专利名称：高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，属于高压设备状态监测技术领域。
背景技术：
高压变压器套管是高压变压器中关键的部件之一，负责将母线上的高压及高压电流弓I入变压器线圈，进而完成电能量的变换。变压器套管在变压器运行中起着至关重要的作用，其绝缘状况对变压器的使用寿命有重要影响。目前对套管绝缘的监测方法主要是求取套管末屏电流和系统电压之间的相位差，进而计算出该套管的介质损耗因子和电容值。把介质损耗因子和电容值作为评价该 套管绝缘状况的关键参数。系统电压可以从电压互感器PT二次侧得到，但套管末屏电流必须从高压变压器顶部套管末屏接地点出获取。在变压器运行中，套管末屏是不允许开路的，否则就会造成套管开裂，甚至爆炸的严重事故。由于套管末屏是就近直接接地的，并且不同型号套管末屏的接地方式不一样，所以在需要测量末屏电流时，需要对该套管的末屏结构进行改造。套管末屏电流的测量有两个难点，首先，末屏改造必须排除可能导致末屏开路的各种隐患，同时还要考虑防止开路的保护措施；其次，末屏电流一般为HlA级电流，在计算介质损耗因子时，必须要对其相位进行高准确度测量，特别是相位的测量，4分的相位变化，介质损耗因子就会变化就大于O. 11%。目前的套管绝缘监测系统中，一般是将末屏电流通过20-30m电缆线从变压器顶部的套管末屏处引入位于变压器底部地平面上的信号采集箱内，通过穿心电流传感器再返回至套管末屏处。这种末屏电流参数实时检测方式将末屏电流接地线从原来的Icm延长到几十米，是有很大安全隐患的。近年来因加装在线监测系统，造成套管开裂或爆炸事故中，大都是此类改造方式引起的。此外，在变压器运行中强电磁干扰环境，实现对末屏电流相位的准确测量是相当困难的。目前，大多数正在运行的套管绝缘在线监测系统中，数据跳动很大，所得数据无法对套管绝缘进行正确评价。这就导致所安装的在线监测系统，仅为一种摆设，造成很大的资源浪费。目前市面上还未有出现安全性能好、准确度高的专门用于高压变压器套管末屏电流参数实时检测的装置。在这种背景下，本实用新型采用一种基于光纤数字化测量系统的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，用以替代现有的基于电缆传输的测量系统。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，它能够克服现有末屏电流参数实时检测方法的诸多缺陷，将光纤数字化测量系统应用于高压变压器套管末屏电流的测量，采用光调制方法，使变压器末屏电流的测量具有安全性好、抗电磁干扰能力强、准确度高的特点。本实用新型通过以下技术方案达到上述目的一种高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，该装置的微电流传感器和比例放大器分别与光调制器相连，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连，隔离电源与光调制器相连。所述微电流传感器由一个线圈构成，线圈铁芯米用1J65坡莫合金,外径为80cm,内径60cm，高30cm，匝数比为1:800。微电流传感器和比例放大器，分别用于采集高压变压器套管末屏电流信号。所述比例放大器由一个运算放大器、第一电阻和第二电阻组成，比例放大器用于将微电流传感器输出的电压信号放大，运算放大器的同相端与电流线圈的一端相连；第一电阻并联在运算放大器的反相端和输出端之间；第二电阻的一端与运算放大器的反相端相连，另一端与电流线圈的另一端相连并接地。所述的光调制器，由差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器以及电光转 换器组成；差分放大器用于将微电流传感器和比例放大器输出的电压信号进行增益调整；模数转换器用于将增益调整后的电压信号进行模数转换，输出数字信号；逻辑控制与信号处理器用于为模数转换器提供逻辑控制信号，并对模数转换器输出的数字信号进行编码，得到编码信号；电光转换器用于将上述编码信号转换成光信号。所述的光信号接收转换器，由光电转换器、数字信号处理器、数模转换器和隔离放大器组成；光电转换器用于将从光调制器接收的光信号转换为电信号；数字信号处理器用于为数模转换器提供逻辑控制信号，并对上述电信号进行解码，得到数字脉冲信号；数模转换器用于将数字脉冲信号转换为模拟信号；隔离放大器用于将上述模拟信号隔离并输出。光纤传输系统，用于接收和传输上述光信号。隔离电源，用于为光调制器提供工作电源。所述高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的检测方法，包括以下步骤(I)通过微电流传感器采集高压变压器末屏电流信号；(2)通过光调制器将上述电流信号转换为光信号；(3)通过光纤传输系统远距离传输和接收上述光信号，并通过光接收与转换器将接收的光信号转换为电信号后输出。本实用新型与现有技术比较，有如下优点I、由于变压器套管侧(变压器顶部)和测量装置(地平面，低压侧)之间的信息交换媒质为电绝缘性能优良的光纤，所以信号传输系统具有优良的抗电磁干扰性能，能够消除空间电磁干扰对信号传输通道的影响，进而使得对末屏电流的测量结果更准确、可靠。2、具有优良的抗电磁干扰特性，由于光纤数字化测量系统中，高、低压侧之间的信息是以数字化的光脉冲形式进行传输的，传输过程中不会受到任何电磁干扰的影响。3、测量准确度高、暂态性能优良，光纤数字化测量系统的测量误差小于±0. 1% ；变压器末屏电流光纤测量装置中，测量幅值误差小于±0. 2%，相位误差小于I分。4、具有很好的温度稳定性和抗振动特性，在-40°C ^+80°C的温度变化范围内，光纤数字化测量系统因温度变化引起的测量误差小于±0. 05% ;外部振动对测量装置的准确度不会造成任何影响。
图I是本实用新型提出的末屏电流参数实时检测装置的结构框图。图2是本实用新型装置中的微电流传感器的电路图。图3是本实用新型装置中的比例放大器的电路图。图4是本实用新型装置中的光调制器的逻辑框图。图5是本实用新型装置中的光信号接收转换器的逻辑框图。
