【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 V1 2電壓互感器輸入Header 21 2電流互感器輸入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res120KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_1D1Diode10uFC4Cap210uFC5Cap2D2Diode123P8滑動(dòng)變阻器5V123456789P6Header 9D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRS5V1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1LCD160212345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1100KR7Res1123P3DS18B20_2123P2DS18B20_1+5VGPRS 模塊PortPortPortPort+5V 圖 31 系統(tǒng)總體電路圖 Figure 31 Overall system circuit diagram 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 電流 信號(hào)的提取部分 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在提取監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)應(yīng)保證盡量不改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行接線狀態(tài)，因此，將電流信號(hào)的取樣點(diǎn)選擇在 變壓器鐵心外引接線處，選擇電流傳感器作為信號(hào)提取單元。裝置接線方式如圖 32。 鐵 芯鐵 芯限 流 電阻 投 切單 元檢 測(cè) 裝 置 圖 32 信號(hào)提取部分結(jié)構(gòu)框圖 Figure 32 Signal extraction of partial structure diagram 電壓電流互感器原理和 使用 在 線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器選擇和測(cè)點(diǎn)布置是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的前提條件，應(yīng)該遵循以下原則 :安全性、可靠性、準(zhǔn)確性、方便性、經(jīng)濟(jì)性。利用信號(hào)接收電路將傳感器陣列的輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，為了確保采集電路的精度，其中的供電電壓都是由電源模塊提供的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的電源電壓。 當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵心電流、電壓很小。而在發(fā)生多點(diǎn)接地故障時(shí)，接地電流會(huì)變得很大，為安培級(jí)。因此在該裝置所采用的電流、電壓傳感器應(yīng)具有較寬的線性范圍和變化范圍較大的量程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，電流傳感器可選擇量程在 ，分辨率在 2mA 的電流傳感器，電壓傳感器可選擇量程在 10kV之內(nèi)。另外，由于監(jiān)測(cè)時(shí)不可避免的會(huì)有工頻電流流過(guò)，故要求磁心具有較強(qiáng)的抗工頻磁飽和的能力，使磁心不會(huì)因飽和而影響監(jiān)測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于鐵氧體磁心，該要求能夠滿足。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 10 電壓互感器工作原理 電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。它主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。當(dāng)在一次繞組上施加一個(gè)電壓 U1時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生一個(gè)磁通 φ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個(gè)二次電壓 U2。改變一次或二次繞組的匝數(shù)，可以產(chǎn)生不同的一次電壓與二次電壓比 ，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即 100V，電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等；主要是電磁式的 （ 電容式電壓互感器應(yīng)用廣泛 ） ，另有非電磁式的，如電子式、光電式。 電壓互感器的分類(lèi) 1) 按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式。 35kV 及以下多制成戶內(nèi)式； 35kV 以上則制成戶外式； 2) 按相數(shù)可分為單相和三相式， 35kV 及以上不能制成三相式； 3) 按繞組數(shù)目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓 互感器除一次側(cè)和基本二次側(cè)外，還有一組輔助二次側(cè)，供接地 保護(hù)用； 4) 按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式。干式電壓互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)著火和爆炸危險(xiǎn)，但絕緣強(qiáng)度較低，只適用于 6kV 以下的戶內(nèi)式裝置；澆注式電壓互感器結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便，適用于 3kV～ 35kV 戶內(nèi)式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能較好，可用于 10kV 以上的戶外式配電裝置；充氣式電壓互感器用于 SF6全封閉電器中。 此外，還有電容式電壓互感器，電容式電壓互感器實(shí)際上是一個(gè)單相電容分壓管，由若干個(gè)相同的電容器串聯(lián)組成，接在高壓相線與地面之間，它廣泛用于110kV～ 330kV 的中性點(diǎn)直接接地的電 網(wǎng)中。 其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和 原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。 電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。測(cè)量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測(cè)電壓 （ 如電力系統(tǒng)的線電壓 ） ，可以單相使用，也可以用兩臺(tái)接成 VV 形作三相使用。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電流互感器工作原理 電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由相互絕緣的一次繞組 、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數(shù) (N1)較少，直接串聯(lián)于電源線路中，一次負(fù)荷電流 (I1)通過(guò)一次繞組時(shí)，產(chǎn)生的交變磁通感應(yīng)產(chǎn)生按比例減小的二次電流 (I2)；二次繞組的匝數(shù) (N2)較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負(fù)荷 (Z)串聯(lián)形成閉合回路，見(jiàn) 下圖 33。 