CN103954829A - 变压器铁芯接地电流在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器铁芯接地电流在线监测系统，该系统包括用于测量相应变压器的铁芯接地泄漏电流并发送接地电流测量值信号的电流传感器单元，用于接收来自所述的电流传感器单元的传输信号，以根据传输的电流信号值来监测每台变压器的铁芯接地电流状态的监测单元，用于接收来自变压器上监测单元的铁芯接地电流信号，以存储用于作进一步的调用和计算、分析并发布的数据及WEB一体的服务器。本发明即装即用，无需软件补偿和整定便可监测变压器的铁芯接地电流值，解决了现有技术中监测范围、线性度、精度的问题，将监测范围提升至安培级，全量程线性度保持一致，测量精度通过硬件测量的方式在满量程的范围内保持统一的高精度。

Description

变压器铁芯接地电流在线监测系统

技术领域：

    本发明涉及一种在线监测系统，尤其涉及变电站变压器铁芯接地泄漏电流的实时监测系统。

背景技术：

迄今为止，已经提出了各种类型的用于监测变压器铁芯接地电流的系统。在这些系统中，都是一台变压器配置一个高精度穿芯式电流传感器，对应配置一台监测单元，其中高精度穿芯式电流传感器包括用于测量变压器铁芯接地电流的电流传感器以及用于电流传感器工作的电源，而监测单元用于接收从穿芯式电流传感器发出的电流采样模拟信号，以便在变压器铁芯接地电流测量值跃升至告警值以上时发出报警。

在这种现有的变压器铁芯接地电流在线监测系统中，为了能掌握每台变压器铁芯接地电流值，而将分配给每一台监测单元的制定485地址注册在后台系统软件中。利用这种装置，当后台系统软件发出指令采集指定485地址的包含变压器铁芯接地电流值时，后台系统软件就可以根据485地址而掌握哪台变压器单元的电流大小。

但是上述的铁芯接地电流监测范围小，均为毫安级电流量程，监测精度不一致，线性度差。在这种现有的变压器铁芯接地电流在线监测系统中，为了能监测铁芯接地电流值的准确性，对变压器铁芯接地电流正常值的一段范围内通过高精度采样传感器整定为满足测量精度的线性度，在该范围外的测量精度均出现明显的线性度下降，即使通过软件补偿的方式也无法满足测量精度要求，如果误差太大，对于电力公司运检人员就无法判断这个测量值是否准确，是否处于国家电网公司标准规范制定的铁芯接地电流正常范围。对于使用在线监测替代定期检修实现状态检修就没有任何意义了。

在现有的变压器铁芯接地电流在线监测系统中存在监测范围小，均为毫安级电流量程，监测精度不一致，线性度差。在这种现有的变压器铁芯接地电流在线监测系统中，为了能监测铁芯接地电流值的准确性，对变压器铁芯接地电流正常值的一段范围内通过高精度采样传感器整定为满足测量精度的线性度，在该范围外的测量精度均出现明显的线性度下降，即使通过软件补偿的方式也无法满足测量精度要求，如果误差太大，对于电力公司运检人员就无法判断这个测量值是否准确，是否处于国家电网公司标准规范制定的铁芯接地电流正常范围。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高精度高线性度的变压器铁芯接地电流在线监测系统，它通过多通道、多传感器的方式，即装即用，无需软件补偿和整定便可监测变压器的铁芯接地电流值，解决了现有技术中监测范围、线性度、精度的问题，将监测范围提升至安培级，全量程线性度保持一致，测量精度通过硬件测量的方式在满量程的范围内保持统一的高精度。 

    为此，本发明所采用的技术方案为：一种变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，包括：电流传感器单元，用于测量相应变压器的铁芯接地泄漏电流，并发送接地电流测量值信号，所述的电流传感器单元安装在不同电压等级的变压器铁芯接地扁铁或其它型式的对地连接上；

监测单元，用于接收来自所述的电流传感器单元的传输信号，以根据传输的电流信号值来监测每台变压器的铁芯接地电流状态，所述监测单元包括分别与所述电流传感器单元连接的多个采样通道，所述采样通道的每一个都接收电流传感器单元的传输信号；