具体实施方式以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述。如图I所示，本实用新型所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，该装置的微电流传感器和比例放大器分别与光调制器相连，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连，隔离电源与光调制器相连。如图2所示，本实用新型所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的微电流传感器，由一个电流线圈组成，线圈铁芯采用IJ65坡莫合金,外径80cm,内径60cm,高30cm。匝数比为1:800。如图3所示，本实用新型所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的比例放大器，由一个运算放大器U31和第一电阻R31、第二电阻R32构成，运算放大器U31的同相端与电流测量线圈的一端相连；第一电阻R31并联在运算放大器U31的反相端和输出端之间；第二电阻R32—端与运算放大器U31的反相端相连，另一端与电流线圈的另一端相连并接地。运算放大器U31将微电流传感器输出的几十毫伏(额定值为50mV)的信号放大至模数转换器的量程附近(I. 25V)，运算放大器U31采用的Analog Device公司的0P27，第一电阻R31和第二电阻R32的阻值分别为IkQ和24kQ，精度为O. 1%，温度系数小于10X 10_6/°C，比例放大器的放大倍数为I + R62 / R6I=25ο比例放大器用于将微电流传感器输出电压信号放大，如图4所示，本实用新型所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的光调制器，包括差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器和电光转换器，其中，差分放大器和模数转换器分别采用美国Analog Device公司的AD620和AD7894芯片，逻辑控制与信号处理器采用的是美国Altera公司的MAX7064，电光转换器采用的是Agilent公司的HFBR1414T ;光纤传输系统采用的普通通信用光纤芯径为125/62. 5 μ m的多模铠装光缆。其中差分放大器用于将微电流传感器和比例放大器输出的电压信号进行增益调整；模数转换器用于将增益调整后的电压信号进行模数转换，输出数字信号；逻辑控制与信号处理器用于为模数转换器提供逻辑控制信号，并对模数转换器输出的数字信号进行编码，得到编码信号；电光转换器用于将上述编码信号转换成光信号。如图5所示，本实用新型所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置的光信号接收转换器，包括光电转换器、数字信号处理器、数模转换器及隔离放大器，其中光电转换器采用的是Agilent公司的HFBR2412，数字信号处理器采用的是Altera公司的EP1C6，数模转换器采用的是Analog Device公司的AD7841BR，隔离放大器采用的是美国TI公司的IS0124。隔离电源采用C&D Technoligies公司的NMS1205隔离输出DC-DC转换器。微电流传感器输出的信号被光调制器调制为数字化的光脉冲信号，通过光纤传输系统传至低压侧光信号接收转换器中，光信号接收转换器将该光脉冲信号进行解调后输出末屏电流信息，供监控设备采用。其中光电转换器用于将从光调制器接收的光信号转换为电信号；数字信号处理器用于为数模转换器提供逻辑控制信号，并对上述电信号进行解码，得到数字脉冲信号；数模转换器用于将数字脉冲信号转换为模拟信号；隔离放大器用于将上述模拟信号隔离并输出。本实用新型对高压变压器套管末屏电流的检测方法的原理是采用微电流传感器和比例放大器将套管末屏电流信号进行比例放大，并通过光调制器将之转换为光信号，然后通过光纤传输系统传送到位于地平面的测量装置，位于测量装置中的光信号接收转换器再将光信号解调为电信号，并提供给标准的输出接口( ±5V模拟量输出/数字量输出)，供 监测设备所用。
权利要求1.一种高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，该装置的微电流传感器和比例放大器分别与光调制器相连，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连，隔离电源与光调制器相连。
2.如权利要求I所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，所述微电流传感器由一个线圈构成，线圈铁芯采用1J65坡莫合金,外径为80cm,内径60cm,高30cm，匝数比为1:800。
3.如权利要求I所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，所述比例放大器由一个运算放大器、第一电阻和第二电阻组成，运算放大器的同相端与电流线圈的一端相连；第一电阻并联在运算放大器的反相端和输出端之间；第二电阻的一端与运算放大器的反相端相连，另一端与电流线圈的另一端相连并接地。
4.如权利要求3所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，所述比例放大器的第一电阻和第二电阻的阻值分别为IkQ和24kQ，精度为O. 1%，温度系数小于 10X10_6/oCo
5.如权利要求I所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，所述的光调制器由差分放大器、模数转换器、逻辑控制与信号处理器以及电光转换器组成。
6.如权利要求I所述的高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，其特征在于，所述的光信号接收转换器由光电转换器、数字信号处理器、数模转换器和隔离放大器组成。
专利摘要一种高压变压器套管末屏电流参数实时检测装置，该装置的微电流传感器和比例放大器分别与光调制器相连，光纤传输系统分别与光调制器和光信号接收转换器相连，隔离电源与光调制器相连。微电流传感器传感测量末屏电流信号，比例放大器将微电流传感器输出的电压信号进行放大，经光调制器成为光脉冲信号，经光纤传输系统传至光信号接收转换器中，并完成对光信号的解调，输出末屏电流参数实时检测信号。本实用新型的优点是测量结果准确、可靠，电绝缘性能及抗电磁干扰性能优良，并具有很好的温度稳定性和抗振动特性。
文档编号G01R19/25GK202748405SQ201220489248
公开日2013年2月20日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者郭丽娟, 邓雨荣, 吕泽承, 张炜, 苏永立 申请人:广西电网公司电力科学研究院