CN210136295U - 基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置 - Google Patents

Abstract

基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，包括箱体、数据可视化窗口、操作按钮、电流采样数据接口、电源、电流互感器、无感电阻分流器、处理器、数据输出接口和数据储存器；本实用新型可以弥补现有变压器在线监测设备由于绕组绝缘老化难以实时监测并对匝间短路状态进行数据评估的问题，可对变压器进行长期的在线监测，并对绕组状态进行评估，而且设备抗干扰能力强，安全性高，数据可靠；除此之外，本实用新型设备体积小，重量轻，便于携带与安装。

Description

基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及交流电网电力变压器故障在线监测技术领域，具体涉及一种基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置。

背景技术

现有变压器故障在线监测技术主要有：1、变压器油气相色谱分析在线监测，当变压器存在局部过热或放电故障时，会引起变压器油和固体绝缘裂解，从而产生大量的气体，通过分析溶解油中的气体含量、产气速率等，来判断设备内部存在的潜伏性故障并掌握故障的发展情况，但是存在着油气分离的技术难题。2、变压器局部放电在线监测，根据超声波原理将高频声波传感器放在油箱外，测取局部放电或电弧放电所产生的暂态声波信号，目前较为成熟的技术有超声波检测法、光测法、电脉冲法等，但存在油—隔板绝缘和箱壁对所测信号的削弱问题。

随着目前用电量的增加，以及配电变压器使用寿命的增长，变压器绕组绝缘老化问题日益严重，在绕组绝缘受损前，变压器仍然正常运行，但励磁电流会出现与正常变压器不同的电流信号，由于绝缘老化受损后(未发生匝间短路故障时)振动及温升不明显，采用变压器油气相色谱分析在线监测及变压器局部放电在线监测不易捕捉故障信号，并且设备复杂，安装困难。

励磁电流是反映变压器运行状况的重要参数。如果变压器发生绝缘老化受损或匝间短路故障，励磁电流也将随之出现相应的变化。同理，我们也可以利用实时在线监测励磁电流的变化方法来判断变压器是否发生匝间短路及绝缘老化受损。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于励磁电流辨识的变压器匝间短路在线监测装置，解决现有的变压器在线监测装置存在的结构复杂，体积大，重量大，操作复杂，监测质量难以保证，无法对边变压器绕组的老化程度进行数据评估的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，其特征够是：包括箱体、数据可视化窗口、操作按钮、电流采样数据接口、电源、电流互感器、无感电阻分流器、处理器、数据输出接口和数据储存器；

所述箱体前壁设置有数据可视化窗口和复数个操作按钮，后壁设置有电流采样数据接口和数据输出接口，其中所述电流采样数据接口通过导线与电流互感器连接，所述数据输出接口包括RS485通讯接口、网口、串口和USB接口；

所述电源位于箱体内部，电源与箱体内壁固定连接，并且电源的接口嵌设在后壁上，电源通过导线分别与数据可视化窗口及处理器连接；

所述电流互感器和无感电阻分流器均位于箱体的内部，二者并排布置并均与箱体的底壁固定连接，无感电阻分流器与电流互感器之间还通过导线连接，并且无感电阻分流器还与控制电路电性连接；

所述控制电路包括运放运放电路以及二阶有源滤波电路；

所述处理器包括DSP芯片、双口RAM以及FPGA芯片，处理器与箱体的底壁固定连接，并且处理器分别通过导线与数据可视化窗口、操作按钮、无感电阻分流器数据输出接口和数据储存器电性连接；

所述数据储存器与箱体内部的侧壁固定连接。

所述箱体前壁两侧分别设置有延伸部，所述延伸部上设置有螺纹孔。

进一步，所述数据可视化窗口为液晶显示屏。

采用上述技术方案的本实用新型能够带来以下有益效果：

1.可以弥补现有变压器在线监测设备由于绕组绝缘老化难以实时监测并对匝间短路状态进行数据评估的问题，可对变压器进行长期的在线监测，并对绕组状态进行评估。

2.设备抗干扰能力强，安全性高，数据可靠。

3.本实用新型设备体积小，重量轻，便于携带与安装。

附图说明

图1为本实用新型的外部结构立体示意图；

图2本实用新型的后面板示意图；

图3为本实用新型的装置硬件结构图；

图4为运放电路示意图；

图5为二阶有源滤波电路示意图；

图中，1-箱体、2-数据可视化窗口、3-操作按钮、4-电流采样数据接口、5-电源、6-电流互感器、7-无感电阻分流器、8-处理器、9-数据输出接口、10-数据储存器、11-延伸部、12-螺纹孔。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步阐述；

