C25之间；ADS8505的引脚27连接其引脚28，同时连接到5V电源，ADS8505的引脚27还通过电容C27并联电容C13后接地。
4.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，所述霍尔传感器为开环穿心式霍尔电流传感器，包括磁芯、霍尔元件和放大电路，霍尔元件置于磁芯的气隙中，并连接到放大电路的输入端。
5.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，还包括北斗定位授时模块，北斗定位授时模块也连接到所述单片机。
6.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，还包括USB数据接口，USB数据接口也连接到所述单片机。
7.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁电流在线监测系统，其特征在于，所述单片机采用W78E58B。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |