電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置及檢測方法
2023-06-27 07:51:01 3
電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置及檢測方法
【專利摘要】所述電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置及檢測方法，能從流經變壓器中性點接地扁鋼的交直流混合信號中，實現直流電流的錄波及錄波數據無線遠傳。裝置包括電壓夾具、信號調理電路、模數轉換電路、恆流源電流測量電路、觸發控制電路、測量通道CPU、裝置總CPU、GPS時鐘模塊、GSM/GPRS通訊模塊、可控恆流源、電流夾具。電壓夾具用於採集變壓器中性點一段接地扁鋼上的壓降，經信號調理電路對該電壓信號進行程控放大，並對調理後的信號進行修正，即可對接地扁鋼流過的交直流混合信號中的微小直流信號，進行寬範圍、高精度動態監測；裝置能夠對變電站直流偏磁現象的發生及結束時刻，進行精確記錄，能快速接入系統網絡，實現覆蓋整個地區的直流偏磁監測系統。
【專利說明】電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大型電力變壓器運行狀態發生直流偏磁時，對流經變壓器中性點的直流電流進行測量和錄波的裝置及檢測方法；尤其涉及一種無需對變壓器中性點接地扁鋼改造或加裝電流傳感器，即可從流經接地扁鋼的交直流混合信號中，實現直流電流的錄波及錄波數據的無線遠傳裝置及其檢測方法。
技術背景
[0002]直流輸電線路單極運行時，會不同程度地引發周圍變電站直流偏磁現象。變壓器直流偏磁現象會引起變壓器噪聲加劇、無功損耗和勵磁電流諧波含量增加等問題，嚴重時可造成變壓器絕緣老化甚至損壞，嚴重危及交流電網的安全運行。通過對變壓器直流偏磁現象的實時監測，有助於研究一個地區的交直流混合電網直流偏磁的分布規律，防範直流偏磁對交流電網的不利影響。
[0003]目前針對大型電力變壓器直流偏磁的測量，大多採用開環電流傳感器或閉環電流傳感器。開環電流傳感器在直流小電流的測量方面，存在零點漂移大的性能缺陷；而閉環電流傳感器的安裝，需要在停電狀態下斷開變壓器中性點接地扁鋼。因為停電會對經濟效益和社會效益產生不利影響，所以無法停電安裝電流傳感器；另外在不採用電流傳感器的情況下，從流經接地扁鋼的交直流混合信號中實現直流電流錄波，尚無有效手段。
【發明內容】
[0004]本發明的目的，是提供一種不採用電流傳感器，通過測量一段扁鋼上的微小電壓降及電阻值，即可對流經接地扁鋼的交直流混合電流實現直流電流測量和錄波的裝置及檢測方法。
[0005]為達到以上目的，本發明採用了下述技術方案:
[0006]所述電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置包括信號調理電路、模數轉換電路、用於通訊傳輸的GSM/GPRS通訊模塊、用於檢測與控制的測量通道CPU、裝置總CPU，其特徵在於:所述裝置還包括電壓夾具、恆流源電流測量電路、觸發控制電路、GPS時鐘模塊、可控恆流源、電流夾具。電壓夾具用於採集變壓器中性點一段接地扁鋼上的壓降，經信號調理電路對該電壓信號進行程控放大，並對調理後的信號進行修正，輸出信號接入模數轉換電路，並最終由測量通道CPU完成對該段扁鋼上電壓的採集；可控恆流源輸出電流的通斷由裝置總CPU控制，可控恆流源輸出電流經過電流夾具接入變壓器中性點接地的一段扁鋼；恆流源電流測量電路用於採集可控恆流源輸出的實際電流值，測量通道CPU從恆流源電流測量電路讀取恆流源輸出的實際電流值；觸發控制電路用於對信號調理電路輸出的採樣信號與測量通道CPU設置的基準信號進行比較，產生觸發脈衝發送到裝置總CPU的外部中斷接口，然後由裝置總CPU從GPS時鐘模塊讀取當前時刻。
[0007]所述電壓夾具的輸出端與信號調理電路的輸入端相連，信號調理電路的輸出端與模數轉換電路的輸入端相連，模數轉換電路和恆流源電流測量電路的輸出端與測量通道(PU輸入埠相連；所述觸發控制電路的輸入端分別連接信號調理電路和測量通道CPU的一輸出端，觸發控制電路輸出端連接裝置總CPU —輸入端；所述裝置總CPU的一輸出端與可控恆流源的輸入端相連，可控恆流源輸出端連接到電流夾具；所述GPS時鐘模塊為裝置總CPU提供時鐘信號，GSM/GPRS通訊模塊與裝置總CPU以雙向通訊形式相連；所述裝置總CPU與測量通道CPU相連。
