專利名稱：電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠?qū)﹄娏ψ儔浩麒F芯接地電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并能自動將它限制在規(guī)定范圍內(nèi)的裝置，屬變壓器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。對變壓器事故的統(tǒng)計分析表明，鐵芯事故在變壓器總事故中占有相當(dāng)高的比率，而鐵芯故障的產(chǎn)生，大部分是由于鐵芯多點(diǎn)接地引起的，當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時，會有相當(dāng)大的電流流過鐵芯，引起鐵芯局部過熱，嚴(yán)重時會造成局部燒損，所以有必要對變壓器鐵芯中的電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。目前國內(nèi)外對電力變壓器鐵芯接地電流的監(jiān)測方法歸納起來主要有以下三種方法一巡視人員定期利用鉗形電流表測量鐵芯接地線中的電流，若發(fā)現(xiàn)電流超標(biāo)，一般是由運(yùn)行人員臨時在接地回路中串接限流電阻，很明顯這種方法存在故障發(fā)現(xiàn)和處理的滯后性。
方法二模擬電流表監(jiān)測法。該方法是在變壓器的鐵芯接地線中直接串入模擬電流表，用于監(jiān)測接地電流。當(dāng)巡視人員發(fā)現(xiàn)電流超標(biāo)后，再采取進(jìn)一步的措施，如手動在接地回路中串入電阻，有時甚至使變壓器停止運(yùn)行，進(jìn)行故障排查。該方法的最大缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確測量鐵芯接地電流，這是因?yàn)樽儔浩饕坏┏霈F(xiàn)多點(diǎn)接地，其接地回路中的電流可達(dá)到幾十安，因此用于監(jiān)測鐵芯電流的電流表的量程必然很大(一般為幾十安，否則電流表會因電流過大而燒斷，導(dǎo)致接地回路開路)，而變壓器在正常情況下，其鐵芯接地線中的電流又是很小的(一般在幾個毫安到幾十毫安)，國標(biāo)規(guī)定其電流的門檻值不能超過100mA，這么小的電流在如此大量程的電流表上幾乎是沒有讀數(shù)的。另外，該方法也同樣存在故障處理不及時的問題。
方法三基于數(shù)字化的測量裝置。該方法是利用電流傳感器來采集鐵芯接地線中的電流信號，信號經(jīng)預(yù)處理后送入PC機(jī)或DSP或單片機(jī)，PC機(jī)或DSP或單片機(jī)軟件對信號進(jìn)行分析處理，如果超標(biāo)給出報警信號。這種方法只能起到對接地電流進(jìn)行監(jiān)測和超標(biāo)報警的作用，電流超標(biāo)后的處理仍然由人工完成而不能自動進(jìn)行，同樣存在故障處理不及時的問題，且不能有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存，不便于事后故障分析，功能比較單一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種能夠?qū)﹄娏ψ儔浩麒F芯接地電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并能自動將它限制在規(guī)定范圍內(nèi)的電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置。
本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，由電流互感器、信號處理電路、DSP、限流電阻網(wǎng)絡(luò)及其控制電路組成，所述限流電阻網(wǎng)絡(luò)包括一組四個電阻和四個繼電器，四個電阻并聯(lián)，并各自由其控制繼電器的常閉觸點(diǎn)串接控制，其中，第一繼電器的常閉觸點(diǎn)J1-1接成并聯(lián)電路；限流電阻網(wǎng)絡(luò)串接于變壓器的鐵芯接地回路中；所述四個繼電器的線圈由控制電路的輸出端控制，控制電路的輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端，四個繼電器依次打開，將使限流電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻依次增加。