專利名稱：變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于輸變電設備監(jiān)測技術領域，具體涉及一種變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置。
背景技術：
變電站主變壓器是電力系統(tǒng)的主要設備，其運行的可靠性直接關系到電力系統(tǒng)的安全及供電的可靠性。為保證電力系統(tǒng)的安全運行，必須加強對變電站主變壓器絕緣的監(jiān)測。套管是變壓器中的重要組成部分，研究表明套管故障占到變壓器故障的40 %，還有數據顯示52%的套管故障是很嚴重的甚至引發(fā)火災。我國從上世紀中期開始，就主要根據《電氣設備預防性試驗規(guī)程》的規(guī)定對電氣設備進行定期的停電試驗、檢修和維護，大量嚴重受潮和有明顯缺陷的設備被都檢查出來。但由于這種停電檢修和試驗是定期進行，難以及時反映設備內部的絕緣潛伏性故障，具有一定的盲目性，同時也造成了大量人力物力的浪費。 因此，對變壓器套管進行實時在線監(jiān)測具有很大的意義。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，解決了現有在線監(jiān)測系統(tǒng)數據準確性或穩(wěn)定性不高，無法判斷被測設備的真實絕緣狀況，運行可靠性差，故障率高，現場需鋪設大量的電纜，施工量大，造成維護、擴展不便的問題。本實用新型采用的技術方案是，變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，包括微處理器模塊，穿心電流互感器、程控放大器模塊、AD采樣單元依次連接通過采樣邏輯模塊與微處理器模塊連接，程控放大器模塊、信號調理模塊依次連接通過測頻邏輯模塊與微處理器模塊連接，微處理器模塊上還連接有B碼同步模塊及DSP處理單元，DSP處理單元與RS485總線、套管IED單元依次連接。本實用新型的特點還在于，其中的微處理器模塊采用NiosII系列嵌入式處理器EP1C6Q240I7芯片。其中的穿心電流互感器采用BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器。其中的程控放大器模塊采用可編程增益儀表放大器PGA204。其中的AD模塊單元采用的是具有16位分辨率，采樣速率250KHZ、并行16位數據輸出，TI公司的ADS850。其中的RS485總線采用ADM2483芯片。其中的套管IED單元采用ARM+DSP雙CPU結構，ARM采用ARM9系列S3C2440A芯片，DSP 選用 TMS320F28335 芯片。本實用新型的有益效果是，監(jiān)測終端采用的是FPGA+DSP的技術。FPGA具有采集精度高的特點，DSP具有計算速度快的優(yōu)點。使用基于有源零磁通技術的BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器對末屏電流進行采集，大大提高了信號采集的精度。采集的數據經過NiosII數據處理單元處理，將數據傳輸到DSP單元。而DSP芯片主要對信號進行快速高精度的計算，并在接到套管IED發(fā)出的采集指令后通過RS485總線將處理后的數據傳輸至套管IED。IED通過IEC61850協(xié)議，將數據上傳至監(jiān)控中心。采用IRIG-B碼B碼技術進行監(jiān)測分機異地同步采樣，提高了介損的測量精度。
圖I是本實用新型變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置的結構示意圖。圖中，I.微處理器模塊，2.穿心電流互感器，3.程控放大器模塊，4. AD采樣單元，
5.信號調理模塊，6.測頻邏輯模塊，7.采樣邏輯模塊，8. B碼同步模塊，9. DSP處理單元，
10.RS485總線，11.套管IED單元。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。本實用新型變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置的結構，如圖I所示，包括微處理器模塊1，主要控制數據采集，穿心電流互感器2實現對現場信號的采集，同時控制程控放大器模塊3，將采集來的數據放大到適合AD采樣單元4的電壓范圍，測頻邏輯模塊6實現對監(jiān)測信號頻率的獲得，采樣邏輯模塊7實現對數據進行采樣。微處理器模塊I通過B碼同步模塊8實現對個監(jiān)測終端的異地同步采樣。