专利名称：大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统及电力电子设备相关的装置，特别是一种大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器。
背景技术：
随着高电压、大电流电力电子器件的迅速发展及其应用技术的日臻成熟，以及其它配套技术的完善，电力电子技术在电力系统中得到日益广泛的应用，带来了巨大的经济效益。但是电力电子设备不对称触发时将在线路上引起直流分量电流。而这种直流分量流入线路上的变压器，会使变压器偏磁，造成磁饱和，出现很大的励磁电流，导致噪声增大，变压器内部过热，影响变压器使用寿命，发展到一定程度会造成变压器损坏。变压器偏磁保护器是对变压器在这种情况下的一种有效保护装置。
一般变压器对偏磁非常敏感，正常运行时对偏磁要求很严。所以针对它的保护要可靠实现有很大难度。主要技术难点如下1)要在偏磁开始出现的初期判别动作，但是这时，负载电流中的故障电量信息很小，不易检测出来。2)检测出来的电量信息要经过可靠性高的算法和合理的判据来保证保护器工作准确、可靠。3)保护器处于高电压、大电流的一次设备处，电磁环境比较恶劣，有较大的电磁干扰，保护装置容易误动。
大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器主要应当具有如下功能1)高电压、大电流中的微小故障电量信息提取；2)基于大规模可编程逻辑器件FPGA的保护电路进行计算和逻辑判断功能；3)判断为故障时动作跳闸和信息上报。
发明内容
为了解决现有技术当中的上述问题，本发明的目的是提供一种大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，主要由电流传感器、电量信息采集回路、信号筛选回路、信号调理回路、故障特征判断回路、量程自动跟踪回路、智能逻辑综合单元、执行输出回路等部分构成；装设在变压器负载侧的电流传感器将反应变压器运行特性的电流信号送到偏磁保护器的电量信息采集回路，采集完成后进入信号筛选回路筛选提取出多个故障特征信息，分别经由信号调理回路调理成适合处理的信号量，再由故障特征判断回路形成基于各故障特征的判据，最后进入智能逻辑综合单元进行运算和判断，判定为有故障时，经过执行输出回路把故障信号送给变压器本体的控制器或保护器，做出相应的保护动作。
其中，电量信息采集回路，主要完成从变压器二次绕组上采集工作电流的电量信息，对具有多挡位的变压器可对各挡进行采集，然后把采集到的信号送到信号筛选回路加工处理；信号筛选回路，对采集到的电量信息进行筛选，提取出多个故障特征信息，以备甄别和判断，该电路这里采用三级筛选，由每一级串联组成，可提高筛选回路灵敏度和可靠性；信号调理回路，对多个提取出来的故障特征信号，调理成波形和幅值适合统一处理的信号量；故障特征判断回路，基于具有反时限特性的集成运放积分环节，形成基于各故障特征的判据，提交给智能逻辑综合单元；智能逻辑综合单元可以控制调节积分时间；量程自动跟踪回路，对变压器在不同挡位的负载容量下，由智能逻辑综合单元接收变压器控制器的信息，下发命令自动切换量程，以最好发挥传感器的测量精度，提高偏磁保护器的灵敏度和可靠性；智能逻辑综合单元，以大规模可编程逻辑器件现场可编程门阵列(FPGA)为核心，进行多判据分析评价和综合处理。支持在线编程；它接收变压器的工作挡位信息，自动设定量程；接收各故障特征形成的特征判据，给出是否偏磁超过限值的裁定，并发出相应的动作控制命令给执行机构；它调节故障特征判断回路的积分环节。
本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，采用可扩展结构设计采集电量信息可扩展，筛选的故障特征可扩展，量程切换可扩展，判据综合算法可在线编程，输出动作可扩展。从而使该控制器检测判断能力可以不断更新升级，或随不同现场工况灵活调整。
由于采用了上述的技术方案，本发明具有的有益效果是1、精确采集电量信息，保证动作准确；2、提取多种故障特征信号，综合计算、比较和逻辑判断，保证动作准确可靠；3、采用了特别的抗干扰设计，抗干扰能力强；4、采用可扩展结构设计；功能可升级可调整。5、电路实现简单，成本低、器件易于选取。
图1是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的原理构成图。