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值之比為1∶2∶4∶8，所述第四電阻的取值范圍為1500～1800歐姆。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，增設(shè)壓敏電阻YM和氣體放電管FD1，它們均與限流電阻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，所述電流互感器設(shè)置兩個，分別是小量程電流互感器CT1和大量程電流互感器CT2，它們均穿在變壓器鐵芯接地線上，其信號輸出端接信號處理電路，所述信號處理電路包括小信號預(yù)處理電路、大信號預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換器U2，小信號預(yù)處理電路由隔離芯片U5和程控放大器U4組成，隔離芯片U5的輸入端+Vin接小量程電流互感器CT1的輸出端，其輸出端Vout接程控放大器U4的輸入端+Vin，程控放大器U4的輸出端Vout接A/D轉(zhuǎn)換器U2的CH1A端，其A0、A1端分別接DSP的IOPE1和IOPE2端；大信號預(yù)處理電路由隔離芯片U6和運(yùn)算放大器U7組成，大量程電流互感器CT2的輸出信號經(jīng)兩個電阻分壓后接隔離芯片U6的輸入端+Vin，運(yùn)算放大器U7接成電壓跟隨器，其同相輸入端接隔離芯片U6的輸出端Vout，輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器U2的CH2A端；A/D轉(zhuǎn)換器U2的數(shù)據(jù)輸出端D0～D13經(jīng)一個電平轉(zhuǎn)換器U1接DSP的D0～D13端，其/CONVST和/INT端分別接DSP的IOPB4和XINT1端。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，增設(shè)電壓信號輸入電路，它包括電壓互感器PT和運(yùn)算放大器U8，電壓互感器接于限流電阻網(wǎng)絡(luò)兩端，其信號輸出端接運(yùn)算放大器的同相輸入端，運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器，其輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器U2的CH3A端。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，所述控制電路由驅(qū)動芯片U3構(gòu)成，驅(qū)動芯片U3的輸入端1B、3B、5B、7B分別接DSP的IOPB0、IOPB1、IOPB2和IOPB3端，其輸出端1C、3C、5C和7C分別接四個繼電器的線圈。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，增設(shè)手動控制模式，每個繼電器增設(shè)一個手動控制開關(guān)，手動控制開關(guān)與DSP控制電路之間通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。
上述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，增設(shè)顯示器，顯示器的數(shù)據(jù)輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端。
本發(fā)明利用電流互感器CT實(shí)時采集變壓器鐵芯接地電流信號，DSP可準(zhǔn)確判斷接地電流是否超標(biāo)，當(dāng)電流超標(biāo)時，DSP通過控制四個電阻的投切，改變限流電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，使鐵芯接地電流始終被限制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。還可以根據(jù)需要手動對四個電阻進(jìn)行投切，DSP可將數(shù)據(jù)保存，便于事后對進(jìn)行故障分析。本發(fā)明不僅能夠?qū)﹄娏ψ儔浩麒F芯接地電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，而且能自動將它限制在規(guī)定范圍內(nèi)，保證電力變壓器安全運(yùn)行。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的電原理框圖；圖2是電原理圖；圖3是控制流程圖。
