一种变压器过流保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种变压器过流保护系统，其包括信号采集单元、处理器和执行单元，信号采集单元用于获得与接地电流大小对应的采样电压信号；处理器用于根据所述采样电压信号获得接地电流值，并当所述接地电流值超过预设电流阈值时，所述处理器发出中止指令，所述执行单元中止变压器运行。该变压器过流保护系统可以避免变压器损坏。
【专利说明】一种变压器过流保护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于变压器领域，具体涉及一种变压器过流保护系统。
【背景技术】
[0002]电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，如果电力变压器出现故障，不仅会损坏电力变压器自身，而且会对用户造成损失，影响人们正常的生产和生活。为了防止电力变压器出现故障而造成损失，通常将变压器的铁芯单点接地。电力变压器正常运行时，接地电流在几毫安到几十毫安之间。电力变压器出现故障时，接地电流会超过几十安培。因此，通过测量接地电流的大小可以判断电力变压器运行是否正常。
[0003]在目前使用的变压器过流保护系统中，当接地电流超过正常范围时，变压器过流保护系统发出警报，监控人员应检查电力变压器。影响接地电流变化的因素较多，接地电流出现波动的情况较为频繁，而且很难定位引起接地电流波动的位置。因此，在实际应用中，尽管接地电流超过了正常范围，而且变压器过流保护系统也发出了报警，但监控人员无力排除故障，严重时会导致变压器损坏。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题就是针对现有变压器过流保护系统中存在的上述缺陷，提供一种变压器过流保护系统，其可以避免变压器损坏。
[0005]为此，本实用新型提供一种变压器过流保护系统，用于保护变压器正常运行，包括:
[0006]信号采集单元，用于获得与接地电流大小对应的采样电压信号；
[0007]处理器，用于根据所述采样电压信号获得接地电流值，并当所述接地电流值超过预设电流阈值时，发出执行指令；
[0008]执行单元，用于根据所述处理器发出的所述执行指令执行相应的操作；
[0009]所述处理器在所述接地电流值超过预设电流阈值的时间大于预设时间时发出中止指令，所述执行单元中止变压器运行。
[0010]其中，所述处理器在经过预设时间后发出运行指令，所述执行单元启动变压器。
[0011]其中，所述处理器在所述接地电流值超过所述预设电流阈值时发出报警指令，所述执行单元执行报警指令。
[0012]其中，还包括:
[0013]信号处理单元，用于处理所述采样电压信号；
[0014]采样分析单元，用于获得所述采样电压信号中基波和谐波的有效值和峰值，并获得所述采样信号的有效值和峰值。
[0015]其中，所述信号处理单元包括:
[0016]控制放大模块，用于控制放大所述采样电压信号；
[0017]滤波模块，用于对放大后的所述采样电压信号进行滤波。[0018]其中，所述采样分析单元包括:
[0019]数据采样模块，用于获得所述采样电压信号中基波和/或谐波的有效值和峰值；
[0020]数据分析模块，用于根据基波和/或谐波的有效值和峰值获得所述采样电压信号的有效值和峰值。
[0021 ] 其中，所述处理器根据所述采样电压信号的有效值和峰值获得所述接地电流值。
[0022]其中，所述信号采集单元包括:
[0023]带磁隙线圈，用于零磁通平衡和提供取样空间；
[0024]磁传感器，设于所述带磁隙线圈的磁隙位置，通过感应磁隙位置的磁场而获得感应电压信号；
[0025]差动运算放大器，用于将所述感应电压信号转换成单端电压信号；
[0026]电压电流转换单元，用于将所述单端电压信号转换成电流信号，并将所述电流信号输入所述带磁隙线圈的绕组内；
[0027]取压电阻，串联在所述带磁隙线圈的绕组与地之间，用以获得电阻电压信号；
