CN217467125U - 一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，包括：感应线圈、AD采样电路模块、电源管理模块、单片机和无线通信模块；感应线圈的输出端连接AD采样电路模块的第一输入端，AD采样电路模块的输出端连接单片机的输入端，单片机输出端连接电源管理模块，单片机还电性连接于无线通信模块。本实用新型的有益效果是：不改变压器原有的基本结构，不会因此产生安全隐患；可以满足对接地线上的小电流变化的精确捕捉要求，且休眠功耗低至500nA，大大增加了电池的使用寿命，大大降低了维护成本和检修代价，通过采用远距离无线方式进行数据传输，也避免了在变压器附近布线产生不利影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力传感智能监测领域，尤其涉及一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组。
背景技术
变压器套管是变压器的一个重要的部件，用于将变压器内部高、低压引线引到外部，起到固定引线和绝缘的作用。当套管安装不当而受机械性冲击或严重超温运行可能会产生裂纹，若套管制造不良、电容芯空气与水分未除尽或卷得太紧导热不良，在充油套管出现裂纹，发生异常放电，导致绝缘击穿时，套管往往会发生爆裂，可能引发严重火灾事故。
发明内容
为了解决上述问题，需要对变压器套管温度进行在线监测以有效预防变压器套管故障导致的事故，而对变压器套管末屏接地漏电流的在线监测可以直接反应变压器套管性能是否正常。因此本实用新型提供了一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，主要考虑以下三个方面的要求：
第一，采用互感线圈对末屏接地线上的漏电流进行采集，接地线上漏电流理论为0，实际可能产生数量级几十至几百毫安的小电流，因此需要设计匹配的信号放大电路以及高精度的AD采样电路。
第二、监测模组的工装与变压器套管已进行共型设计，固定在套管附近，因此采用远距离无线方式进行数据传输。
第三，由于变压器套管末屏接地漏电流监测模组工作在有较多高压电气设备所形成的复杂电磁环境，因此电路板需要具有良好的电磁屏蔽功能。
该适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，包括：感应线圈、AD采样电路模块、电源管理模块、单片机和无线通信模块；
感应线圈的输出端连接AD采样电路模块的第一输入端，AD采样电路模块的输出端连接单片机的输入端，单片机输出端连接电源管理模块，单片机还电性连接于无线通信模块。
进一步地，所述单片机与无线通信模块及电源管理模块布置在主电路板上，AD采样电路模块布置于次电路板上，次电路板与主电路板通过对插的方式连接，用于方便供电和信号输入。
进一步地，所述感应线圈由铜线与坡莫合金组成，铜线绕在环形的坡莫合金上，末屏接地线穿过该感应线圈，当末屏接地线上有电流通过时在铜线上产生电信号。
进一步地，所述AD采样电路模块由两个LM258双运算放大器、一个LM224四运算放大器、一个三级管、一个滤波电容与若干匹配电阻共同组成，运放同相端接地，反相端与输出端接反馈电阻，用于产生AD采样信号。
进一步地，所述单片机选取自STM8L15系列，单片机通过若干信号线与无线通信模块电性连接。
进一步地，该适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组还包括DC-DC模块，所述DC-DC模块电性连接AD采样电路模块，用于升压，以用来为AD采样电路模块供电。
进一步地，所述电源管理模块两个场效应管、匹配电阻、滤波电容和二极管，二极管用于输入电压的稳压，两个场效应管与匹配电阻组成的电路，用于控制电流输出，两个场效应管的源极接3.3V电池供电，栅极通过电阻接单片机IO口，漏极分别接无线通信模块的供电脚和DC-DC模块的电压输入。
进一步地，所述电源管理模块的电路内设置有用于滤波的电容。
进一步地，该适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组设置有屏蔽罩，用于将所有电路整体对外界隔离。
本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：
1.采用电磁感应线圈对变压器套管末屏接地线漏电流进行原始信号采样，不改变压器原有的基本结构，不会因此产生安全隐患。
2.通过AD采样电路模块对输入其的交流信号进行处理，精度达到微安级，误差不大于千分之五，用于满足对接地线上的小电流变化的精确捕捉要求。
3.通过检测单片机内部校准电压Vrefint，反推当前电池供电电压VDD和MCU的系统参考电压Vref，之后读取ADC采样值V1，通过算法减小系统误差后得到校准后的V1值，经实测在0至5V范围内误差不超过百分之一。
4.采用低功耗单片机以及电源管理模块，休眠功耗低至500nA，大大增加了电池的使用寿命，间接降低了维护成本，特别是对于投入运行中的变压器来说，大大降低了检修代价。
5.采用远距离无线方式进行数据传输，避免在变压器附近布线产生不利影响。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例中一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组的结构图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
本实用新型的实施例提供了一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组。
请参考图1，图1是本实用新型实施例中一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组的结构图，具体包括：感应线圈、AD采样电路模块、电源管理模块、单片机、无线通信模块以及DC-DC模块，感应线圈的输出端连接AD采样电路模块的第一输入端，AD采样电路模块的输出端连接单片机的输入端，单片机输出端连接电源管理模块，单片机还电性连接于无线通信模块，DC-DC模块电性连接AD采样电路模块，用于升压，以用来为AD采样电路模块提供12V电压供电。AD采样电路模块由两个LM258双运算放大器、一个LM224四运算放大器、一个三级管、一个滤波电容与若干匹配电阻共同组成，运放同相端接地，反相端与输出端接反馈电阻，AD采样电路模块需要12V电压供电，单片机及无线通信模块等通过3.3V电池供电。电源管理模块两个场效应管、匹配电阻、滤波电容和二极管，二极管用于输入电压的稳压，两个场效应管与匹配电阻组成的电路，用于控制电流输出，两个场效应管的源极接3.3V电池供电，栅极通过电阻接单片机IO口，漏极分别接无线通信模块的供电脚和DC-DC模块的电压输入。单片机与无线通信模块、电源管理模块布置在主电路板上，AD采样电路模块布置于次电路板上，这两块电路板通过对插的方式叠放连接在一起以适配外壳工装，并方便供电和信号输入，外壳工装受限于变压器套管附近的安装位置。