[0008]所述裝置總CPU控制可控恆流源電流輸出，輸出電流用電流夾具連接到變壓器中性點接地的一段扁鋼；測量通道CPU從恆流源電流測量電路讀取可控恆流源輸出的實際電流值；測量通道CPU通過電壓夾具、信號調理電路及模數轉換電路測量兩個電壓夾具之間扁鋼上的電壓值，經過連續二次測量及控制操作，實現標定電壓夾具之間扁鋼電阻值功能。
[0009]電壓夾具和電流夾具為鋁合金加工件，兩隻電壓夾具安裝在電流夾具內側，使用外六角銅螺栓將夾具與變壓器中性點接地扁鋼緊固，使得所有夾具與扁鋼接觸面阻抗最小。
[0010]模數轉換電路採用一種積分式A/D，通過調節輸入A/D晶片的時鐘頻率，將A/D晶片的積分時間與工頻周期保持一致，實現對輸入信號中工頻及其高次諧波成分的抑制。
[0011]在上述技術方案中，裝置總CPU與GSM/GPRS通訊模塊進行雙向通訊，實現錄波裝置網絡通訊及簡訊收發功能；所述GPS時鐘模塊為裝置總CPU提供時鐘信號。
[0012]本發明採用上述技術方案，具有以下效果和優點:
[0013]I)項目實施過程中，無需停電對變壓器中性點接地扁鋼改造或加裝電流傳感器；
[0014]2)可對接地扁鋼流過的交直流混合信號中的微小直流信號，進行寬範圍、高精度動態監測；
[0015]3)裝置能夠對變電站直流偏磁現象的發生及結束時刻，進行精確記錄；
[0016]4)裝置安裝後，能快速接入系統網絡，實現覆蓋整個地區的直流偏磁監測系統。
[0017]5)監測數據有助於研究一個地區的交直流混合電網直流偏磁的分布規律，防範直流偏磁對交流電網的不利影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的結構方框圖；
[0019]圖2是本發明的扁鋼夾具安裝圖；
[0020]圖3是本發明被測扁鋼電阻Rx的標定方法圖。
[0021]其中:1一電壓夾具，2—信號調理電路，3—模數轉換電路，4一恆流源電流測量電路，5—觸發控制電路，6—測量通道CPU，7—裝置總CPU，8—GPS時鐘模塊，9一GSM/GPRS通訊模塊，10—可控恆流源，11 一電流夾具，12—變壓器中性點接地扁鋼。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明:
[0023]一、總體結構
[0024]如圖1所示。所述電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置，包括信號調理電路2、模數轉換電路3、用於通訊傳輸的GSM/GPRS通訊模塊9、用於檢測與控制的測量通道CPU6、裝置總CPU7，其特徵在於:所述裝置還包括電壓夾具1、恆流源電流測量電路4、觸發控制電路5、GPS時鐘模塊8、可控恆流源10、電流夾具11。電壓夾具I用於採集變壓器中性點一段接地扁鋼12上的壓降，經信號調理電路2對該電壓信號進行程控放大，並對調理後的信號進行修正，輸出信號接入模數轉換電路3，並最終由測量通道CPU6完成對該段扁鋼上電壓的採集；可控恆流源10輸出電流的通斷由裝置總CPU7控制，可控恆流源10輸出電流經過電流夾具11接入變壓器中性點接地的一段扁鋼12 ;恆流源電流測量電路4用於採集可控恆流源10輸出的實際電流值，測量通道CPU6從恆流源電流測量電路4讀取恆流源輸出的實際電流值；觸發控制電路5用於對信號調理電路2輸出的採樣信號與測量通道CPU6設置的基準信號進行比較，產生觸發脈衝發送到裝置總CPU7的外部中斷接口，然後由裝置總CPU7從GPS時鐘模塊8讀取當前時刻。
[0025]在圖1中，所述電壓夾具I的輸出端與信號調理電路2的輸入端相連，信號調理電路2的輸出端與模數轉換電路3的輸入端相連，模數轉換電路3和恆流源電流測量電路4的輸出端與測量通道CPU6輸入埠相連；所述觸發控制電路5的輸入端分別連接有信號調理電路2和測量通道CPU6的一輸出端，觸發控制電路5輸出端連接裝置總CPU7 —輸入端；所述裝置總CPU7的一輸出端與可控恆流源10的輸入端相連，可控恆流源10輸出端連接到電流夾具11 ;所述GPS時鐘模塊8為裝置總CPU7提供時鐘信號，GSM/GPRS通訊模塊9與裝置總CPU7以雙向通訊形式相連；所述裝置總CPU7與測量通道CPU6相連。