图2是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的电量信息采集回路图。
图3是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的信号筛选回路图。
图4是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的信号调理回路图。
图5是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的故障特征回路判断图。
图6是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的量程自动跟踪回路图。
图7是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的智能逻辑综合单元图。
图8是本发明的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器的可扩展结构设计图。
具体实施例方式
下面结合附图1-7对本发明进一步说明。
如附图1所示，大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器主要由电流传感器、电量信息采集回路、信号筛选回路、信号调理回路、故障特征判断回路、量程自动跟踪回路、智能逻辑综合单元、执行输出回路等部分构成。其中，电量信息采集回路、信号筛选回路、信号调理回路、故障特征判断回路、量程自动跟踪回路、智能逻辑综合单元六部分是该系统的核心技术。装设在变压器负载侧的电流传感器将反应运行特性的电流信号送到偏磁保护器的电量信息采集回路，采集完成后进入信号筛选回路筛选提取出多个故障特征信息，再经过调理和判断，最后进入智能逻辑综合单元进行运算和判断，判定为有故障时做出相应的保护动作。
附图2为电量信息采集回路，该部分电路主要完成从变压器二次绕组上采集工作电流的电量信息，对具有多挡位的变压器可对各挡进行采集，也可对多个采集点采集多种电量信号。然后把采集到的信号送到信号筛选回路加工处理。这部分电路要做到灵敏度和抗噪性、共模抑制能力都很高。采用高精度、低噪声的精密运放U1A、U1B、U2组成测量差动放大电路，U1A和U1B作阻抗变换及增益调整，U2变差动输出为单端输出，并提高共模抑制比，RW1调节电路增益。
附图3为信号筛选回路，该电路要对采集到的电量信息进行筛选，提取出多个故障特征信息，以备甄别和判断。该电路这里采用三级筛选，图中为一级筛选电路，将每一级串联即为多级，可提高筛选回路灵敏度和可靠性。每一级筛选电路针对不同的筛选目的，滤出不同的谐波。运放U3A、U3B、U4为核心组成直流滤波回路，从采集信号中得到直流分量作为故障特征1。运放U5A、U5B为核心组成二次谐波滤波回路，从采集信号中得到二次谐波分量做为信号故障特征2。
附图4为信号调理回路，对多个提取出来的故障特征信号，调理成波形和幅值适合统一处理的信号量。运放U9A、U9B为核心组成精密整流回路，由RW6调节整流后直流增益。运放U10A、U10B、RW5及外围阻容组成精确调零电路，补偿传感器和前级电路的零漂。
附图5为故障特征判断回路，基于具有反时限特性的集成运放积分环节，形成基于各故障特征的判据，提交给智能逻辑综合单元。智能逻辑综合单元可以控制调节积分时间。运放U12A和C14、RW9、R23组成集成运放积分环节，智能逻辑综合单元通过控制电子开关K1开关时间，和RW9配合调节积分运算时间，运算结果送入比较器U12B，和不同量程的标准值比较得到故障特征的判据。
图6为量程自动跟踪回路，对变压器在不同挡位的负载容量下，由智能逻辑综合单元接收变压器控制器的信息，下发命令自动切换量程，以最好发挥传感器的测量精度，提高偏磁保护器的灵敏度和可靠性。K4、K5、K6为电子开关，接受智能逻辑综合单元命令，切换到不同比较电压值，实现量程切换。
图7是智能逻辑综合单元，以大规模可编程逻辑器件现场可编程门阵列(FPGA)为核心，它是保护器的计算、判断和控制中枢，进行多判据分析评价和综合处理。支持在线编程。它接收变压器的工作挡位信息，自动设定量程。接收各故障特征形成的特征判据，经过一定的程序算法，给出是否偏磁超过限值的裁定，并发出相应的动作控制命令给执行机构。它还调节故障特征判断回路的积分环节。