[0028]低噪声运算放大器，其输入端与所述取压电阻远离接地的一端连接，输出端与所述信号处理单元连接，所述低噪声运算放大器用于放大所述电阻电压信号而获得采样电压信号，以及提供阻抗转换。
[0029]其中，所述磁传感器为GMR磁传感器TMR磁传感器。
[0030]其中，还包括:
[0031]通讯单元，用于所述处理器与上位机或中央监控平台之间的通讯；
[0032]电源管理单元，用于提供电能；
[0033]操控单元，用于提供人机交互的输入接口 ；
[0034]显示单元，用于提供人机交互的界面；
[0035]存储单元，用于存储所述采样电压信号的实时波形数据、采样电压信号的有效值和峰值、采样电压信号的基波和谐波的有效值和峰值。
[0036]本实用新型具有以下有益效果:
[0037]本实用新型提供的变压器过流保护系统，处理器在接地电流值超过预设电流阈值，而且超过预设电流阈值的时间大于预设时间时发出中止指令，执行单元收到处理器的中止指令后中止变压器的运行，这不仅有利于工作人员排除故障，而且有利于变压器冷却降温，从而避免变压器损坏。
[0038]由于变压器温度过高也会弓I起接地电流波动，优选地，在中止变压器运行后，处理器经过预设时间后发出运行指令，执行单元重新启动变压器。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本实施例提供变压器过流保护系统的原理框图；
[0040]图2为本实用新型实施例信号采集单元的原理图；
[0041]图3为本实用新型实施例信号处理单元的原理框图；
[0042]图4为本实用新型实施例采样分析单元的原理框图。
【具体实施方式】[0043]为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的变压器过流保护系统进行详细描述。
[0044]如图1所示，变压器过流保护系统包括信号采集单元1、信号处理单元2、采样分析单元3、处理器4和执行单元5。
[0045]其中，信号采集单元I用于获得接地电流大小对应的采样电压信号。信号处理单元2用于对采样电压信号进行处理。采样分析单元3用于获得采样电压信号中基波和/或谐波的有效值和峰值，并获得采样信号的有效值和峰值。处理器4用于根据采样电压信号的有效值和峰值获得接地电流值，并比较接地电流与预设电流阈值，当接地电流值超过预设电流阈值时，发出执行指令。执行单元5用于根据处理器发出的执行指令执行相应的操作。执行单元5包括报警模块和/或中止模块。报警模块执行报警指令，中止模块执行中止指令和启动指令。
[0046]信号采集单元I采用闭环反馈的磁平衡电流测量模式，这种测量方式隔离度高，灵敏度高，线性度好，动态范围大。如图2所示，信号采集单元I包括带磁隙线圈11、磁传感器12、差动运算放大器13、电压电流转换单元14、取压电阻15和低噪声运算放大器16。
[0047]其中，带磁隙线圈11用于零磁通平衡和提供取样空间。带磁隙线圈11包括磁芯111和缠绕在磁芯111外围的绕组112，磁芯111上设有磁隙113。其中，磁芯111采用高导磁率材料制作，绕组112的匝数在1000?3000匝之间，磁隙的宽度小于5mm。使用时，铁芯接地导线穿过带磁隙线圈11的中心，即将带磁隙线圈11套置于铁芯接地导线的外侧。为便于安装，带磁隙线圈11采用分体结构，即带磁隙线圈11由两部分组成。使用时，将两部分固定在一起，形成带隙螺旋线圈11。
[0048]磁传感器12设置于带磁隙线圈11的磁隙113位置，用于通过感应磁隙位置的磁场而获得感应电压信号。磁传感器12可以采用GMR磁传感器或TMR磁传感器。GMR磁传感器包括由磁感应膜构成的惠斯通电桥或由磁感应膜构成的阻抗元件。GMR磁传感器或TMR磁传感器灵敏度高、线性度好、动态范围大、频率响应快和温度稳定性好。
[0049]差动运算放大器13用于将感应电压信号转换成单端电压信号。差动运算放大器13采用低噪声零漂移差动运算放大器。
[0050]电压电流转换单元14用于将单端电压信号转换成电流信号，并与带磁隙线圈11的绕组112电连接，以将电流信号输入带磁隙线圈11的绕组112内。
