变压器铁芯接地电流智能监测报警器的制造方法
【专利摘要】变压器铁芯接地电流智能监测报警器，包括电流互感器，所述电流互感器具有中心孔，所述电流互感器还包括穿过中心孔的铁芯接地线和与铁芯接地线互感的二次侧线圈；以及采集二次侧线圈电流的检测电路；所述电流检测电路包括与二次侧线圈连接的感应电流放大器、与感应电流放大器输出端连接的A/D转换器，以及与A/D转换器连接的单片机处理系统；所述单片机处理系统与通信接口连接，还包括与单片机处理系统连接的时钟振荡器和存储单元。本发明对接地线电流进行互感式的隔离采样放大，大幅提高了测试精度和测试可靠性，直接给出判断结果并通过通信接口传递到监控中心，实现了无人值守和在线实时检测判断。
【专利说明】变压器铁芯接地电流智能监测报警器
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子领域，涉及变压器的接地线电流检测技术，特别是一种变压器铁芯接地电流智能监测报警器。
【背景技术】
[0002]在变压器结构中，线圈与铁芯、铁芯与箱体之间存在一定寄生电容，电力变压器在正常运行时，带电线圈周围产生不均匀电场，在电场作用下，通过寄生电容耦合，将产生对地悬浮电位，造成铁芯与线圈达到击穿绝缘，产生局部放电等。因此，需要把正常感应的电动势释放掉，使它们都处于零电位，故需要设计和完成一点的可靠性接地。
[0003]但由于铁芯磁通密度不均匀，靠近铁芯内框磁路短，磁阻小，靠近铁芯外框磁路长，磁阻大，所以当出现两点以上接地时，便会引起电位差，两点及多点电位差将彼此形成回路，产生环流。环流可能从毫安级到数十安培，并引起铁芯涡流发热，造成硅钢片绝缘层损坏，甚至波及线圈绝缘，使油温上升，出现甲烷、乙炔超标等，致使变压器事故发生。
[0004]由上结论:铁芯必须一点接地，但绝不允许两点及多点接地。为实现前述接地要求，变压器安装了如图1所示的地线连接方式:从图1的a中可以看到，变压器I经导管2，将铁芯金属线3从变压器本体内引出，接入地下，实现一点接地的保护作用。但有无两点以上接地故障时不能自动告知，而多数是如图1的b所示，靠人工手持钳形表4，定期或不定期的进行接地电流的测量，根据DL/T 596-199《电力设备预防性试验导则》中规定:铁芯绝缘正常时，接地电流不大于0.1A，这是判别依据。如果超过规范值0.1A，则说明有问题，同时超过数据越大，表明问题越多，一是有两点甚至多点接地，二是接地现象也越趋严重，需进行必要的维护处理。
[0005]变压器铁芯接地，靠人工测试，不仅方法原始落后，更重要的是不能及时发现问题，尤其是在当今无人值班变电站已广泛普及的情况下，巡视检测机会大为减少，更难及时准确的发现故障，将会延误事故处理时机，甚至造成事态扩大。
【发明内容】
[0006]为克服现有的变压器铁芯接地线电流检测方法存在的需要有人值守人工测试，难以及时准确的发现故障，可能延误事故处理时机的缺陷，本发明公开了一种变压器铁芯接地电流智能监测报警器。
[0007]本发明所述变压器铁芯接地电流智能监测报警器，用于测量变压器铁芯接地线电流，包括电流互感器，所述电流互感器具有中心孔，所述电流互感器还包括穿过中心孔的铁芯接地线和与铁芯接地线互感的二次侧线圈；
以及采集二次侧线圈电流的检测电路；所述电流检测电路包括与二次侧线圈连接的感应电流放大器、与感应电流放大器输出端连接的A/D转换器，以及与A/D转换器连接的单片机处理系统；所述单片机处理系统与通信接口连接，还包括与单片机处理系统连接的时钟振荡器和存储单元。
[0008]具体的，所述二次侧线圈终点接地，所述感应电流放大器包括整流二极管、滤波电容、比较器、基准电压产生器；所述整流二极管正、负极分别连接二次侧线圈起点和比较器同相输入端，所述滤波电容连接在整流二极管负极和地之间，所述基准电压产生器输出端连接比较器反相输入端；
还包括工作点电压设定电路，所述工作点电压设定电路为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第一分压电阻串；所述第一分压电阻串的分压节点连接整流二极管负极。
[0009]进一步的，所述基准电压产生器为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第二分压电阻串，分压节点基准电压产生器的输出端。
[0010]进一步的，所述比较器的输出端和整流二极管的负极之间连接有正反馈电阻串，所述正反馈电阻串由第一正反馈电阻和第二正反馈电阻串联组成，其中第一正反馈电阻连接比较器输出端，第二正反馈电阻连接整流二极管负极；
第一正反馈电阻阻值大于第二正反馈电阻，第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的中间节点连接比较器同相输入端。