图8是大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器采用的可扩展结构设计，使该保护器检测判断能力可以不断更新升级，或随不同现场工况灵活调整。表现在采集电量信息可扩展，可对多个测量点、多种电量信号进行采集；筛选的故障特征可扩展，对每一测量点的一个电量信号，根据故障情况，可筛选出多个故障特征，如变压器出现偏磁时，如果是由于负载触发不对称造成的，就会在负载电流中出现比正常大的直流分量和二次谐波分量，这两种故障电流分量就可以由筛选电路从采集到的总电流信号中筛选出来；量程切换可扩展，对于变压器工作在不同量程，量程自动跟踪回路可以切换的电压比较值可以扩展到需要的数量，满足量程扩展的需要；判据综合算法可在线编程，由于采用现场可编程门阵列(FPGA)可以实现在线编程，可以更改程序实现算法的升级或调整；输出动作可扩展，有多种故障输出方式，如光耦输出、继电器输出、串口输出、总线输出等可供选择，每种方式有多个通道，以满足输出扩展的需要。
权利要求
1.大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，其特征在于主要由电流传感器、电量信息采集回路、信号筛选回路、信号调理回路、故障特征判断回路、量程自动跟踪回路、智能逻辑综合单元、执行输出回路等部分构成；装设在变压器负载侧的电流传感器将反应运行特性的电流信号送到偏磁保护器的电量信息采集回路，采集完成后进入信号筛选回路筛选提取出多个故障特征信息，分别经由信号调理回路调理成适合处理的信号量，再由故障特征判断回路形成基于各故障特征的判据，最后进入智能逻辑综合单元进行运算和判断，判定为有故障时，经过执行输出回路把故障信号送给变压器本体的控制器或保护器，做出相应的保护动作；其中，电量信息采集回路，主要完成从变压器二次绕组上采集工作电流的电量信息，对具有多挡位的变压器可对各挡进行采集，然后把采集到的信号送到信号筛选回路加工处理；信号筛选回路，对采集到的电量信息进行筛选，提取出多个故障特征信息，以备甄别和判断；信号调理回路，对多个提取出来的故障特征信号，调理成波形和幅值适合统一处理的信号量；故障特征判断回路，基于具有反时限特性的集成运放积分环节，形成基于各故障特征的判据，提交给智能逻辑综合单元；智能逻辑综合单元可以控制调节积分时间；量程自动跟踪回路，对变压器在不同挡位的负载容量下，由智能逻辑综合单元接收变压器控制器的信息，下发命令自动切换量程，以最好发挥传感器的测量精度，提高偏磁保护器的灵敏度和可靠性；智能逻辑综合单元，以大规模可编程逻辑器件FPGA为核心，进行多判据分析评价和综合处理。支持在线编程；它接收变压器的工作挡位信息，自动设定量程；接收各故障特征形成的特征判据，给出是否偏磁超过限值的裁定，并发出相应的动作控制命令给执行机构；它还调节故障特征判断回路的积分环节。
2.根据权利要求1所述的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，其特征在于采用可扩展结构设计采集电量信息可扩展，筛选的故障特征可扩展，量程切换可扩展，判据综合算法可在线编程，输出动作可扩展，从而使该控制器检测判断能力可以不断更新升级，或随不同现场工况灵活调整。
3.根据权利要求1所述的大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，其特征在于信号筛选回路采用三级筛选，将每一级筛选电路串联为三级，可提高筛选回路灵敏度和可靠性。
全文摘要
大功率电力电子设备的变压器偏磁保护器，由电流传感器、电量信息采集回路、信号筛选回路、信号调理回路、故障特征判断回路、量程自动跟踪回路、智能逻辑综合单元、执行输出回路等部分构成。装设在变压器负载侧的电流传感器将反映变压器运行特性的电流信号送到偏磁保护器的电量信息采集回路，采集完成后进入信号筛选回路筛选提取出多个故障特征信息，分别经由信号调理回路调理成适合处理的信号量，再由故障特征判断回路形成基于各故障特征的判据，最后进入智能逻辑综合单元进行运算和判断，判定为有故障时，经过执行输出回路把故障信号送给变压器本体的控制器或保护器，做出相应的保护动作。
文档编号H02H7/04GK1835319SQ20061006492
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者雷晰, 邓占锋, 喻劲松, 赵贺 申请人:中国电力科学研究院