铜线绕在环形的坡莫合金上组合成感应线圈，末屏接地线穿过该感应线圈，当末屏接地线上有交变电流通过时，会在感应线圈上产生交流电信号。
感应线圈上产生的交流信号通过AD采样电路模块，进行滤波、放大和分压等处理，最后输出AD采样信号，然后传输至单片机，单片机对采集的AD采样信号进行运算处理后，得到漏电流I，然后由无线通信模块输出至配套的无线采集装置，如此便完成了一次完整的漏电流检测流程。同时单片机控制整个模组进入低功耗模式直到开始下一次检测。上述运算过程为：感应线圈产生的交流电流信号输入至AD采样电路模块，先是转换为直流信号，然后经过放大和电压转换后，得到单片机能够检测的电压值V，单片机检测到电压值V后经过反推运算得到漏电流。在实际应用中，整个模组安装在变压器上，采集装置布置在监控室或者其他便于工作人员观察的位置，以便工作人员在采集装置上接收有效数据。“漏电流”是指变压器套管接地线漏电流，本质上是变压器接地线中通过的电流。当该电流数值明显大于日常值，则变压器可能出现异常。本模组就是用于检测该电流的大小。
单片机选取自STM8L15系列，该系列单片机具有超低功耗的功能，通过RX和TX信号线与无线通信模块双向连接。
单片机通过信号线对电源管理模块进行逻辑控制，通过控制电源管理模块中的场效应管的栅极来控制DC-DC模块与无线通信模块的供电，以降低功耗，单片机控制电源管理模块为除单片机外的所有器件进行供电，对整个模组进行用电控制以实现低功耗功能。
无线通信模块与单片机通过多根信号线连接。无线通信模块的天线安装在整个适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组外壳上，通过跳线链接至本适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组的电路板。
主、次电路板中的所有信号线包地，供电电路及电源管理电路均设置滤波电容，并对每个电路板上都设置屏蔽罩，以将所有电路对外界隔离。所述主、次电路板均为PCB板，屏蔽罩位于每个PCB板上，覆盖整个电路并接地，主要用于保护单片机和电源控制电路部分。
本实用新型的有益效果是：
1.采用电磁感应线圈对变压器套管末屏接地线漏电流进行原始信号采样，不改变压器原有的基本结构，不会因此产生安全隐患。
2.通过AD采样电路模块对输入其的交流信号进行处理，精度达到微安级，误差不大于千分之五，用于满足对接地线上的小电流变化的精确捕捉要求。
3.通过检测单片机内部校准电压Vrefint，反推当前电池供电电压VDD和MCU的系统参考电压Vref，之后读取AD采样值V1，通过算法减小系统误差后得到校准后的V1值，经实测在0至5V范围内误差不超过百分之一。
4.采用低功耗单片机以及电源管理模块，休眠功耗低至500nA，大大增加了电池的使用寿命，间接降低了维护成本，特别是对于投入运行中的变压器来说，大大降低了检修代价。
5.采用远距离无线方式进行数据传输，避免在变压器附近布线产生不利影响。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：包括：感应线圈、AD采样电路模块、电源管理模块、单片机和无线通信模块；
感应线圈的输出端连接AD采样电路模块的第一输入端，AD采样电路模块的输出端连接单片机的输入端，单片机输出端连接电源管理模块，单片机还电性连接于无线通信模块。
2.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述单片机与无线通信模块及电源管理模块布置在主电路板上，AD采样电路模块布置于次电路板上，次电路板与主电路板通过对插的方式连接，用于方便供电和信号输入。
3.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述感应线圈由铜线与坡莫合金组成，铜线绕在环形的坡莫合金上，末屏接地线穿过该感应线圈，用于当电流通过时在铜线上产生电信号。
4.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述AD采样电路模块由两个LM258双运算放大器、一个LM224四运算放大器、一个三级管、一个滤波电容与若干匹配电阻共同组成，运放同相端接地，反相端与输出端接反馈电阻，用于产生AD采样信号。
5.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述单片机选取自STM8L15系列，单片机通过若干信号线与无线通信模块电性连接。
6.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：该适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组还包括DC-DC模块，所述DC-DC模块电性连接AD采样电路模块，用于升压，以用来为AD采样电路模块供电。
7.如权利要求6所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述电源管理模块包括两个场效应管、匹配电阻、滤波电容和二极管，二极管用于输入电压的稳压，两个场效应管与匹配电阻组成的电路，用于控制电流输出，两个场效应管的源极接3.3V电池供电，栅极通过电阻接单片机IO口，漏极分别接无线通信模块的供电脚和DC-DC模块的电压输入。
8.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：所述电源管理模块的电路内设置有用于滤波的电容。
9.如权利要求1所述的一种适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组，其特征在于：该适用于变压器套管末屏接地漏电流监测模组设置有屏蔽罩，用于将所有电路整体对外界隔离。
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