[0011]优选的，所述感应电流放大器还包括电源电路，所述电源电路包括供电变压器和三端稳压器，所述供电变压器一次侧与市电电网连接，二次侧起点和终点分别连接一个整流二极管正极，两个整流二极管负极连接在一起并连接三端稳压器输入端，所述二次侧上还连接有接地的中间抽头；所述三端稳压器的第一输出端作为电源电路的直流正向输出端，三端稳压器的第二输出端接地。
[0012]进一步的，所述三端稳压器的输入端和地之间连接有第一滤波电容，所述三端稳压器的第一输出端和地之间连接有第二滤波电容，所述第一滤波电容滤波频率小于第二滤波电容。
[0013]进一步的，还包括指示支路，所述指示支路包括串联在直流正向输出端和地之间的发光二极管和限流电阻。
[0014]优选的，所述A/D转换器为MAX125。
[0015]优选的，还包括与单片机处理系统连接的上位PC机和键盘输入单元。
[0016]具体的，所述检测互感器为BH-066型。
[0017]采用本发明所述变压器铁芯接地电流智能监测报警器，对变压器接地线电流进行互感式的隔离采样放大，大幅提高了测试精度和测试可靠性，同时引入单片机处理系统对采集信号进行运算处理判断，直接给出判断结果并通过通信接口传递到监控中心，实现了无人值守和在线实时检测判断。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有技术对变压器铁芯接地电流的检测方法示意图；
图2为本发明所述变压器铁芯接地电流实时监测报警器的结构示意图；
图3为本发明所述感应电流放大器的一种【具体实施方式】示意图；
图4为本发明中电流检测判断过程的具体流程示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0020]本发明所述变压器铁芯接地电流智能监测报警器，用于测量变压器铁芯接地线电流，包括电流互感器，所述电流互感器具有中心孔，所述电流互感器还包括穿过中心孔的铁芯接地线和与铁芯接地线互感的二次侧线圈；
以及采集二次侧线圈电流的检测电路；所述电流检测电路包括与二次侧线圈连接的感应电流放大器、与感应电流放大器输出端连接的A/D转换器，以及与A/D转换器连接的单片机处理系统；所述单片机处理系统与通信接口连接，还包括与单片机处理系统连接的时钟振荡器和存储单元。
[0021]二次侧线圈通常环绕铁芯接地线呈螺旋包围状，当接地线有异常电流时，根据电磁感应原理，铁芯接地线的异常电流被二次侧线圈感应产生出感应电流信号，感应电流信号输入到电流检测电路中的感应电流放大器
如图2所示给出本发明的一种【具体实施方式】结构示意图，从前端的电流检测电路送来的是模拟信号，因此需先利用A/D转换器做模拟/数字信号转换(A/D转换)，所用A/D转换的器件型号可以是MAX125，A/D转换完成后再由数据总线和地址总线传送给单片机处理系统，通过地址总线和数据总线，接收到模拟电路与键盘人工设置的双重信号，进入工作状态，经软硬件配合，进行比较、判断、计算、存储，以确定是否产生变压器铁芯多点接地。
[0022]装置内部设有时钟振荡器，以产生年、月、日、时、分、秒等时钟信号，其用途是既可走时，又可记录故障发生时间，便于事故分析处理。所用晶体时钟振荡器的型号具体可以为DS12887，存储单元用于存储进行判断的初始参数存储和判断结果的记录。
[0023]本发明虽然基于无人值守的目的，但仍然可以设置键盘鼠标等输入设备，方便巡检工作人员对判断参数进行设置和指令操作。通过设置键盘接收处理器，键盘还可输入被监测接地线路、传感器编号、电压门槛值、报警启动值、时间校正、通讯规约等；又可结合LCD液晶显示屏作被监测接地线号、接地电流量值、故障时间等调看和查询。所用接收处理器的型号可以是J⑶L8279。
[0024]单片机处理系统作出的处理结果，经过通信接口，按现场适应的通讯规约和波特率等选择不同的信号接口和通信协议，例如RS232、RS485接口等将信号传递到系统网络上，使集控中心监管人员和相关领导在远方也能了解和掌握变压器铁芯接地情况，及时作出事故分析与排查处理，以保证整个变压器能安全、稳定运行。
[0025]还可以设置本地显示器，将处理结果并行的一路送本机IXD液晶屏显示报警，还可以设置上位机，另一路信号传送给上位机，作更宽范围、更大功能的分类、编排、制表、存储等处理。
[0026]如图4所示给出本发明电流判断过程的流程示意图，工作开始，首先对监测系统做清零和复位等初始化处理；从键盘中输入系列信号和数据，包括
1)被监测变压器即铁芯接地线序号(装置适应多台主变监测)；
2)巡检周期，为避免瞬时冲击和减除信号运算时间等，以确认故障的真实性和延续性，例如设置巡检周期为10秒。
[0027]3)测试和置入初始电流10，正常情况下接地电流应小于该设定值，例如10=0.1A，将该门限值0.1A参数存储在存储单元之中。
[0028]当参数设置完成，单片机内部自动进行数据转换处理；同时，由电流检测电路实测并经A/D转换的数字信号，一并送到单片机处理系统进行比较判别。