N 1二 次 繞 組鐵 心L 2L 1I 1一 次 繞 組負(fù) 荷ZI 2K 2K 1N 1N 2 圖 33 最簡(jiǎn)化的電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖 Figure 33 The simplified schematic diagram of current transformer structure 由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)， I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比 :I1/I2=N1/N2。電流互感器實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 12 電壓互感器的選擇和采樣電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要且考慮到本設(shè)計(jì)為高壓設(shè)備，要考慮安全性等問(wèn)題，電壓互感器選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn) GB12071997 《 電壓互感器 》 的 JDZW10 型電壓互感器。生產(chǎn)廠家為上海萬(wàn)上電氣設(shè)備有限公司。如下圖 34 所示。具體使用過(guò)程當(dāng)中，將待測(cè)電壓線，接在具有高強(qiáng)度絕緣性 能的上端兩個(gè)支撐架上面。使用過(guò)程選擇額定變壓比為 10000/100 繞組變比的方式，將待測(cè)電壓進(jìn)行準(zhǔn)確變比。然后配合電壓測(cè)量電路進(jìn)行使用。 圖 34 JDZW10 型電壓互感器外觀圖 Figure 34 jdzw10 voltage transformer outside View JDZW10 型 電壓互感器的性能和特性概述 功能介紹 : 電壓互感器適用于額定頻率 50Hz，額定電壓 10kV 的電力系統(tǒng)中作電能計(jì)量及儀表監(jiān)測(cè)用，特別適用無(wú)人值守，無(wú)油化變電站，實(shí)行遙測(cè)、遙信、遙調(diào)之用。 互感器采用 戶外環(huán)氧樹(shù)脂澆注，全封閉、支柱式結(jié)構(gòu)。由于采用戶外環(huán)氧樹(shù)脂澆注，產(chǎn) 品具有耐電弧、耐紫外線、耐老化、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等特點(diǎn)。 二次出線有接線保護(hù)盒，其下方有出現(xiàn)孔，接線方便、安全可靠并能實(shí)現(xiàn)防竊電措施。底板上有四個(gè)安裝孔供安裝使用。 技術(shù)參數(shù) : 1) 額定絕緣水平： 12/42/75kV。 2) 表面爬電比距離滿足二級(jí)污穢等級(jí) 。 3) 本型互感器滿足 GB12071997《 電壓互感器 》 之要求 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 4) 局部放電水平符合 GB73541987《 互感器局部放電測(cè)量 》 ，其視在放電量不大于 20PC。 5) 環(huán)境溫度： 30℃ ~40℃ 。日平均氣溫不超過(guò) 30℃ 。 6) 海拔高度：不超過(guò) 1000m。 電壓互感器采樣和測(cè)量電路設(shè)計(jì) 具體電路 設(shè)計(jì) 采用如下圖 35 的電路，將流過(guò)如上所述電壓互感器之后的安全電壓接入下圖當(dāng)中的電壓互感器輸入端，通過(guò)檢波電路實(shí)現(xiàn)分壓且交流到直流的轉(zhuǎn)換，然后將直流電通過(guò) ADC0832 進(jìn)行采樣，然后將采樣得到的信號(hào)輸入到單片機(jī)。具體模塊的工作方式后面會(huì)詳細(xì)介紹。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2電壓互感器輸入Header 290KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_112345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*D1Diode10uFC4Cap2IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1 圖 35 電壓互感器采樣和測(cè)量電路圖 Figure 35 Sampling and measurement of voltage transformer circuit diagram 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 14 電流互感器的選擇和電路設(shè)計(jì) 考慮到本設(shè)計(jì)的要求，電流互感器在選擇上面，要求絕緣性較高，要適應(yīng) 10kV的電壓要求，安全性非常重要，必須選擇滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備作為設(shè)計(jì)選取器材。本設(shè)計(jì)選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn) GB12082020 的 LBZ10 型電流互感器。 LBZ10型干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器， 適用額定電壓 10kV、額定頻率 50Hz 的電力系統(tǒng)中的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性 。綜合考慮設(shè)備的配套等特性，生產(chǎn)廠家也選擇上海萬(wàn)上電氣設(shè)備有限公司。設(shè)備如下圖 36 所示。 圖 36 LBZ10 型干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器外觀圖 Figure 36 LBZ10 dry type epoxy resin cast of current transformer outside View LBZ10 型電流互感器技術(shù)指標(biāo) LBZ10 型為干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器。適用額定電壓 10kV、額定頻率50Hz 的電力系統(tǒng)中的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性。 技術(shù)參數(shù) ： 1) 產(chǎn)品符合 GB12082020。 2) 額定頻率 50Hz。 3) 絕緣水平 12/42/75kV。 4) 額定二次電流 5A。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 電流互感器采樣和測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì) 電流互感器選擇額定電流比為 100A/5A 變比的具體型號(hào)，通過(guò)運(yùn)放加采樣電阻的方式，對(duì)電流進(jìn)行采樣。具體方式通過(guò)兩步進(jìn)行，第一步 通過(guò)電流互感器實(shí)現(xiàn)安全采樣，變比為 100:5，然后將交流電流采用采樣電阻進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換。第二步驟，將電壓進(jìn)行交直流變換，完成檢波和直流電路的測(cè)量功能。具體電路圖如下圖 37 所示。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2電流互感器輸入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res1CS_1CLK_1DATA_110uFC5Cap2D2Diode100KR7Res1 圖 37 電流互感器采樣和測(cè)量電路圖 Figure 37 Sa