数据及WEB一体的服务器，用于接收来自变压器上监测单元的铁芯接地电流信号，以存储用于作进一步的调用和计算、分析并发布。

进一步，所述的电流传感器单元由一个0.1mA至70mA的电流互感器和一个1mA至10A的电流传感器组成。

进一步，所述的监测单元由一个Cotex-M3处理器和ARM11处理器组成。

进一步，所述的监测单元中的ARM11处理器对每个采样通道的电流信号值进行过载分析、判断，并依次进行切换测量。

进一步，所述的监测单元还包括用于检测ARM11处理器的温度的传感器，当所述温度传感器检测出温度超过了限定值，监测单元发出指令要求ARM11处理器进入节能状态。

本发明产生的有益效果是：一台高精度电流传感器单元包括一个0.1mA至70mA量程范围的电流传感器和一个1mA至10A量程范围的电流传感器分别用于小电流和大电流的分离测量，由于变压器在健康运行状态下的铁芯接地泄漏电流为0.5mA至1mA，由于电流传感器材料技术和铁芯穿心孔径大的原因，在0.1mA至100mA的范围内可以控制电流感应的精度，但是对于大电流采样不能保持同样的测量的精度，为了能保持0.1mA至10A范围内0.5%的精度，本发明将0.1mA至70mA量程范围的电流传感器和一个1mA至10A量程范围的电流传感器结合使用，实测采样的精度均高于0.5%，同时扩大了铁芯接地电流的测量范围；再将测量范围进行分段采样，6段采样分为0.07-0.7mA、0.7-7mA、7-70mA、70-100mA、100-1000mA、1000-10000mA，通过在ARM11中设置过载判断算法，自动切换过量程采样通道，使得分段采样的线性度控制在0.02%以内。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为变压器铁芯接地电流在线监测单元原理图；

图3变压器铁芯接地电流在线监测采样通道原理图；

图4变压器铁芯接地电流过载判断流程图。

具体实施方式：

以下将参照附图对本发明的一个实施例进行说明。这一实施例涉及这样一个实例：将按照本发明的变压器铁芯接地电流在线监测系统应用于一台220kV三相自耦变压器。不过，也可以将按照本发明的变压器铁芯接地电流在线监测系统应用于诸如110kV三相变压器、330kV三相自耦变压器、500kV单相变压器这种其它电压等级的变压器。

图1示意性的显示了按照本实施例的变压器铁芯接地电流在线监测系统一种结构。

如图1所示，变压器铁芯接地电流在线监测系统包括分别安装在220kV变压器铁芯接1上的铁芯接地电流传感器单元2，用于测量变压器铁芯对地的泄漏电流，并用于发送泄漏电流测量值的信号。用于测量变压器铁芯对地的泄漏电流的电流传感器单元采用高精度电流传感器单元，一台高精度电流传感器单元包括一个0.1mA至70mA量程范围的电流传感器和一个1mA至10A量程范围的电流传感器，这两个不同的传感器分别用于小电流和大电流的分离测量，电流传感器采用一匝穿芯式零磁通无源原理设计。

另外，变压器铁芯接地电流在线监测系统包括位于变压器侧面的一个监测单元3，用于接收从传感器单元2发射出的信号，以便根据传输信号电流测量值来监测分析判断变压器铁芯对地的电流状态，最后通过光纤通信4接入变压器铁芯接地电流在线监测系统屏7中的系统服务器5，系统服务器5中平台软件通过LCD显示器6显示，提供最终的该变压器铁芯接地电流的带有时标的状态信息。

如图2所示，它显示了监测单元3的内部结构和外部电流传感器2、系统服务器5的连接方式，且该监测单元3采用AC220V市电8供电。在监测单元3的内部这种结构中，由用于接收电流传感器2测量的电流模拟信号的采样通道14、15、16、17、18、19和温度传感器21测量的温度信号的第七采样通道20，处理并进行AD转换的Cotex-M3处理器12、以及一个用于对电流数字信号中值滤波、过载判断、存储、通信的ARM11处理器22，还有电源部分AC/DC交直流电源9、DC/DC直流转换电源10、11，485通信电路26和光纤通信电路27以及四个对外232调试接口组成；此外电流传感器1通过五芯电缆作为传输介质将模拟信号传输至监测单元3，其中五芯电缆包括了三芯铁芯接地电流信号线和两芯电源线，铁芯电源和信号线有一芯是共地，所以铁芯接地电流信号是分别从两芯分别传送，一芯是和监测单元3的采样通道14、15、16相连，另一芯是和监测单元3的采样通道17、18、19相连。