[0029]正常时，实测电流信号接近于0，必然小于基准设置的初始电流值10，此时判断为图4所示的“否”状态，继续循环测试，即重复下一巡检周期。
[0030]当被监测变压器铁芯出现两点以上接地，将产生接地电流，被采集信号传送给单片机处理系统进行比较判断，此时判断为图4所示的“是”状态。
[0031]输出报警信号一方面由存储单元记录存储该故障发生的时间、变压器编号等，另一方面将信号通过通信接口上传监控中心，还可以上传本地显示屏或作显示报警。
[0032]电流互感器可以选用现有的成熟型号，根据本发明的具体应用情况是接地电流可能达到几十安培，优选使用上海开关厂生产的0.5级，75/5安培的BH—0.66型电流互感器，该电流互感器检测精度高，且体积尺寸小，适于安装在变压器接地线途径中易于固定、观察的位置。
[0033]感应电流放大器的作用是检测二次侧出现的感应电流并输出判断信号，如图3所示给出所述感应电流放大器的一种【具体实施方式】，所述二次侧线圈终点接地，所述感应电流放大器包括整流二极管D3、滤波电容C3、比较器IC1、基准电压产生器；所述整流二极管正、负极分别连接二次侧线圈起点和比较器同相输入端，所述滤波电容连接在整流二极管负极和地之间，所述基准电压产生器输出端连接比较器反相输入端；还包括工作点电压设定电路，所述工作点电压设定电路为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第一分压电阻串；所述第一分压电阻串的分压节点连接整流二极管负极。
[0034]图3中可见，电流互感器铁芯接地线的两个端点S1、S2穿过电流互感器铁芯及二次侧线圈，在二次侧线圈端点S3、S4端输出采集到的接地电流信号，经整流二极管D3半波整流，滤波电容C3滤波，以直流形式配合后续电路的工作。
[0035]由于从二次侧线圈端采集到的是电流信号，为此，经电阻R3对地转换为电压信号，以符合集成运放以电压为主工作的结构原理。第一分压电阻串的两个分压电阻R2、R3还具有通过电源电压分压产生直流工作点，以适应比较器的输入电压工作范围的目的，例如电源电压12V，比较器ICl的输入电压工作范围在2-8V范围内，则可以设置R2和R3的比例使分压节点的直流电压值在4V左右。
[0036]如图3所示，基准电压产生器可以为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第二分压电阻串，由分压电阻R5和R6串联组成，分压节点即R5和R6的公共端作为基准电压产生器的输出端。
[0037]一种优选实施方式为在比较器的输出端和整流二极管的负极之间连接有正反馈电阻串，所述正反馈电阻串由第一正反馈电阻R7和第二正反馈电阻R4串联组成，其中第一正反馈电阻连接比较器输出端，第二正反馈电阻连接整流二极管；第一正反馈电阻阻值大于第二正反馈电阻，第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的中间节点连接比较器同相输入端。
[0038]上述正反馈电阻串的作用是增加电压信号的放大倍数。例如设置:
R4 = 1kQ , R7 = 10kD，则放大增益:
比较器电压放大倍数A = I + R7/R4 = I + 100/10 = 11倍。
[0039]以采用BH — 0.66型电流互感器为例，一、二次电流变比关系为1:15，对于较小的接地小电流——如1A，经过电流互感器的1:15变比后，次级有电流:
1+ 15 = 0.067A
再经电阻电流作电压转换中，即便1:1进行，也只能有0.067V，据此很难推动后续电路。但加上放大增益后，则有:
0.067X11 = 0.74V，即比较器输出端OUT产生0.74V的电压值，完全可能产生逻辑效应，推动后续电路或作进一步的A/D采样。
[0040]感应电流放大器可以采用直流电池供电，但为避免频繁更换电池，降低成本，也可以将变压器连接的市电直接转化为直流电作为感应电流放大器电源使用，本发明提供一种为感应电流放大器供电的电源电路，所述电源电路包括供电变压器B和三端稳压器WYl，所述供电变压器一次侧与市电电网连接，二次侧起点和终点分别连接一个整流二极管正极，两个整流二极管Dl和D2负极连接在一起并连接三端稳压器输入端，所述二次侧上还连接有接地的中间抽头；所述三端稳压器的第一输出端作为电源电路的直流正向输出端，三端稳压器的第二输出端接地。
[0041]如图3所示，220v交流市电由交流AC端子引入，经开关K1、保险管BX到达供电变压器B的一次侧，通过中间抽头的设置，可以在二次侧输出等值的交变电压，经整流二极管D1、D2全波整流，再经三端稳压器WYl输出直流电源，由此，完成交、直流转换。