圖中各標(biāo)號為CT1、小電流互感器；CT2、大電流互感器；U1、電平轉(zhuǎn)換器；U2、A/D轉(zhuǎn)換器；U3、驅(qū)動芯片；U4、程控放大器；U5、U6、隔離芯片；U7、U8、運(yùn)算放大器；R1～R6、電阻；J1～J4、繼電器；J1-1～J4-1、繼電器的常閉觸點(diǎn)；FD1、FD2、氣體放電管；YM、壓敏電阻；K1～K4、手動開關(guān)；KZ1～KZ4、轉(zhuǎn)換開關(guān)；DSP、微處理器。
具體實(shí)施例方式
變壓器鐵芯在運(yùn)行時，線圈的電場和磁場共同作用使鐵芯的各部件(包括夾件等)具有不同的電位，若鐵芯不可靠接地，則因電位不同而可能產(chǎn)生斷續(xù)放電現(xiàn)象，損壞其絕緣，因此變壓器鐵芯必須有一點(diǎn)可靠接地；但另一方面，如果變壓器鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地情況，則每兩個接地點(diǎn)間會形成一個閉合回路，其中鉸鏈的磁通將在回路中感應(yīng)出環(huán)流，會使鐵芯局部過熱，嚴(yán)重時會造成局部燒損，這就是變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障。鐵芯僅一點(diǎn)接地時，流過變壓器鐵芯電流的有效值僅為幾十毫安，對鐵芯沒有危害；但當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時，流過鐵芯接地線中的電流急劇增加(可達(dá)幾十安培)，根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，流過變壓器鐵芯的電流不能超過0.1A，當(dāng)電流超過0.1A后，即認(rèn)為鐵芯存在多點(diǎn)接地故障，很顯然在鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地，電流超標(biāo)的情況下，必須采取一定的措施。同時，理論分析還表明，雖然此時的電流很大，但回路中感應(yīng)出的電動勢一般不會高于150V左右，所以只要在接地回路中及時串入限流電阻就可以有效的將電流限制在0.1A以內(nèi)，保證鐵芯的安全運(yùn)行，待時機(jī)成熟，如變壓器停運(yùn)或者大修時，再最終排除其多點(diǎn)接地故障。
本發(fā)明中的電流互感器將鐵芯電流信號變換成電壓信號，經(jīng)信號處理電路后送入DSP進(jìn)行分析判斷，DSP根據(jù)電流大小來判斷鐵芯是否有多點(diǎn)接地現(xiàn)象，若有，則自動投入合適電阻將電流限制在國標(biāo)規(guī)定的范圍之內(nèi)。裝置還可設(shè)置定時和有故障時自動保存參數(shù)功能，便于事后故障分析，系統(tǒng)還可配備LCD屏幕和LED指示燈，能顯示豐富信息，增設(shè)無線和有線通信接口，方便的實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的連接。該裝置直接運(yùn)行在變電站現(xiàn)場，既可以獨(dú)立運(yùn)行也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)連接，在上位機(jī)的控制下運(yùn)行，借助上位機(jī)的分析軟件，能對鐵芯的運(yùn)行狀況進(jìn)行更詳細(xì)的分析。
數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)圖2中，電流的提取采用了穿心式電流互感器，套在鐵芯接地線中，傳感器輸出為電壓信號，輸出電壓與輸入電流信號的幅值之比為1∶1，具有較強(qiáng)的抗電磁能力并在測量范圍內(nèi)具有良好的線性度。由于鐵芯接地線中的電流在單點(diǎn)接地時僅為幾十毫安，而在多點(diǎn)接地時可達(dá)數(shù)十安，電流的變化范圍特別大，用一個電流傳感器難以同時兼顧大小電流，本裝置在接地線上串入兩個電流互感器，分兩路來測量電流信號，其中CT1的測量范圍為1mA～5A(5A以上鐵芯飽和)，CT2的測量范圍為5A～30A，這樣在小電流時電流取第一路信號，大電流時取第二路信號。