[0051]取压电阻15串联在带磁隙线圈的绕组与地之间，用以获得电阻电压信号。本实施例取压电阻15的阻值为100欧，精度为0.1%。由于所测信号范围为0.1mA?10A，若绕组112的匝数为1000圈，绕组112内的驱动电流范围为0.1 μ A?10mA，那么电路中的噪声电流不大于0.1 μ A，电压噪声不大于10uV。因此，在选用器件时应满足上述两个条件。
[0052]低噪声运算放大器16的输入端与取压电阻15远离接地的一端连接，低噪声运算放大器16的输出端作为信号采集单元I的输出端与信号处理单元2 (图1中示出)连接，低噪声运算放大器16用于放大电阻电压信号以获得采样电压信号，以及提供阻抗转换。
[0053]结合参考图1和图3所示，信号处理单元2包括控制放大模块21和滤波模块22。其中，控制放大模块21用于控制放大信号采集单元I获得的采样电压信号。控制放大模块21的放大倍数可根据需要设为I倍或100倍。
[0054]滤波模块22用于对放大后的采样电压信号进行滤波。滤波模块22滤除带外噪声，提高信噪比。如采用4阶巴特沃兹有源滤波器，带宽范围为IOHz?5kHz。滤波模块22将信号按比例缩小后输出到采样分析单元3。
[0055]结合参考图1和图4所示，采样分析单元3包括数据采样模块31和数据分析模块32。其中，数据采样模块31用于获得采样电压信号中基波和/或谐波的有效值和峰值，并获得实时波形数据。数据分析模块32，用于根据基波和/或谐波的有效值和峰值获得采样电压信号的有效值和峰值。即数据分析模块32接收数据采样模块31实时波形数据后，进行FFT变换和频域分析，分别得出采样电压信号总的有效值(包括采样电压信号的有效值和/或峰值)，并将分析获得的有效值传输至处理器4。采样分析单元3可以采用DSP器件，也可以采用专用器件ADE7880，ADE7880器件分别有三路电压测量通道和三路电流测量通道，通道内有PGA和数字滤波器。ADE7880器件内嵌运算器计算信号的有效值、基波有效值和各次谐波的有效值，并能将原始信号波形数据输出。
[0056]处理器4根据采样电压信号的有效值和峰值获得铁芯接地电流值，比较接地电流和预设电流阈值，若接地电流超过预设电流阈值，则发出报警指令，由报警模块执行报警指令，监控人员排查故障。当接地电流值超过预设电流阈值的时间大于预设时间(如24小时)时，处理器4发出中止指令，执行单元5中止变压器运行，即切断变压器的输入端。中止变压器运行，不仅有利于工作人员排除故障，而且有利于变压器冷却降温，从而避免变压器损坏。
[0057]由于变压器温度过高也会引起接地电流波动，优选地，在中止变压器运行时，处理器4经过预设时间后发出重新运行指令，执行单元5重新启动变压器。在本实施例中，处理器4可采用各类型的MCU，也可采用成本和功耗较低的由ST公司生产的型号为STM32F103的处理器。
[0058]如图1所示，铁芯接地电流在线监控设备还包括:
[0059]通讯单元6，用于处理器4与上位机或中央监控平台之间的通讯。通讯单元6使铁芯接地电流在线监控设备与上位机或中央监控平台进行通讯，以便于远程控制，如传递采集的数据以及配置数据。通讯单元6可采用RS485通讯模式或GPRS通讯模式。通过通讯单元6可将数据定时上传，并能实时监控。
[0060]电源管理单元7，用于对铁芯接地电流在线监控设备中各部件提供电能，如采用220Vac的电源输入提供，或由太阳能电池提供。
[0061]操控单元8，用于提供人机交互的输入接口，如采用操控键盘进行功能选择，或输入配置数据。
[0062]显示单元9，用于提供人机交互的界面。显示单元9采用图形点阵模式的液晶模块或OLED模块。本实施例采用OLED显示模块，其工作温度范围较宽，视角宽，显示清晰。
[0063]存储单元10，用于存储所述采样电压信号的实时波形数据、采样电压信号的有效值和峰值、采样电压信号的基波和谐波的有效值和峰值。存储单元10采用16Mbit的FLASH存储器。