[0042]三端稳压器可以选择W7812，三端稳压器的输入端和地之间可以连接有第一滤波电容Cl用于低频滤波，所述三端稳压器的第一输出端和地之间连接有第二滤波电容C2用于中高频滤波，Cl可以选择电解电容，C2选择涤纶电容分别做低、中高频滤波。其中低频滤波电容Cl设置在三端稳压器输入端和地之间，由于输入端的电压由50赫兹市电转换，包含大量低频噪声，因此Cl容值较大，可以达到百微法或千微法量级，在经过整流削波和三端稳压器之后，三端稳压器可能产生频率远高于市电50赫兹频率的中高频噪声，因此C2电容值较小，在微法或纳法量级，用于滤除中高频噪声。
[0043]还可以设置指示支路，包括发光二极管Fgl和限流电阻R1，当供电端有直流电压时，发光二极管发光指示工作正常。
[0044]前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.变压器铁芯接地电流智能监测报警器，用于测量变压器铁芯接地线电流，其特征在于，包括电流互感器，所述电流互感器具有中心孔，所述电流互感器还包括穿过中心孔的铁芯接地线和与铁芯接地线互感的二次侧线圈； 以及采集二次侧线圈电流的检测电路；所述电流检测电路包括与二次侧线圈连接的感应电流放大器、与感应电流放大器输出端连接的A/D转换器，以及与A/D转换器连接的单片机处理系统；所述单片机处理系统与通信接口连接，还包括与单片机处理系统连接的时钟振荡器和存储单元。
2.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述二次侧线圈终点接地，所述感应电流放大器包括整流二极管、滤波电容、比较器、基准电压产生器；所述整流二极管正、负极分别连接二次侧线圈起点和比较器同相输入端，所述滤波电容连接在整流二极管负极和地之间，所述基准电压产生器输出端连接比较器反相输入端； 还包括工作点电压设定电路，所述工作点电压设定电路为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第一分压电阻串；所述第一分压电阻串的分压节点连接整流二极管负极。
3.如权利要求2所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述基准电压产生器为串联在感应电流放大器的直流供电端和地之间的第二分压电阻串，分压节点基准电压产生器的输出端。
4.如权利要求2所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述比较器的输出端和整流二极管的负极之间连接有正反馈电阻串，所述正反馈电阻串由第一正反馈电阻和第二正反馈电阻串联组成，其中第一正反馈电阻连接比较器输出端，第二正反馈电阻连接整流二极管负极； 第一正反馈电阻阻值大于第二正反馈电阻，第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的中间节点连接比较器同相输入端。
5.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述感应电流放大器还包括电源电路，所述电源电路包括供电变压器和三端稳压器，所述供电变压器一次侧与市电电网连接，二次侧起点和终点分别连接一个整流二极管正极，两个整流二极管负极连接在一起并连接三端稳压器输入端，所述二次侧上还连接有接地的中间抽头；所述三端稳压器的第一输出端作为电源电路的直流正向输出端，三端稳压器的第二输出端接地。
6.如权利要求5所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述三端稳压器的输入端和地之间连接有第一滤波电容，所述三端稳压器的第一输出端和地之间连接有第二滤波电容，所述第一滤波电容滤波频率小于第二滤波电容。
7.如权利要求5所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，还包括指示支路，所述指示支路包括串联在直流正向输出端和地之间的发光二极管和限流电阻。
8.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述A/D转换器为MAX125。
9.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，还包括与单片机处理系统连接的上位PC机和键盘输入单元。
10.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流智能监测报警器，其特征在于，所述检测 互感器为BH-066型。
【文档编号】G01R15/18GK104483534SQ201410723518
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】徐晖, 马越, 粟和林 申请人:国网四川省电力公司甘孜供电公司, 国家电网公司