CN213875985U - 一种变压器铁芯接地电流在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，至少包括MCU主控电路、保护滤波电路、电流/电压转换电路、放大电路、ADC转换电路、供电电路、接口电路和报警装置，保护滤波电路的输入端通过霍尔元件与待测接地线连接，保护滤波电路的输出端与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与ADC转换电路的输入端连接，ADC转换电路的输出端与MCU主控电路的输入端连接，接口电路的输入端和报警装置的输入端分别与MCU主控电路的输出端连接，供电电路为整个变压器铁芯接地电流在线监测装置供电。该装置实现了变压器铁芯接地电流在线监测，随时掌握变压器的工作状态，避免变压器停机监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种变压器铁芯接地电流在线监测装置。
背景技术
近些年来电力变压器铁芯多点接地造成的事故开始逐渐增多，变压器铁芯的绝缘电阻测量已经被电力部门列为预防性试验项目。但是，由于在变压器铁芯多点接地初期，电流带来的损耗很小，检修人员定期对变压器做预防性试验的时候有些缺陷很难被发现，铁芯多点接地会使变压器内部形成环流，时间一长铁芯局部发热严重，引起变压器油液碳化产生气体，从而导致变压器轻瓦斯动作。变压器中绕组电流过载时就会因为发热严重而将外层绝缘皮烧毁，从而发出电弧火光，此时在变压器内部就会出现分解变压器油的现象。严重的情况甚至会造成瓦斯含量极速升高，进而引起继电保护动作断闸的停电事故。
铁芯接地电流的产生是由于变压器铁芯与大地之间会产生悬浮位。正常情况下这个电流值为mA级，但是当变压器在制造、安装、维护和检修过程中因为疏忽发生故障导致铁芯存在两点及以上的接地时，便会在每两个接地处形成闭合回路。此时的接地电流便会成倍放大，放大后的电流会引起变压器铁芯局部过热，导致变压器油分解，造成变压器绝缘油性能下降严重时，会使铁芯硅钢片烧坏，造成主变重大事故。由于铁芯多点接地回路电流是通过铁芯感应产生的，该电流的性质与变压器本身的输出电流没有明显差异，其特征参数中包含有频率偏差、相位偏差、谐波分量和直流分量，所以监测变压器铁芯接地电流的变化是监测铁芯多点接地的有效方法。
实用新型内容
本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种变压器铁芯接地电流在线监测装置。
本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，至少包括MCU主控电路、保护滤波电路、电流/电压转换电路、放大电路、ADC转换电路、供电电路、接口电路和报警装置，其中，保护滤波电路的输入端通过霍尔元件与待测接地线连接用于采集待测接地线上的电流信号，保护滤波电路的输出端与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与ADC转换电路的输入端连接，ADC转换电路的输出端与MCU主控电路的输入端连接，接口电路的输入端和报警装置的输入端分别与MCU主控电路的输出端连接，所述供电电路为整个变压器铁芯接地电流在线监测装置供电，所述MCU主控电路至少用于对采集的待测接地线电流信号进行滤波、处理、储存、输出、基于预设控制逻辑判断电流故障状态、以及控制启动报警装置；所述放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、数字电位器R2以及电阻R1、R3、R4、R5、R6和R7，运算放大器U1的同相输入端和运算放大器U2的同相输入端均与电流/电压转换电路的输出端连接，电阻R1、电位器R2和电阻R3依次串联，运算放大器U1的反相输入端连接于电阻R1与电位器R2之间，运算放大器U2的反相输入端连接于电位器R2与电阻R3之间，运算放大器U1的输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器U3的同相输入端连接，电阻R5的另一端和运算放大器U3的输出端连接至ADC转换电路的输入端，运算放大器U2的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器U3的反相输入端连接，电阻R7的另一端接地。
进一步地，还包括通信模块，所述MCU主控电路通过通信模块与远程监控终端通信连接。
进一步地，所述通信模块为4G或5G通信模块。
进一步地，所述接口电路至少包括RS-484、61850、CAN或蓝牙中的一种或多种，所述接口电路用于与近端监控终端连接，所述近端监控终端至少包括显示装置、PC、服务器或智能手机中的一种或多种。
进一步地，MCU主控电路通过RS-485与显示装置连接，MCU主控电路通过61850与PC连接，MCU主控电路通过CAN与服务器连接，MCU主控电路通过蓝牙与智能手机连接。
进一步地，所述供电电路包括锂离子电池和连接于锂离子电池输出端的电源电路，所述锂离子电池采用两个串联的锂离子电池。
进一步地，所述供电电路还包括为锂离子电池充电的充电电路，所述充电电路采用3线均充电路。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的监测装置测量精度高、测量范围宽、抗干扰能力强、接口丰富；既可以独立使用，也可以作为一个监测元件集成到系统中；既可以近端就地监测，也可以实现远程监控；具备显示界面，既可以采用外置显示屏、也可以通过手机、电脑等显示；该监测装置实现了变压器铁芯接地电流在线监测功能，使得监控人员随时掌握变压器的工作状态，避免变压器停机监测，保证系统的安全运行。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置的原理框图。
图2为本实用新型实施例所述放大电路的电路图。
图3为本实用新型实施例所述锂离子电池的充电电路。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实施例所述的一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，至少包括MCU主控电路、保护滤波电路、电流/电压转换电路、放大电路、ADC转换电路、供电电路、接口电路和报警装置。其中，保护滤波电路的输入端通过霍尔元件与待测接地线连接用于采集待测接地线上的电流信号，也就是，将霍尔元件安装到待测接地线上，采集对应的待测接地线上的电流信号，然后接到保护滤波电路的输入端；保护滤波电路的输出端与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与ADC转换电路的输入端连接，所述ADC转换电路采样高精度ADC转换器，ADC转换电路的输出端与MCU主控电路的输入端连接，接口电路的输入端和报警装置的输入端分别与MCU主控电路的输出端连接，所述供电电路为整个变压器铁芯接地电流在线监测装置供电，所述MCU主控电路至少用于对采集的待测接地线电流信号进行滤波、处理、储存、输出、基于预设控制逻辑判断电流故障状态、以及控制启动报警装置，具体是，所述MCU主控电路对采集的电流信号先进行数字滤波、实时处理，然后将处理后的电流信号进行存储，通过接口电路对外输出电流信息，并基于预设控制逻辑实时判断电流故障状态，当电流出现异常时，对外输出电流异常信息并启动报警装置发出告警。