DSP處理單元9通過快速傅里葉變換對數據進行處理。RS485總線10實現DSP處理單元9與套管IED單元11之間通信。套管IED單元11負責對監(jiān)測單元進行采樣控制指令的傳輸以及對監(jiān)測數據的處理，并通過IEC61850協(xié)議將數據上傳至監(jiān)控中心。其中微處理器模塊I采用Al t era推出的Ni ο s II系列嵌入式處理器EPIC6Q24017，通過將處理器、外設、存儲器和I/o接口集成到一個單一的FPGA中，從而降低了系統(tǒng)成本、復雜性和功耗。系統(tǒng)涉及到的數字邏輯都在FPGA內部實現，用選用的高性能微處理器(MCU)對系統(tǒng)流程進行控制。FPGA內部處理器NiosII實現對整個外圍芯片的控制，包括對穿心電流互感器2、程控放大器模塊3、AD采樣單元4、信號調理模塊5、測頻邏輯模塊6、采樣邏輯模塊7控制，實現對現場數據的采集。其中穿心電流互感器2選用的是基于有源零磁通技術的BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器。對于監(jiān)測變壓器套管，因為信號處于HiA級，因此電流傳感器起著關鍵作用，其性能直接關系到套管介質損耗測量的精度和可靠性。BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器選用起始導磁率高，損耗小的坡莫合金做鐵芯，采用了獨特的深度負反饋技術，能夠對鐵芯全自動補償，使鐵芯工作在理想的零磁通狀態(tài)。該傳感器能夠準確檢測100 μ A-700mA的工頻電流。相位變換誤差不大于O. 01°，不需要任何校正及修改，互換性極強，具有極好溫度特性和電磁場干擾能力，完全滿足復雜的電站現場干擾下的套管設備取樣的精確度。其中程控放大器模塊3采用可編程增益儀表放大器PGA204，特點是精度高、數字控制可編程增益。根據程序控制實現信號不同等級的放大。模擬輸入端內部輸入保護電路能夠承受±40V電壓，采用激光校正，以獲得極低的失調電壓和漂移，以及高共模抑制比。其中AD采樣單元4選用的是TI公司的ADS8505，該芯片是一款高性能SAR型A/D轉換器，內部都采用CMOS工藝的電容矩陣方式，因此功耗比較低，體積比較小。ADS8505具有16位分辨率，采樣速率可以達到250KHz，并行16位數據輸出，適合8位和16位數據總線，采用單5V電源供電，標準輸入信號范圍可以達到正負10V。通過信號調理模塊5、測頻邏輯模塊6、采樣邏輯模塊7實現對信號的整周期采樣，精確測量泄露電流信號。其中信號調理模塊5主要作用是采集到的信號經UAF42進行低通濾波處理，濾除其諧波成分，并通過壓頻轉換芯片LM311實現信號方波化處理，以供測頻邏輯模塊6對信號進行測頻處理。其中測頻邏輯模塊6實現對工頻電壓頻率的測量，通過D觸發(fā)器，實現倍頻，然后通過系統(tǒng)時鐘信號以及微處理器的使能 信號，對信號頻率進行計數，計數值通過微處理器NiosII進行計算繼而轉換成相應的頻率。例如若FPGA使用的是40M的晶振，則其全局時鐘elk周期為1/40US，信號輸入的是標準50Hz頻率，此時寄存器的計數輸出為l/50s + l/40us=800000。反之，通過寄存器的計數輸出值當然也可同理換算出輸入信號的頻率。其中采樣邏輯模塊7，根據測得信號頻率，對采集信號進行512點采樣，進而獲取設備運行信息。其中B碼同步模塊8，現場需要對電壓二次側信號和套管末屏信號進行同步采樣，同步精度直接影響監(jiān)測結果的準確性。本裝置采用IRIG-B碼B碼技術進行監(jiān)測裝置異地同步采樣。完成整數倍信號采樣和對工頻信號進行頻率測量碼信號經微處理器模塊I進行解碼，得到時間信息同時，產生同步觸發(fā)信號1PPS，精度在50ns，保證了介損的測量精度。其中DSP處理單元9主要實現對采集來信號的快速福利葉變換(FFT)，并在監(jiān)測終端出現異常導致數據無法上傳或者上傳數據出現宂亂時通過握手信號對監(jiān)測終端進行復位。通過RS485總線10和套管IED單元11進行通信。其中RS485總線10主要實現套管IED單元11和DSP處理單元9之間的通信，RS485總線10采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好；信號電平低，不易損壞接口電路的芯片，且電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接，數據最高傳輸速率為IOMbPs。