基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，其特征是：包括箱体1，箱体1采用镀锌钢材，在满足强度要求的情况下，具备抗电磁干扰及抗腐蚀的能力；数据可视化窗口2，数据可视化窗口2具体为液晶显示屏，其用于现场实时数据调取及电流波形的查看；操作按钮3，操作按钮3主要用于操作数据调取查看、监测量的设定等功能；电流采样数据接口4，电流采样数据接口4可以同时对多台设备进行在线监测，进行电流采样时，电流采样数据接口4的同名端与变压器原边相连，电流采样数据接口4的非同名端与变压器的副边相连，采样电流传输给电流互感器6；电源5，电源5将220V交流电源转换成直流电，为本装置的其它设备供电；电流互感器6，电流互感器6用于将从变压器相线采集到大电流转换为小电流；无感电阻分流器7，无感电阻分流器7用做负载，用于吸收产品使用过程中产生的不需要的电量，起到缓冲，制动的作用；处理器8，处理器8用于接收、处理和转换相关信息；数据输出接口9，数据输出接口9起到将数据传输给外部设备的通信作用；数据储存器10，数据储存器10主要是将监测到的数据进行存储，便于后期追溯和查阅；以及控制电路，控制电路的主要作用是对电流信号放大和滤波等处理；

请参阅图1-图5，本实用新型各部件之间的连接关系如下：所述箱体1前壁设置有数据可视化窗口2和复数个操作按钮3，后壁设置有电流采样数据接口4和数据输出接口9，在本实用新型的外部，电流采样数据接口4的同名端通过导线与被监测变压器原边相连，所述电流采样数据接口4的非同名端通过导线与被监测变压器的副边连接，在内部，电流采样数据接口4与电流互感器6通过导线连接；由于励磁电流的辨识需要变压器原、副边数据，对一台变压器原、副边数据进行采集，而且在线监测的为变压器端口电流，需转化为励磁电流，其对应关系为:

式中i_ea、i_eb、i_ec为励磁电流；i_a1、i_b1、i_c1为原边电流数据；i_a2、i_b2、i_c2为副边电流数据。

所述数据输出接口9包括RS485通讯接口、网口、串口和USB接口，RS485输出接口可与监控中心实时数据通信；网口和串口为PC机接口，满足现场的数据导出；USB接口，可实现数据的长期存储及便捷更换。

所述电源5位于1内部内部，电源5与箱体1内壁固定连接，并且电源5的接口嵌设在1后壁上，电源5通过导线分别与数据可视化窗口2及处理器8连接；

所述电流互感器6和无感电阻分流器7均位于箱体1的内部，二者并排布置并均与箱体1的底壁固定连接，无感电阻分流器7与电流互感器6之间通过导线连接，并且无感电阻分流器7还与控制电路电性连接；

所述控制电路包括运放电路以及二阶有源滤波电路；

所述处理器8包括DSP芯片、双口RAM以及FPGA芯片，处理器8与箱体1的底壁固定连接，并且处理器8分别通过导线与数据可视化窗口2、操作按钮3、控制电路、数据输出接口9和数据储存器10电性连接；所述数据储存器10与箱体1内部的侧壁固定连接。

进一步，所述箱体1前壁两侧分别设置有延伸部11，所述延伸部11上设置有螺纹孔12；

进一步，所述数据可视化窗口2为液晶显示屏。

本实用新型为了不改变电路特性，采用了基于无感电阻分流器的测量方法，设备能够实时监测变压器二次侧的励磁电流值，其中包含励磁电流的平均值及幅值，实时采样得到的励磁电流信号通过快速傅里叶变换计算出基波幅值，在除以1.414得到基波有效值，无感电阻分流器对电流互感器中的电流进行采样，再经过信号调理电路，无感电阻分流器上的模拟信号经过运放电路隔离放大后存在高频分量，对下一步的信号处理不利，因此使隔离放大后的信号在二阶有源低通滤波电路中滤除的高频分量。经过滤波的模拟信号进入A/D采样单元进行处理，DSP芯片将实时采样的数据进行快速傅里叶变换，获得励磁电流的幅值及有效值，励磁电流的幅值及有效值缓存于双口RAM中，双口RAM中缓存的数据送至FPGA芯片中，根据设置的励磁电流限值进行绕组匝间短路判断。