[0026]所述裝置總CPU7控制可控恆流源10電流輸出，輸出電流用電流夾具11連接到變壓器中性點接地的一段扁鋼；測量通道CPU6從恆流源電流測量電路4讀取可控恆流源10輸出的實際電流值；測量通道CPU6通過電壓夾具1、信號調理電路2及模數轉換電路3測量兩個電壓夾具I之間扁鋼上的電壓值，經過連續二次測量及控制操作，實現標定電壓夾具I之間扁鋼電阻值功能。
[0027]模數轉換電路3採用一種積分式A/D，通過調節輸入A/D晶片的時鐘頻率，將A/D晶片的積分時間與工頻周期保持一致，實現對輸入信號中工頻及其高次諧波成分的抑制。
[0028]圖2為扁鋼夾具安裝圖，電壓夾具I和電流夾具11為鋁合金加工件，導電性好，材質重量輕；電壓夾具I和電流夾具11內側空間充裕，適應多種厚度及寬度扁鋼安裝要求；夾具安裝時，夾具下內側面與變壓器接地扁鋼12完全貼合，夾具上內側面通過外六角銅螺栓將夾具與變壓器接地扁鋼12緊固，上述安裝工藝使夾具與扁鋼接觸面阻抗最小。兩隻電壓夾具I安裝在電流夾具11內側，減小夾具與扁鋼接觸電阻對電流測量精度的影響。
[0029]二、本發明的工作原理及功能實現:
[0030]本發明是一種無需對變壓器中性點接地扁鋼改造或加裝電流傳感器，即可從流經接地扁鋼的交直流混合信號中，實現直流電流的錄波及錄波數據無線遠傳的裝置。
[0031]錄波裝置通過電壓夾具選取變壓器中性點接地刀閘下方的一段扁鋼作取樣電阻。當被測直流電流流過扁鋼，將在該段扁鋼上產生壓降，按照歐姆定律，計算出扁鋼上流過的直流電流。
[0032]首先需要測量變壓器中性點接地扁鋼上產生的電壓。裝置先通過信號調理電路對電壓信號進行失調電壓修正、程控放大，將信號幅值調理到模數轉換電路線性區。其次該電壓是交直流混合信號，為實現對信號中工頻及其高次諧波成分的抑制，裝置中的模數轉換電路採用一種積分式A/D，通過調節輸入A/D晶片的時鐘頻率，將A/D晶片的積分時間與工頻周期保持一致。因為工頻及其高次諧波為周期變化的信號，信號正負曲線面積相等，即工頻及其高次諧波信號積分轉換後為零，而直流則為積分時間內信號幅值的累加和。
[0033]其次要測量變壓器中性點接地的一段扁鋼電阻Rx。Rx的標定方法如圖3所示--第一次測量關斷可控恆流源輸出，測量電壓夾具之間扁鋼壓降為U1，其中U1 = 10.Rx ;緊接著在同等條件下接通可控恆流源電流Is進行第二次測量，此時該段扁鋼上通過電流為L+Is，測得電壓夾具之間扁鋼壓降為U2,則U2 = (10+Is).Rx。兩等式相減,可得Rx= (U2-U1)/Is0
[0034]觸發控制電路對信號調理電路輸出的模擬信號與測量通道CPU設置的觸發基準信號進行比較、濾波及整形，輸出標準脈寬的觸發脈衝。比較器輸出上升沿生成直流偏磁發生相關的觸發信號，下降沿生成直流偏磁結束相關的觸發信號。
[0035]進一步地，裝置總CPU內部的毫秒定時器進行I毫秒計數，使用GPS時鐘模塊輸出的秒脈衝上升沿對計數值進行定時清零。當接收到直流偏磁的發生或結束觸發信號時，將在裝置總CPU外部中斷服務程序中，讀取此刻計數值作為事件發生的毫秒值，並從GPS時鐘模塊串行接口讀取事件的時分秒。通過以上方式，實現對直流偏磁發生和結束時刻的精確記錄。
[0036]通過集成GSM/GPRS模塊，利用覆蓋全國範圍的無線網絡，實現錄波裝置遠程接入網絡的部 署。
【權利要求】
1.一種電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置，包括信號調理電路(2)、模數轉換電路⑶、用於通訊傳輸的GSM/GPRS通訊模塊(9)、用於檢測與控制的測量通道CPU(6)、裝置總CPU(7)，其特徵在於:所述裝置還包括電壓夾具(1)、恆流源電流測量電路(4)、觸發控制電路(5)、GPS時鐘模塊(8)、可控恆流源(10)、電流夾具(11);電壓夾具⑴用於採集變壓器中性點一段接地扁鋼上的壓降，經信號調理電路對該電壓信號進行程控放大，並對調理後的信號進行修正，輸出信號接入模數轉換電路，並最終由測量通道CPU完成對該段扁鋼上電壓的採集；可控恆流源(10)輸出電流的通斷由裝置總CPU控制，可控恆流源輸出電流經過電流夾具(11)接入變壓器中性點接地的一段扁鋼；恆流源電流測量電路⑷用於採集可控恆流源輸出的實際電流值，測量通道CPU從恆流源電流測量電路讀取恆流源輸出的實際電流值；觸發控制電路(5)用於對信號調理電路輸出的採樣信號與測量通道CPU設置的基準信號進行比較，產生觸發脈衝發送到裝置總CPU的外部中斷接口，然後由裝置總CPU從GPS時鐘模塊讀取當前時刻； 