第一路電流信號的預(yù)處理電路由隔離、和放大器構(gòu)成，CT1輸出的電壓信號先輸入到隔離芯片U5，該芯片的輸入輸出電壓比為1∶1，具有良好的線性度，隔離電壓達(dá)到了1500V，且輸入端可承受100V電壓，該芯片可有效避免從傳感器輸出的過壓信號對采集電路板的危害；程控放大器U4采用了PGA203芯片，芯片的A0、A1引腳受DSP的IOPB1、IOPB2引腳控制，其放大倍數(shù)為1，2，4，8四檔，DSP根據(jù)電流信號的強(qiáng)弱能自動的選擇合適的放大倍數(shù)，PGA203輸出的信號接到了A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX125的CH1A引腳。對于大量程的CT2，首先利用了電阻R5、R6組成的衰減電路將其信號衰減到A/D轉(zhuǎn)換芯片的采集范圍之內(nèi)(±5V)，由于MAX125的輸入阻抗僅10K歐，裝置接入了由運(yùn)算放大器U7構(gòu)成的電壓跟隨器，然后再輸入到MAX125的CH2A引腳，電壓跟隨器的作用主要是起到一個緩沖器的作用。電壓信號從電流電阻網(wǎng)絡(luò)的兩端獲得，信號首先經(jīng)一個220/6V的精密PT降壓，然后經(jīng)U8構(gòu)成的電壓跟隨器輸入到MAX125的CH3A引腳。這樣輸入到AD的有兩路電流信號和一路電壓信號，在DSP的控制下，該芯片同步采集電流電壓信號，這樣經(jīng)DSP計算后可以得到電流的大小，同時還可以得到投入到鐵芯回路中的電阻值。
本發(fā)明中主控制芯片DSP采用TMS320LF2407，U1采用SN74LVC16245，U2采用MAX125，U3采用ULN2803，U4采用PGA203，U5、U6采用ISO124，U7、U8采用OP97。由于該DSP的引腳只能承受3.3V的電壓，而MAX125輸出的數(shù)字信號為5V，采集電路板采用了SN74LVC16245實(shí)現(xiàn)3.3V和5V電平的轉(zhuǎn)換。MAX125同步采集CH1A，CH2A，CH3A三個通道的模擬信號，芯片內(nèi)部自帶了采樣保持電路，其轉(zhuǎn)換精度為14位，輸入電壓的范圍為±5V，量化誤差僅為0.12毫伏，由于輸入到AD為工頻信號，所以裝置設(shè)定的采樣速率為1KHz，也就是說一個周期之內(nèi)可以采集20個點(diǎn)，這樣既保證了上位機(jī)顯示的電流電壓波形的光滑性，又有效地減少了每次采集和信號處理的時間，提高了系統(tǒng)控制的實(shí)時性。DSP在軟件的控制下，IOPB4引腳每隔1ms將MAX125的/CONVST的引腳置為低點(diǎn)平，啟動AD開始采樣，AD完成了3個通道的信號采樣后/INT引腳輸出低電平，引起DSP中斷，在中斷程序中，DSP將暫時保存在MAX125內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)依次讀出然后保存在外部的RAM的三個區(qū)域中，待每個通道采集了10個周波的信號后，本次的信號采集結(jié)束，轉(zhuǎn)入對信號的分析處理，DSP將外部RAM中的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部，然后計算其電流和電壓的有效值以及電阻值。DSP根據(jù)電流的值，判斷選擇是利用通道1還是通道2的電流值，當(dāng)電流超標(biāo)時，則通過DSP的四個I/O口(IOPB0，IOPB1，IOPB2，IOPB3)來控制電阻的投切，由于DSP的I/O驅(qū)動能力有限，裝置加入了驅(qū)動芯片ULN2803，該芯片的驅(qū)動電流能力可達(dá)到1A，當(dāng)DSP的I/O口為高電平時，ULN2803相應(yīng)通道的三極管處于導(dǎo)通態(tài)，則該通道的繼電器閉合，反之，當(dāng)I/O口為低點(diǎn)平，則該通道的繼電器打開，因此，DSP通過控制四個I/O口的高低點(diǎn)平就可以實(shí)現(xiàn)對電阻的投切控制，從而將電流值限制在合理的范圍之內(nèi)。
增設(shè)限流電阻網(wǎng)絡(luò)的目的是當(dāng)變壓器的鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時，將鐵芯接地電流限制下來，否則有可能燒壞鐵芯。限流電阻網(wǎng)絡(luò)共由五條支路并聯(lián)而成，串接在鐵芯接地回路之中。其中R1，R2，R3，R4為大功率的鋁殼電阻，其電阻值分別為200歐，400歐，800歐和1600歐；J2，J3，J4串接在電阻R1，R2，R3支路上，電阻R4則固定接在回路中，通過手動開關(guān)或者DSP的I/O口可以控制這些繼電器的開合狀態(tài)，即可以控制這些支路是通態(tài)還是阻態(tài)。顯然，通過控制這些繼電器的開合狀態(tài)就可改變并聯(lián)的電阻支路數(shù)，從而改變接地回路中所串入的總電阻值。
