变压器近区短路电流实时监测装置的制作方法

技术领域

本发明涉及一种变压器近区短路电流实时监测装置及方法，属于变压器近区短路电流监测技术领域。

背景技术：

电力变压器作为电网的核心设备，对电网的安全可靠运行至关重要。只有对变压器的故障进行准确分析和判断，才能采取及时而有效的处理措施，确保电网的正常运行和对用户的正常供电。110kV变压器在低压侧遭受出口短路、近区短路后，变压器绕组会承受相当大的电流，影响其健康状况； 每次短路电流都会对变压器绕组形成积累效应，形成潜伏性坏损，因此变压器近区短路是一项必要的检测项目。而目前对于变压器近区短路的检测是采用测量变压器绝缘电阻，同时综合变压器油色谱分析以判断内部的过热故障和放电性故障，并确定故障的严重程度和大概部位，就可能发现变压器近区短路后故障严重程度，从而提出相应的反事故措施。但上述的检测复杂，由于无法提供变压器二次侧短路电冲击量的大小及冲击次数， 因此不能准确为变压器运行状况分析及检修提供依据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能对变压器二次侧短路冲击电流进行采集、记录和分析，能为变压器运行状况分析及检修提供准确依据的变压器近区短路电流实时监测装置及方法。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种变压器近区短路电流实时监测装置，

包括三相无感电阻、信号采集单元、中央处理单元以及通讯单元和上位机，三相无感电阻采用四引线结构的无感电阻；信号采集单元包括依次连接的信号隔离放大器、低通滤波器、绝对值转换单元以及量程自适应单元和A/D采集单元，分别串接在变压器二次侧的三相电流互感器上的三相无感电阻接信号隔离放大器的输入端，通过三相无感电阻将取样电流互感器回路的电流；所述的中央处理单元包括用于对采集数据进行运算和筛选的第一处理器、双端口存储器以及用于对故障数据进行统计和通讯的第二处理器，双端口存储器通过数据总线分别与第一处理器和第二处理器连接，A/D采集单元的输出端接第一处理器的输入端，所述的通讯单元包括网络接口和通讯端口，第二处理器与网络接口和通讯端口连接，网络接口与上位机连接，通讯端口与大容量存储器连接；变压器二次侧的三相电流互感器上分别串接有三相无感电阻，三相无感电阻将采集的模拟信号经信号隔离放大器进行隔离放大，经过低通滤波器滤除模拟信号中的高频分量以及绝对值转换单元转换，通过由第一处理器控制的量程自适应单元根据输入模拟信号的波形幅度进行自动量程切换，将采集的模拟信号放大后送至A/D采样单元内，A/D采样单元对连续采集模拟信号转换成数字信号后输至第一处理器，第一处理器对读取的电流采样数据进行运算，筛选并获取波形的电流有效值及电流突变量的故障瞬时值，将电流有效值及电流突变量的故障瞬时值作为数据记录触发的特征量，在满足上述任何一个特征量时为故障发生的时刻，将故障发生时刻的故障数据缓存于双端口存储器，第二处理器接收双端口存储器的故障数据并通过网络接口与上位机通迅，上位机接收故障数据并绘制波形对变压器近区短路电流进行实时监测，同时第二处理器对接收的故障数据进行统计并储存到大容量的存储器。

本发明通过连接在变压器二次侧的各相电流互感器上的三相无感电阻为测量元件，因此能对流过变压器绕组的电流实时监测，且无感电阻对电流互感器二次回路没有影响，通过隔离放大器对无感电阻上的模拟信号进行隔离放大，再经过低通滤波器滤除信号中的高频分量，通过绝对值转换单元将交流转换为直流，通过量程自适应单元能根据输入信号的幅度自动切换量程，将采集信号放大并送至A/D采样单元进行采样，第一处理器对定时获取的数据进行运算的筛选，获取波形的有效值和故障瞬时值，且将电流有效值及电流突变量的故障瞬时值作为数据记录触发的两个特征量，当任何一个特征量可确定故障发生的时刻，将故障发生时刻的故障数据缓存于双端口存储器，能对发生的电流突变事件记录波形、有效值以及发生时间等故障数据，筛选并记录有用的电流数据，既能达到响应迅速，并可对趋稳后的短路电流进行捕捉，具有较好的稳态和暂态性能，本发明在采集变压器二次侧正常及故障情况下电流波形的实时数据，将故障数据缓存于双端口存储器，第二处理器接收双端口存储器的故障数据经网络接口接上位机，通过上位机接收故障数据并绘制波形对变压器近区短路电流进行实时监测，使得对短路电流的监测更加直观方便，同时通过第二处理器统计故障数据，对运行期间发生事件电流最大值、电流冲击量的大小及冲击次数和冲击时间等故障数据进行统计，为变压器状态检修决策系统提供了有力的数据依据和支持。本发明通过第一处理器对采样数据进行运算和筛选，通过第二处理器对故障数据进行统计和通讯，监测系统运行稳定，工作可靠性好，集成度高，能满足现场使用需求。