所述電壓夾具(1)的輸出端與信號調理電路(2)的輸入端相連，信號調理電路(2)的輸出端與模數轉換電路⑶的輸入端相連，模數轉換電路⑶和恆流源電流測量電路(4)的輸出端與測量通道CPU(6)輸入埠相連；所述觸發控制電路(5)的輸入端分別連接有信號調理電路⑵和測量通道CPU(6)的一輸出端，觸發控制電路(5)輸出端連接裝置總CPU(7) 一輸入端；所述裝置總CPU(7)的一輸出端與可控恆流源(10)的輸入端相連，可控恆流源(10)輸出端連接到電流夾具(11);所述GPS時鐘模塊為裝置總CPU提供時鐘信號，GSM/GPRS通訊模塊(9)與裝置總CPU(7)以雙向通訊形式相連；所述裝置總CPU(7)與測量通道CPU (6)相連。
2.根據權利要求1所述的電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置，其特徵在於:所述裝置總CPU (7)控制可控恆流源(10)電流輸出，輸出電流用電流夾具(11)連接到變壓器中性點接地的一段扁鋼；測量通道CPU(6)從恆流源電流測量電路(4)讀取可控恆流源(10)輸出的實際電流值；測量通道CPU(6)通過電壓夾具(I)、信號調理電路(2)及模數轉換電路(3)測量兩個電壓夾具(I)之間扁鋼上的電壓值，經過連續二次測量及控制操作，實現標定電壓夾具(I)之間扁鋼電阻值功能。
3.根據權利要求1所述的電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置，其特徵在於:電壓夾具⑴和電流夾具(11)為鋁合金加工件，兩隻電壓夾具⑴安裝在電流夾具(11)內側，使用外六角銅螺栓將夾具與變壓器中性點接地扁鋼緊固，使得所有夾具與扁鋼接觸面阻抗最小。
4.根據權利要求1所述的電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置，其特徵在於:模數轉換電路(3)採用一種積分式A/D，通過調節輸入A/D晶片的時鐘頻率，將A/D晶片的積分時間與工頻周期保持一致，實現對輸入信號中工頻及其高次諧波成分的抑制。
5.一種用於電力變壓器中性點直流電流測量和錄波裝置的檢測方法，其特徵在於按如下步驟進行: a測量變壓器中性點接地扁鋼上產生的電壓，通過信號調理電路對電壓信號進行失調電壓修正、程控放大，將信號幅值調理到模數轉換電路線性區，採用積分式A/D模數轉換電路，調節輸入A/D晶片的時鐘頻率，將A/D晶片的積分時間與工頻周期保持一致，以實現對所採集的該信號中工頻及其高次諧波成分的抑制；b測量變壓器中性點接地的一段扁鋼電阻Rx，Rx的標定方法如下:第一次測量關斷可控恆流源輸出，測量電壓夾具之間扁鋼壓降為U1，其中U1 = 10 -Rx ;緊接著在同等條件下接通可控恆流源電流Is進行第二次測量，此時該段扁鋼上通過電流為L+Is，測得電壓夾具之間扁鋼壓降為U2，則U2 = (10+Is).Rx，兩等式相減，得Rx = (U2-U1)As ; c觸發控制電路對信號調理電路輸出的模擬信號與測量通道CPU設置的觸發基準信號進行比較、濾波及整形，輸出標準脈寬的觸發脈衝，比較器輸出上升沿生成直流偏磁發生相關的觸發信號，下降沿生成直流偏磁結束相關的觸發信號； d裝置總CPU內部的毫秒定時器進行I毫秒計數，使用GPS時鐘模塊輸出的秒脈衝上升沿對計數值進行定時清零，當接收到直流偏磁的發生或結束觸發信號時，將在裝置總CPU外部中斷服務程序中，讀取此刻計數值作為事件發生的毫秒值，並從GPS時鐘模塊串行接口讀取事件的時分秒，實現對直流偏磁發生和結束時刻的精確記錄； e通過集成GSM/GPRS模塊，利用覆蓋全國範圍的無線網絡，實現錄波裝置遠程接入網絡的部 署。
【文檔編號】G01R1/04GK103995177SQ201410162863
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】全江濤, 邱凌, 陳科基, 阮羚, 童歆, 王亮, 鄧萬婷 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司電力科學研究院, 武漢新電電氣技術有限責任公司, 國網湖北省電力公司宜昌供電公司