上述接線具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，降低了鐵芯接地回路開路的概率。第五支路的電阻沒有與繼電器串聯(lián)，而是固定連接，這樣就避免了因手動方式下的誤操作或者在自動方式下DSP的誤動作而導(dǎo)致所有支路開路的可能。其次裝置電阻采用了并聯(lián)接線的形式而沒有采用串聯(lián)接線，并接比串接導(dǎo)致回路開路的概率大為降低，因?yàn)楦髦吠瑫r出現(xiàn)開路(如電流過大燒斷接線，機(jī)械連接不牢接線松動等導(dǎo)致了開路)可能性很小；另外支路的電阻采用了大功率的電阻，也減少了斷線的概率。
其次，限流電阻可以被分成多檔，投入的電阻值合理。當(dāng)變壓器鐵芯電流超標(biāo)，雖然可以采用投入一個大電阻的方式一步到位的控制其電流，但這可能導(dǎo)致在沒有必要投入大電阻的情況下投入了大電阻，有可能導(dǎo)致鐵芯電位的抬升。而采用多支路電阻并聯(lián)方式，通過改變繼電器的開/合可實(shí)現(xiàn)不同支路的并聯(lián)組合，從而達(dá)到控制限流總電阻的目的，可根據(jù)實(shí)際需要來投入大電阻或者小電阻。
圖2中，為了能兼顧自動和手動投切，本裝置設(shè)置了自動和手動切換控制開關(guān)，可完成自動和手動的切換，K1～K4為手動開關(guān)，KZ1～KZ4為轉(zhuǎn)換開關(guān)。
電阻的投/切控制方法只要控制繼電器J1，J2，J3，J4的開/合狀態(tài)就可以控制回路中總的電阻，但電流超標(biāo)后，該投入多大的電阻才能將其限制在0.1A以下？另外，變壓器的接地故障有時是懸浮接地故障，可能經(jīng)過一定時間后鐵芯故障會自動消除，這就要求該裝置既能自動的投入又能自動切除故障。在分析了鐵芯多點(diǎn)接地的電路結(jié)構(gòu)后，本裝置最終采用了逐級試探增加電阻和減小電阻法，下面將說明該方法的思路。
經(jīng)理論分析，變壓器在出現(xiàn)多點(diǎn)接地時，其變壓器內(nèi)部可以等效為一個電壓源和內(nèi)阻抗相串聯(lián)的形式，經(jīng)分析可知該電壓最大為150V(有效值)左右，內(nèi)阻為變壓器鐵芯本體和造成多點(diǎn)接地的短接物兩者的總阻抗，其阻抗的范圍大概在幾歐到上幾百歐之間，其感應(yīng)的電壓值以及等效阻抗與鐵芯內(nèi)部的接地點(diǎn)接地形式有很大的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，等效電壓源和內(nèi)阻抗的具體值是未知的，所以裝置無法判斷該投入或者切除多大的電阻才能將電流限制在0.1A以下，基于以上考慮，采取逐步增大或減小電阻的試探法，其思路如下所述限流電阻網(wǎng)絡(luò)包括一組電阻和四個繼電器，分別是第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、及相應(yīng)的四個控制繼電器。電阻由控制繼電器的常閉觸點(diǎn)控制，四個繼電器的線圈由控制電路的輸出端控制，控制電路的輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端。由該限流電阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)所有的繼電器都閉合時，第一繼電器將所有的電阻短接，相當(dāng)于回路中串入電阻為0歐，第一繼電器打開，其余繼電器都閉合時，相當(dāng)于支路四個電阻并聯(lián)，顯然總電阻為四支路電阻的并聯(lián)值，以后依次打開第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器，則限流電阻依次增加，但當(dāng)依次閉合第四繼電器、第三繼電器、第二繼電器和第一繼電器時，其電阻逐步減少。根據(jù)各繼電器的開合狀態(tài)不同，對應(yīng)的限流電阻如表1表1 繼電器的開合狀態(tài)對應(yīng)的限流電阻
(實(shí)際中由于電阻有一定的偏差，其并聯(lián)電阻值也有差別，但和表中的理論值差別不大)

這樣，當(dāng)裝置監(jiān)測到電流超標(biāo)后，首先打開第一繼電器，回路的限流電阻為107歐，若電流還超標(biāo)將再打開第二繼電器，如此下去直到將第四繼電器打開，當(dāng)所有的繼電器都打開后，在回路中串入的電阻為1600歐，考慮到回路的最大感應(yīng)電壓大概在150V，所以即使在這種情況下，也可將電阻限制在0.1A以下。當(dāng)需要減小回路電阻，其過程和投入電阻恰好相反，其阻值變化依次為1600歐，533歐，229歐，107歐，0歐。