在这种结构中，采样通道14至16需要进行端口合并，采集0.1mA至70mA量程范围的电流传感器，采样通道17至19需要进行端口合并，采集1mA至10A量程范围的电流传感器，采样通道14、15、16、17、18、19都具有相同的结构，这样分段范围调节都可以以0.5%的精度标准去执行。因此，以下仅仅对第一采样通道14进行说明。

当然，还有经过第一采样通道14采集的过零点电流信号，接入Cotex-M3中，从所接收到的信号中提取出采样通道14的过零点电流测量值，经过A/D 13转换后，通过UART通信口接入ARM11处理器22，对过零点电流测量值进行过载分析、判断。

另外在这种结构中，监测单元还包括一个温度传感器21，用于检测监测单元3内部环境的温度，当温度传感器21检测出温度超过设定阈值时，监测单元向变压器铁芯接地电流在线监测系统后台服务器发出超温报警信号。温度传感器21安装在ARM11处理器22的上部表面，直接测量ARM11处理器22的工作温度，同时接收温度，有超过设定阈值，推动ARM11处理器22进入节能状态，降低功耗，延长监测单元的使用寿命。 

ARM11处理器22中对于电流传感器2的铁芯接地电流状态的判定结果，通过IP113C光纤通信接口26被接入系统服务器5，通过系统服务器5中的平台软件进行人机交互显示。

此外，监测单元3还提供光纤通信4接口，从ARM11的4个232通信接口中利用其中一个232调制接口24外接IP113C光纤通信芯片26，另一个232调制结构23连接485地址25，将光纤通信4作为监测单元3的对外通信方式，满足远距离传输变压器铁芯接地电流信息，提高通信在变电站强电场环境中的抗干扰性，因此可以保持与安装在变电站保护室的变压器铁芯接地电流在线监测系统后台服务器的满意通信。

图3显示了监测单元3中第一采样通道14的内部结构。如图3所示，第一采样通道14由I/V转换电路27、负反馈电路28组成；I/V转换电路27接收到的电流模拟信号传入负反馈电路28，以便进行诸如像放大和检测、精度调节整定这样的处理，保证电流测量值的精度控制在0.2%以内。

以下，将参见图4的变压器铁芯接地电流过载判断流程图，对具有上述结构的变压器铁芯接地电流在线监测系统1中执行的数学运算的流程进行说明。

图4它显示了将要在监测单元3中ARM11处理器22内执行的处理。

以下将进行说明：

如图4所示，在步骤S10中，对于从电流传感器2中接出的电流信号值的大小进行判定。在接收到过载电流信号后，操作流程转到步骤S20；如果接收到非过载电流信号，操作流程转到处理S50。另一方面，在没有接收到电流信号的情况下，操作进入等待状态，直到接收到该信号。

在步骤S20中接收下一通道的电流信号值，操作流程转到步骤S30，对下一通道的电流信号值的大小进行判定。在接收到过载电流信号后，操作流程转到S40，如果接收到非过载电流信号，操作流程转到处理S50；依次直到最后一个采样通道，测量的电流信号全部过载则为无效。

应当理解，本发明并不仅限于上述实例，而是意图覆盖未脱离本发明主旨和范围的发明的实施例的所有改变和修改形式。

Claims (5)

1.一种变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，包括：

电流传感器单元，用于测量相应变压器的铁芯接地泄漏电流，并发送接地电流测量值信号，所述的电流传感器单元安装在不同电压等级的变压器铁芯接地扁铁或其它型式的对地连接上；

监测单元，用于接收来自所述的电流传感器单元的传输信号，以根据传输的电流信号值来监测每台变压器的铁芯接地电流状态；所述的监测单元包括分别与所述电流传感器单元连接的多个采样通道；所述的采样通道均能接收电流传感器单元的传输信号；

数据及WEB一体的服务器，用于接收来自变压器上监测单元的铁芯接地电流信号，以存储用于作进一步的调用和计算、分析并发布。

2.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于：所述的电流传感器单元由一个0.1mA至70mA的电流互感器和一个1mA至10A的电流传感器组成。

3.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于：所述的监测单元由一个Cotex-M3处理器和ARM11处理器组成。

4.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于：所述的监测单元中的ARM11处理器对每个采样通道的电流信号值进行过载分析、判断，并依次进行切换测量。

5.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于：所述的监测单元还包括用于检测ARM11处理器的温度的传感器，当所述温度传感器检测出温度超过了限定值，监测单元发出指令要求ARM11处理器进入节能状态。