本实施例中，如图2所示，所述放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、数字电位器R2以及电阻R1、R3、R4、R5、R6和R7，其中，R2为数字电位器，MCU主控电路根据不同的采集数据，自动调整放大器的增益，实现了大范围内的高精度采集。具体地，运算放大器U1的同相输入端和运算放大器U2的同相输入端均与电流/电压转换电路的输出端连接，电阻R1、电位器R2和电阻R3依次串联，运算放大器U1的反相输入端连接于电阻R1与电位器R2之间，运算放大器U2的反相输入端连接于电位器R2与电阻R3之间，运算放大器U1的输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器U3的同相输入端连接，电阻R5的另一端和运算放大器U3的输出端连接至ADC转换电路的输入端，运算放大器U2的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器U3的反相输入端连接，电阻R7的另一端接地。该放大电路实现了高增益，大驱动的差分放大电路，前级实现了差分放大，后级放大实现了电压跟随电路并实现了双端转单端的处理，便于后续ADC转换电路的处理。
作为优选的一种方案，还包括通信模块，其中，通信模块可以采用4G或5G通信模块，本实施例优选5G通信模块，所述MCU主控电路通过5G通信模块与远程监控终端通信连接实现电流的远程监控。
本实施例中，所述接口电路丰富，至少包括RS-484、61850、CAN或蓝牙中的一种或多种，所述接口电路用于与近端监控终端连接，所述近端监控终端至少包括显示装置、PC、服务器或智能手机中的一种或多种，其中，所述显示装置为显示器。具体地，MCU主控电路通过RS-485与显示装置连接，MCU主控电路通过61850与PC连接，MCU主控电路通过CAN与服务器连接，MCU主控电路通过蓝牙与智能手机连接。
本实施例优选，所述监测装置同时设有近端就地监测和远程监控，既方便近端就地对电流信号进行监测，也实现了远程对电流信号进行监控。
本实施例中，所述供电电路包括锂离子电池和连接于锂离子电池输出端的电源电路，所述锂离子电池采用两个串联的高能量密度的锂离子电池，具有续航时间长、使用寿命长的特点，其工作电压范围为6-8.4V，电池经过降压转换电路输出5V给电源电路供电。进一步地，如图3所示，所述供电电路还包括为锂离子电池充电的充电电路，所述充电电路采用3线均充电路，使得充电时每个电芯都能充满并得到安全保护。
此外，所述变压器铁芯接地电流在线监测装置还配置实时时钟，可通过5G通信模块进行网络对时。
以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，至少包括MCU主控电路、保护滤波电路、电流/电压转换电路、放大电路、ADC转换电路、供电电路、接口电路和报警装置，其中，保护滤波电路的输入端通过霍尔元件与待测接地线连接用于采集待测接地线上的电流信号，保护滤波电路的输出端与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与ADC转换电路的输入端连接，ADC转换电路的输出端与MCU主控电路的输入端连接，接口电路的输入端和报警装置的输入端分别与MCU主控电路的输出端连接，所述供电电路为整个变压器铁芯接地电流在线监测装置供电，所述MCU主控电路至少用于对采集的待测接地线电流信号进行滤波、处理、储存、输出、基于预设控制逻辑判断电流故障状态、以及控制启动报警装置；所述放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、数字电位器R2以及电阻R1、R3、R4、R5、R6和R7，运算放大器U1的同相输入端和运算放大器U2的同相输入端均与电流/电压转换电路的输出端连接，电阻R1、电位器R2和电阻R3依次串联，运算放大器U1的反相输入端连接于电阻R1与电位器R2之间，运算放大器U2的反相输入端连接于电位器R2与电阻R3之间，运算放大器U1的输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器U3的同相输入端连接，电阻R5的另一端和运算放大器U3的输出端连接至ADC转换电路的输入端，运算放大器U2的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器U3的反相输入端连接，电阻R7的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，还包括通信模块，所述MCU主控电路通过通信模块与远程监控终端通信连接。
3.根据权利要求2所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述通信模块为4G或5G通信模块。
4.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述接口电路至少包括RS-484、61850、CAN或蓝牙中的一种或多种，所述接口电路用于与近端监控终端连接，所述近端监控终端至少包括显示装置、PC、服务器或智能手机中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，MCU主控电路通过RS-485与显示装置连接，MCU主控电路通过61850与PC连接，MCU主控电路通过CAN与服务器连接，MCU主控电路通过蓝牙与智能手机连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述供电电路包括锂离子电池和连接于锂离子电池输出端的电源电路，所述锂离子电池采用两个串联的锂离子电池。
7.根据权利要求6所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述供电电路还包括为锂离子电池充电的充电电路，所述充电电路采用3线均充电路。
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