防止第一繼電器反復(fù)投切的方法在本裝置設(shè)計中，當(dāng)電流大于100mA(運(yùn)行人員可在±10mA內(nèi)自行整定)，需要增加電阻，而當(dāng)電流小于20mA，需要減少電阻，這個過程中很可能存在第一繼電器的多次閉合問題，尤其是在變壓器的內(nèi)部等效阻抗很小的情況下，這是因?yàn)楹芸赡苎b置檢測到電流超標(biāo)，投入電阻后，電流又小于20mA的情況，若直接按上述控制方法，將會導(dǎo)致第一繼電器的反復(fù)投切，上述現(xiàn)象分析如下當(dāng)主第一繼電器在閉合的情況下檢測到電流超標(biāo)(I＞100mA)，其變壓器內(nèi)部等效阻抗為R，則裝置將第一繼電器打開后，鐵芯接地線中電流為I′=RIR+107,]]>若假設(shè)R＝5歐，I＝150mA，則I′＝6.7mA，此值則又低于門檻的下限值，這樣按常規(guī)控制思路，則裝置將閉合第一繼電器，很顯然，電流將會又超標(biāo)，第一繼電器將被打開，如此下去將會導(dǎo)致第一繼電器的反復(fù)投切，這在現(xiàn)場肯定是不允許的。為了解決上述問題，本裝置的軟件采用了圖3的算法。從圖3中可以看出，隔一定的時間將第一繼電器閉合試探一次，看接地故障是否消失，若消失，則閉合第一繼電器，否則將再次打開第一繼電器。由于即使第一繼電器打開，其串入的限流電阻為107歐，該值不大，所以本裝置設(shè)置為至少經(jīng)過一天才試探一次，并且其試探的天數(shù)可由用戶利用本裝置的鍵盤在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
雖然第一繼電器可能存在反復(fù)投切的問題，但其它繼電器的投/切則不會存在這種問題。下面就以由狀態(tài)2向狀態(tài)3轉(zhuǎn)換來說明此問題。由表1可知，在狀態(tài)2下，僅第一繼電器開，設(shè)此時其變壓器內(nèi)部等效阻抗為R，當(dāng)電流超標(biāo)(I＞100mA)，則裝置必然要打開第二繼電器以增加電阻，則第二繼電器打開后鐵芯接地線中電流為I′=IR+107R+229,]]>此函數(shù)為增函數(shù)，若設(shè)R∈(0，∞)，則I′∈(0.47I，I)，由于電流超標(biāo)，很顯然I＞100mA，故I′＞47mA，也即大于下限門檻值，故不會再次閉合第二繼電器。同樣分析可知，當(dāng)其它狀態(tài)之間的裝換(增電阻和減少電阻)不會出現(xiàn)電阻的反復(fù)投切問題。
判斷主回路是否開路主回路如果開路在現(xiàn)場也是不允許的，裝置判斷的思路是在主接觸器第一繼電器閉合的情況下，如果監(jiān)測到電流小于某個門檻值(裝置目前設(shè)置為3mA，因?yàn)閷?shí)際運(yùn)行中的變壓器的鐵芯電流一般在10mA以上)，則認(rèn)為主回路可能開路，給出報警提示。
保護(hù)電路的設(shè)計圖2中，壓敏電阻YM和氣體放電管FD1為過壓限壓裝置。若在限流電阻上出現(xiàn)過高的電壓，則其限流電阻的功率將增加，雖然本裝置的電阻采用了大功率電阻，但還是要避免出現(xiàn)的這種高電壓，為此本裝置在限流電阻的兩端并聯(lián)了保護(hù)元件壓敏電阻和氣體放電管，其動作電壓在200V，這樣，在一般的情況下保護(hù)電路是不會對系統(tǒng)造成影響的，當(dāng)出現(xiàn)過電壓后，則保護(hù)元件動作，自動將電壓限制在大概200V左右。
權(quán)利要求
1.一種電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，它由電流互感器、信號處理電路、DSP、限流電阻網(wǎng)絡(luò)及其控制電路組成，所述限流電阻網(wǎng)絡(luò)包括一組四個電阻和四個繼電器，四個電阻并聯(lián)，并各自由其控制繼電器的常閉觸點(diǎn)串接控制，其中，第一繼電器的常閉觸點(diǎn)J1-1接成并聯(lián)電路；限流電阻網(wǎng)絡(luò)串接于變壓器的鐵芯接地回路中；所述四個繼電器的線圈由控制電路的輸出端控制，控制電路的輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值之比為1∶2∶4∶8，所述第四電阻的取值范圍為1500～1800歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，增設(shè)壓敏電阻(YM)和氣體放電管(FD1)，它們均與限流電阻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，所述電流互感器設(shè)置兩個，分別是小量程電流互感器(CT1)和大量程電流互感器(CT2)，它們均穿在變壓器鐵芯接地線上，其信號輸出端接信號處理電路，所述信號處理電路包括小信號預(yù)處理電路、大信號預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換器(U2)，小信號預(yù)處理電路由隔離芯片(U5)和程控放大器(U4)組成，隔離芯片(U5)將小量程電流互感器的輸出信號與下級電路隔離，其輸出信號經(jīng)程控放大器(U4)放大后接A/D轉(zhuǎn)換器(U2)的CH1A端，其A0、A1端分別接DSP的IOPE1和IOPE2端；大信號預(yù)處理電路由隔離芯片(U6)和運(yùn)算放大器(U7)組成，大量程電流互感器的輸出信號經(jīng)兩個電阻分壓后接隔離芯片(U6)的輸入端+Vin，運(yùn)算放大器(U7)接成電壓跟隨器，其同相輸入端接隔離芯片(U6)的輸出端Vout，輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器(U2)的CH2A端；A/D轉(zhuǎn)換器(U2)的數(shù)據(jù)輸出端D0～D13經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器(U1)接DSP的D0～D13端，其/CONVST和/INT端分別接DSP的IOPB4和XINT1端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，增設(shè)電壓信號輸入電路，電壓信號輸入電路包括電壓互感器(PT)和運(yùn)算放大器(U8)，電壓互感器接于限流電阻網(wǎng)絡(luò)兩端，其信號輸出端接運(yùn)算放大器的同相輸入端，運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器，其輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器(U2)的CH3A端，后者輸出接DSP。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，所述控制電路由驅(qū)動芯片(U3)構(gòu)成，驅(qū)動芯片的輸入端1B、3B、5B、7B分別接DSP的IOPB0、IOPB1、IOPB2和IOPB3端，其輸出端1C、3C、5C和7C分別接四個繼電器的線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，增設(shè)手動控制模式，每個繼電器增設(shè)一個手動控制開關(guān)，手動控制開關(guān)與DSP控制電路之間通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，其特征是，增設(shè)顯示器電路，顯示器的數(shù)據(jù)輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端。
全文摘要
一種電力變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流限制裝置，屬變壓器技術(shù)領(lǐng)域，用于解決鐵芯接地電流的監(jiān)控問題。其技術(shù)方案是它由電流互感器、信號處理電路、DSP、限流電阻網(wǎng)絡(luò)及其控制電路組成，所述限流電阻網(wǎng)絡(luò)包括一組電阻和四個繼電器，所述第一電阻、第二電阻和第三電阻與其控制繼電器的常閉觸點(diǎn)串接后、與第四電阻和第一繼電器的常閉觸點(diǎn)接成并聯(lián)電路并串聯(lián)于變壓器鐵芯接地回路中，四個繼電器的線圈接控制電路的輸出端，控制電路的輸入端接DSP的數(shù)據(jù)輸出端。本發(fā)明不僅能夠?qū)﹄娏ψ儔浩麒F芯接地電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，而且能自動將它限制在規(guī)定范圍內(nèi)，保證電力變壓器安全運(yùn)行。
文檔編號G01R31/02GK101038306SQ20071006173
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者律方成, 王勝輝, 張正平, 劉云鵬, 劉孝義 申請人:華北電力大學(xué)