附图说明

图1为本发明变压器近区短路电流实时监测装置接在变压器上的结构框图。

图2是本发明变压器近区短路电流实时监测装置的结构框图。

具体实施方式

见图1、2所示，本发明的变压器近区短路电流实时监测方法，变压器二次侧的三相电流互感器上分别串接有三相无感电阻，三相无感电阻将采集的模拟信号经信号隔离放大器进行隔离放大，经过低通滤波器滤除模拟信号中的高频分量和绝对值转换单元转换，将交流电转换为直流电，通过由第一处理器控制的量程自适应单元根据输入模拟信号的波形幅度进行自动量程切换，将模拟信号放大至一个合适的范围内，将采集的模拟信号放大后送至A/D采样单元内，A/D采样单元对连续采集模拟信号转换成数字信号后输至第一处理器，第一处理器对读取的电流采样数据进行运算，可采用对信号进行分析和处理时最常用的工具之一的快速傅里叶变换运算，筛选并获取波形的电流有效值及电流突变量的故障瞬时值，将电流有效值及电流突变量的故障瞬时值作为数据记录触发的特征量，满足任何一个特征量确定故障发生的时刻，将故障发生时刻的故障数据缓存于双端口存储器，电流有效值为1ms-20ms时间间隔、且负荷电流在0.1A～5A的电流值，而电流突变量的故障瞬时值为持续时间在100ms至1s之间的负荷电流大于5A～50A的电流值，对发生的电流突变事件记录波形、有效值以及发生时间故障数据，第二处理器接收双端口存储器的故障数据并通过网络接口与上位机通迅，上位机接收故障数据并绘制波形对变压器近区短路电流进行实时监测，同时第二处理器对接收的故障数据进行统计并储存到大容量的存储器，第二处理器对对运行期间发生事件电流最大值、电流冲击量的大小及冲击次数和冲击时间故障数据进行统计，可通过大容量的存储器与上位机管理系统进行数据交互，将变压器二次侧短路冲击电流的最大值、电流冲击量的大小及冲击次数提供给变压器运行状态评估使用，为变压器状态检修决策系统提供了有力的数据依据和支持。

见图1、2所示，本发明变压器近区短路电流实时监测装置，包括三相无感电阻、信号采集单元、中央处理单元以及通讯单元和上位机，该无感电阻采用四引线结构的无感电阻，不仅体积小，阻值可选，信号处理电路简单，测量精度高，对电流互感器二次回路没有影响，适用于二次回路改造特点。本发明的信号采集单元包括依次连接的信号隔离放大器、低通滤波器、绝对值转换单元以及量程自适应单元和A/D采集单元，分别串接在变压器二次侧的三相电流互感器上的三相无感电阻接信号隔离放大器的输入端，通过三相无感电阻将取样电流互感器回路的电流，本发明的隔离放大器可采用ISO系列隔离放大器，对无感电阻上的模拟信号进行隔离放大，本发明的低通滤波器可采用RC低通滤波器，经过低通滤波器滤除信号中的高频分量，绝对值转换单元可采用绝对值转换器将交流转换为直流，并通过第一处理器内的复杂可编程逻辑器件CPLD的控制下进行自适应量程切换，将信号放大至一个合适的范围内送至A/D采样单元采样，A/D采样单元可选DTE3216采集板，具有16位100KHz采样率的A/D转换器，对正常负荷电流波形及故障电流波形高速率采样。

见图1、2所示，本发明的中央处理单元包括用于对信号采集运算和筛选的第一处理器、双端口存储器和用于对数据统计和通讯的第二处理器，双端口存储器通过数据总线分别与第一处理器和第二处理器连接，双端口存储器可采用IDT70V9289，第一处理器采用DSP处理器，DSP处理器可选用TMS320F2812，TMS320F2812是美国TI 公司推出的C2000 平台上的定点32 位DSP 芯片，其运行时钟可高达150MHz，处理性能可达150MIPS，对于128点32位实数的FFT算法（Q30），执行时间只需6763个指令周期，运算速度性能优越，第二处理器采用ARM处理器，ARM处理器可采用Phillips的LPC2220微处理器，LPC2220微控制器是一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDMI-S CPU，144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断管脚，有小型、快速、低能耗、集成式RISC内核等特点。本发明A/D采集单元的输出端接第一处理器的输入端，第一处理器对读取的电流采样数据进行快速傅里叶变换即FFT运算，以电流突变量作为数据记录触发的特征量及以电流有效值作为数据记录触发的特征量，通过两个特征量来确定故障发生的时刻进行短路判别，筛选获取波形的电流有效值及电流突变量的故障瞬时值，将筛选出的故障数据缓存至双端口存储器再送到第二处理器。本发明的通讯单元包括网络接口和通讯端口，第二处理器与网络接口和通讯端口连接，网络接口与上位机连接通讯，最终波形通过网络接口传至上位机并绘制波形，直接对短路电流进行监测，该网络接口可采用以太网口，第二处理器通过通讯端口与大容量存储器连接，本发明的以太网口采用DM9000AE芯片，该芯片体积小，具有AUTO-Midx(支持直接互连自动翻转)TCP/IP加速功能，其读写时间为20nsl/o，能减轻第二处理器的负担,有效提高整个装置的效能。本发明通讯端口与大容量存储器连接，第二处理器对接收的故障数据进行统计并储存到大容量的存储器，第二处理器对运行期间发生事件电流最大值、次数故障数据进行统计，通过大容量的存储器实现本地数据的交换，或与上位机管理系统进行数据交互。