信号运放及滤波电路如图4及图5所示，该电路的每个通道由隔离放大器，仪器用放大器及二阶有源滤波器组成，分流器取样的电流信号通过运放隔离，低通滤波电路，由仪器用放大器器进行信号放大，处理后的信号送至A/D进行采样。

本实用新型采用的DSP数字信号处理器为TI公司生产的TMS320C28346数字信号处理器，TMS320C28346能够在一个指令周期内完成32×32位的乘法累加计算，提高了系统的数据的实时性。双口RAM用于DSP与FPGA之间的数据交换，从而可以加强系统的实时性与控制可靠性。DSP处理器进行数据的采集及电流信号的实时计算，AD采样的方式为：采用定时器中断触发AD启动，进行模拟信号到数字信号的转换，外部中断接受AD转换完成信号并读取数据。

双口RAM采用IDT公司生产的IDT70V28L,DSP与FPGA直接进行实时总线通讯，大量的数据传输及相关的信号量监听将会占用大量的CPU计算时间，严重拖慢计算速度，干扰采样时间间隔的准确性以及相关快速傅里叶变换，因此使用型号为IDT70V28的双口RAM，该双口RAM提供两个独立的端口，允许左右端口同时读写数据，每个端口具有自己独立的控制信号线、地址线、和数据线，可高速存取数据。

本实用新型的数据处理器在解决数据短期存储及数据判别的问题上使用TI公司生产的型号为EP2C35F672C6的FPGA芯片，包括了大容量的nor flash芯片以及DM9000A以太网接口芯片。EP2C35F672C6可编程芯片是一个支持实时仿真和嵌入跟踪的集成CPU。当有匝间短路故障发生时，DSP数字信号处理器在判别出故障发生后，通过双口RAM传递给FPGA模块，后者通过外部中断的方式接受该信号，再确认故障数据首地址后，将故障数据从双口RAM缓存中转移到Nor flash芯片中储存。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施方式，并非是对本实用新型的限制，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的指引下，所作出的等效替换与修饰，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，其特征是：包括箱体(1)、数据可视化窗口(2)、操作按钮(3)、电流采样数据接口(4)、电源(5)、电流互感器(6)、无感电阻分流器(7)、处理器(8)、数据输出接口(9)、数据储存器(10)和控制电路；

所述箱体(1)前壁设置有数据可视化窗口(2)和复数个操作按钮(3)，后壁设置有电流采样数据接口(4)和数据输出接口(9)，其中所述电流采样数据接口(4)通过导线与电流互感器(6)连接，所述数据输出接口(9)包括RS485通讯接口、网口、串口和USB接口；

所述电源(5)位于箱体(1)内部，电源(5)与箱体(1)内壁固定连接，并且电源(5)的接口嵌设在箱体(1)后壁上，电源(5)通过导线分别与数据可视化窗口(2)及处理器(8)连接；

所述电流互感器(6)和无感电阻分流器(7)均位于箱体(1)的内部，二者并排布置并均与箱体(1)的底壁固定连接，无感电阻分流器(7)与电流互感器(6)之间通过导线连接，并且无感电阻分流器(7)还与控制电路电性连接；

所述控制电路包括运放电路以及二阶有源滤波电路；

所述处理器(8)包括DSP芯片、双口RAM以及FPGA芯片，处理器(8)与箱体(1)的底壁固定连接，并且处理器(8)分别通过导线与数据可视化窗口(2)、操作按钮(3)、控制电路、数据输出接口(9)和数据储存器(10)电性连接；

所述数据储存器(10)与箱体(1)内部的侧壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，其特征是：所述箱体(1)前壁两侧分别设置有延伸部(11)，所述延伸部(11)上设置有螺纹孔(12)。

3.根据权利要求1所述的基于励磁电流的变压器匝间短路在线监测装置，其特征是：所述数据可视化窗口(2)为液晶显示屏。

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