变压器铁芯接地电流在线监测装置的制作方法

本发明涉及变压器接地电流测量，尤其涉及一种变压器铁芯接地电流在线监测方法。

背景技术：

1、变压器在运行过程中，其状态直接影响所处整个电力系统的安全性及可靠性。由于铁芯及其他金属零件均处于强电场之中，会在铁芯或其他金属结构上产生电位差，如果不接地的话会造成对地放电而损坏零件，也有时候变压器因故障导致自身金属外壳带电，如不能及时对地放电，可能会对现场人员造成危害。

2、在现有技术中，大多为测试人员进入高压带电区域使用高精度钳形电流表对接地铁芯进行手动测量。这种测量方式危险性大，且无法进行实时测量。当然目前部分地区也已有专业的铁芯接地电流测量设备，但这些装置目前只能实现简单的就地显示功能，即通过显示屏显示测量电流值，虽确保了测试人员进入高压地区测量的风险，但依然需要特定人员去现场实时记录数据，且数据无法进行实时存档，不易于数据保留。也有的设备虽具备了远程通讯的功能，但通讯方式单一，无法满足任何特殊的需求。

技术实现思路

1、为了应对测量危险性大的问题，发明了一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，将实时监测电流信号，并提高测量精度。

2、本发明采取的技术方案为：

3、一种变压器铁芯接地电流在线监测装置，包括电流互感器、单片机、数据处理单元、通信模块和监控系统。利用电流互感器实时检测通过铁芯接地的电流信号；

4、电流互感器输出的电流信号传输至stm32单片机，stm32单片机负责对电流信号进行滤波、放大和模数转换，生成相应的数字信号；

5、所述数字信号传输至数据处理单元，所述数据处理单元对数字信号进行处理和分析，生成实时监测数据；

6、在数据处理单元中，采用阈值算法对生成的实时监测数据进行分析，识别和判断异常电流信号；

7、通过通信模块将分析结果和监测数据传输至监控系统，监控系统对接收的数据进行存储和显示，并在铁芯接地电流异常时触发报警机制，以实现在线监测和故障预警。

8、所述电流互感器主要是对变压器铁芯和夹件的接地电流进行测量。磁芯式电流互感器是一种重要的电力测量设备，广泛应用于电力系统中，它包括磁芯、一次绕组、二次绕组几个结构。电流互感器通过感应电动势来测量通过铁芯接地的电流信号。

9、一次电流和二次电流关系：

10、ip×np＝is×ns (1)

11、式中，ip是一次绕组电流；np是一次绕组匝数；is是二次绕组电流；ns二次绕组匝数。

12、电磁感应公式：

13、

14、式中，vs是二次绕组的感应电压；φ是磁通量。

15、磁通量可表示为：

16、φ＝bga (3)

17、式中，b为磁感应强度，a是导体横截面积。

18、所述电流互感器输出的电流信号一方面不能直接被stm32内部的adc采样，必须转化成电压信号后再采样，其公式表述如下：

19、

20、式中，r为采样电阻值；umax为电压采样幅值；m为运放增益；

21、另一方面信号过小，必须经过放大器、滤波器处理，滤除干扰得到可被采集的信号。利用ad8231放大器和有源低通二阶滤波器来滤除干扰，该电路能够有效削弱输入信号，使高频信号衰减迅速。其传输函数如下所示：

22、

23、式中，a0为通带增益，ωc截止角频率，q为品质因数。

24、其截止频率如下所示：

25、

26、式中，c为电容值；r为电阻值

27、所述数据处理单元包括微处理器和存储器，其中微处理器负责对从信号处理单元接收的数字信号进行实时处理和分析，执行阈值算法以检测异常电流信号；存储器用于存储处理后的监测数据和系统配置参数，确保数据的可靠性和持久性。

28、利用阈值算法包括判断实时电流值是否在正常范围内；当实时电流值超出设定的正常范围时，生成异常电流信号，触发监控系统的报警机制。

29、其中阈值算法的判定条件可以表述为：

30、imin≤i(t)≤imax (7)

31、式中，imin和imax分别为预设的正常电流范围的下限和上限阈值；i(t)为时间t时刻的实时电流值。

32、若在任意时间t，实时电流值i(t)满足下式：

33、i(t)＜imin 或 i(t)＞imax (8)

34、则认为检测到异常电流信号，触发报警机制。

35、所述通信模块包括485模块、网口模块或无线通讯模块：其中485模块采用adi的max3485芯片进行搭建电路；网口模块采用w5500以太网控制芯片进行搭建电路；无线通讯模块采用移远的ec800m通讯模块进行搭建。该通信模块主要用于与监控系统进行远程通信，确保数据的及时传输和远程访问能力，通过无线通信模块，运维人员可以随时远程访问监测数据和设备状态，实现远程管理和故障排除。

36、本发明有益效果为：

37、(1)本发明具备就地显示功能，通过显示屏实时显示测量的电流值，方便现场操作人员随时监控电流变化。相比现有技术，本发明提供了更加直观和及时的电流值显示，使操作和维护更加便捷。

38、(2)本发明具有越限报警画面显示功能，当监测到电流值超出设定的阈值范围时，装置会立即触发报警并显示报警信息。该功能提高了系统的安全性和可靠性，及时预警异常情况，避免设备损坏和电网故障。

39、(3)本发明增添了多样化的通讯方式，支持485协议有线通讯、以太网形式通讯和无线传输通讯。多种通讯方式的支持使得数据传输更加灵活，能够满足不同场景和环境下的接收需求，提高了装置的适应性和实用性。

40、(4)本发明显著提高了测量精度，从现有技术的误差提升到1‰。更高的测量精度确保了电流监测的准确性，有助于精准分析电流变化，提高了故障检测和电网运行的可靠性。

技术特征：

1.变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，包括电流互感器、单片机、数据处理单元、通信模块和监控系统；

2.根据权利要求书1所述变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于：所述电流互感器用于对变压器铁芯和夹件的接地电流进行测量，电流互感器通过感应电动势来测量通过铁芯接地的电流信号；

3.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述电流互感器输出的电流信号先转化成电压信号后再采样，其公式表述如下：

4.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括微处理器和存储器，其中微处理器负责对从信号处理单元接收的数字信号进行实时处理和分析，执行阈值算法以检测异常电流信号；存储器用于存储处理后的监测数据和系统配置参数，确保数据的可靠性和持久性。

5.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述数据处理单元利用阈值算法包括判断实时电流值是否在正常范围内；当实时电流值超出设定的正常范围时，生成异常电流信号，触发监控系统的报警机制；

6.根据权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测装置，其特征在于，所述通信模块包括485模块、网口模块或无线通讯模块：其中485模块采用adi的max3485芯片进行搭建电路；网口模块采用w5500以太网控制芯片进行搭建电路；无线通讯模块采用ec800m通讯模块进行搭建。

技术总结本发明变压器铁芯接地电流在线监测装置，涉及变压器接地电流测量技术领域，包括电流互感器、单片机、数据处理单元、通信模块和监控系统。本发明所提装置能够更加直观和及时的电流值显示，使操作和维护更加便捷，此外还能提高精度。技术研发人员：张浩强,孙忻妤受保护的技术使用者：嘉兴杰尔电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17