[0064]本实施例提供的变压器过流保护系统，处理器在接地电流值超过预设电流阈值，而且超过预设电流阈值的时间大于预设时间时发出中止指令，执行单元收到处理器的中止指令后中止变压器的运行，这不仅有利于工作人员排除故障，而且有利于变压器冷却降温，从而避免变压器损坏。[0065]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种变压器过流保护系统，用于保护变压器正常运行，包括: 信号采集单元，用于获得与接地电流大小对应的采样电压信号； 处理器，用于根据所述采样电压信号获得接地电流值，并当所述接地电流值超过预设电流阈值时，发出执行指令； 执行单元，用于根据所述处理器发出的所述执行指令执行相应的操作； 其特征在于，所述处理器在所述接地电流值超过预设电流阈值的时间大于预设时间时发出中止指令，所述执行单元中止变压器运行。
2.根据权利要求1所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述处理器在经过预设时间后发出运行指令， 所述执行单元启动变压器。
3.根据权利要求1所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述处理器在所述接地电流值超过所述预设电流阈值时发出报警指令，所述执行单元执行报警指令。
4.根据权利要求1所述的变压器过流保护系统，其特征在于，还包括: 信号处理单元，用于处理所述采样电压信号； 采样分析单元，用于获得所述采样电压信号中基波和谐波的有效值和峰值，并获得所述采样信号的有效值和峰值。
5.根据权利要求4所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述信号处理单元包括: 控制放大模块，用于控制放大所述采样电压信号； 滤波模块，用于对放大后的所述采样电压信号进行滤波。
6.根据权利要求5所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述采样分析单元包括: 数据采样模块，用于获得所述采样电压信号中基波和/或谐波的有效值和峰值； 数据分析模块，用于根据基波和/或谐波的有效值和峰值获得所述采样电压信号的有效值和峰值。
7.根据权利要求6所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述处理器根据所述采样电压信号的有效值和峰值获得所述接地电流值。
8.根据权利要求4所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述信号采集单元包括: 带磁隙线圈，用于零磁通平衡和提供取样空间； 磁传感器，设于所述带磁隙线圈的磁隙位置，通过感应磁隙位置的磁场而获得感应电压信号； 差动运算放大器，用于将所述感应电压信号转换成单端电压信号； 电压电流转换单元，用于将所述单端电压信号转换成电流信号，并将所述电流信号输入所述带磁隙线圈的绕组内； 取压电阻，串联在所述带磁隙线圈的绕组与地之间，用以获得电阻电压信号； 低噪声运算放大器，其输入端与所述取压电阻远离接地的一端连接，输出端与所述信号处理单元连接，所述低噪声运算放大器用于放大所述电阻电压信号而获得采样电压信号，以及提供阻抗转换。
9.根据权利要求8所述的变压器过流保护系统，其特征在于，所述磁传感器为GMR磁传感器TMR磁传感器。
10.根据权利要求1所述的变压器过流保护系统，其特征在于，还包括: 通讯单元，用于所述处理器与上位机或中央监控平台之间的通讯；电源管理单元，用于提供电能； 操控单元，用于提供人机交互的输入接口 ； 显示单元，用于提供人机交互的界面； 存储单元，用于存储所述采样电压信号的实时波形数据、采样电压信号的有效值和峰值、采样电压信号的 基波和谐波的有效值和峰值。
【文档编号】H02H7/04GK203761026SQ201420026389
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】时启猛, 刘乐杰, 王春华, 孙建宇 申请人:北京嘉岳同乐极电子有限公司