其中套管IED單元11采用ARM+DSP雙CPU結構的結構，使設備具有高效快速的處理能力和強大的實時監(jiān)控功能。ARM采用ARM9系列芯片S3C2440A，附加外圍的鍵盤、液晶、以太網通訊等硬件設備，用以完成整個系統(tǒng)的管理和控制。DSP選用TMS320F28335芯片，利用DSP的高速運算和多種片上外設的特點完成變壓器套管的數據處理，同時實時響應ARM的請求，將數據處理的結果發(fā)送給ARM。在本實用新型中，系統(tǒng)采用可編程邏輯技術，監(jiān)測終端采用的是FPGA+DSP的技術。使用基于有源零磁通技術的BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器對末屏電流進行采集，大大提高了信號采集的精度。傳感器模塊獲得電氣設備狀態(tài)模擬量，并將其分為兩路，一路經過放大、補償等處理后，送入FPGA內測頻邏輯完成信號測頻；另一路由高精度A/D轉換器轉換為數字量，送入FPGA中，經過NiosII數據處理單元處理，將數據傳輸到DSP。而DSP芯片主要對信號進行快速高精度的計算，并在接到套管IED發(fā)出的采集指令后通過RS485總線將處理后的數據傳輸至套管IED。IED通過IEC61850協(xié)議，將數據上傳至監(jiān)控中心。采用IRIG-B碼B碼技術進行監(jiān)測分機異地同步采樣，提高了介損的測量精度。
權利要求1.變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括微處理器模塊(I)，穿心電流互感器(2)、程控放大器模塊(3)、AD采樣單元(4)依次連接通過采樣邏輯模塊(7)與微處理器模塊(I)連接，程控放大器模塊(3 )、信號調理模塊(5 )依次連接通過測頻邏輯模塊(6 )與微處理器模塊(I)連接，微處理器模塊(I)上還連接有B碼同步模塊(8 )及DSP處理單元(9 )，DSP處理單元(9)與RS485總線(10)、套管IED單元(11)依次連接。
2.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的微處理器模塊(I)采用NiosII系列嵌入式處理器EP1C6Q240I7芯片。
3.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的穿心電流互感器(2)采用BCT-2型電磁式穿芯小電流傳感器。
4.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的程控放大器模塊(3)采用可編程增益儀表放大器PGA204。
5.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的AD模塊單元(4)采用的是具有16位分辨率，采樣速率250KHz、并行16位數據輸出，TI公司的ADS850。
6.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的RS485總線(10)采用ADM2483芯片。
7.根據權利要求I所述的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的套管IED單元(11)采用ARM+DSP雙CPU結構，ARM采用ARM9系列S3C2440A芯片，DSP選用TMS320F28335 芯片。
專利摘要本實用新型公開的變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測終端以FPGA+DSP雙CPU為控制核心，外圍包括穿心電流互感器、程控放大器模塊、AD采樣單元、信號調理模塊、測頻邏輯模塊、采樣邏輯模塊、B碼同步模塊、RS485總線、套管IED。本實用新型變壓器套管介損在線監(jiān)測裝置實現各現場監(jiān)測單元的精確時間同步，采用智能電子設備實現對監(jiān)測終端的控制和數據的傳輸，并通過IEC61850協(xié)議將采集數據上傳至監(jiān)控中心，智能電子設備具有強大的實時監(jiān)控能力，快速高效的處理功能以及高速穩(wěn)定的通信能力。符合IEC61850體系和代電網發(fā)展的形勢，實現了智能變電站系統(tǒng)的智能化、信息化、高可靠性和低成本。
文檔編號G01R27/26GK202770913SQ20122045061
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2012年9月5日
發(fā)明者黃新波, 王卓, 王紅亮, 王宏 申請人:西安工程大學