【導(dǎo)讀】變壓器的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)供電的可靠性。等級(jí)和容量的提高，變壓器本身也越來越貴重。因此變壓器保護(hù)顯得尤為重。證有足夠的可靠性，就成了變壓器保護(hù)的主要問題。簡(jiǎn)要分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。送入信號(hào)處理電路，從而準(zhǔn)確地得到控制系統(tǒng)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。壓器運(yùn)行的安全性和可靠性，確實(shí)做好變壓器保護(hù)工作。研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，

　　

【正文】 變壓器的絕緣特 性有的很大影響。因此，實(shí)時(shí)對(duì)變壓器的溫度進(jìn)行采集是變壓器保護(hù)裝置的重要措施。 AD590是美國(guó) Analog Devices公司生產(chǎn)的單片集成兩端式集成溫度－電流傳感器，它具有體積小、精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好、性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償 [7]。 （一） AD590 的工作原理 流過器件電流的微安數(shù)等于器件所處環(huán)境溫度的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。即 AD590 當(dāng)溫度改變 1 度（絕對(duì)溫度）獲得 1 A? 電流輸出。 / 1 /TI T A K?? （ 41） 式中 TI 為流過器件（ AD590）的電流，單位為 A? ， T 為溫度，單位為K。 在被測(cè)溫度一定時(shí)， AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～ 30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1k? 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV/K的電壓信號(hào)。其基本 電路如圖 45 所示。 （二） AD590 的主要特性如下： 1 ） 測(cè)溫范圍為－ 55 176。C ～+150176。C 。 圖 45 AD590基本電路圖 2）電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓從 4V到 6V變化，電流 TI 變化1 A? ，相當(dāng)于溫度變化 1K。當(dāng)電源電壓在 5～ 10V 之間，電壓穩(wěn)定 度為 1％I TT 2T 3 T 4R V T+_I C 1I C 2T 1－+輸出電源E SR LI廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 21 時(shí)，說產(chǎn)生的誤差只有177。 176。C 。 3） AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓。因而器件反接也不會(huì)損壞器件。 4）輸出電阻為 710M? 。 5）電阻采用激光修刻工藝，使在 +25 176。C（ ）時(shí)，器件輸出 A? 。 AD59 精度很高，共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔。其中 M 檔精度最高，在－ 55176。C ～ +150176。C 范圍內(nèi)，非線性誤差在177。 176。C ； I 檔誤差較大，誤差為177。10176。C ，應(yīng)用時(shí)應(yīng)校正。 （三） 采用 AD590 構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng) 由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此在使用 AD590 測(cè)量溫度時(shí)要對(duì)其測(cè)量電路進(jìn)行調(diào)整。 圖 46 是用于測(cè)量攝氏（ 176。C ）溫度的電路。圖中用電位器 R1 調(diào)零點(diǎn)，用 R2 調(diào)增益 ， 若要改變?cè)鲆妫缡馆敵鰹?200mV/176。C ，就要增大反饋電阻（圖中反饋電阻 R4 與電位器 R2 串聯(lián)而成）來實(shí)現(xiàn)。調(diào)整后， 在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。 + 1 5 V－ 1 5 VA D 5 9 0A D 5 8 13 6 k2 7 k?R 12 k 9 1 k R 21 0 k+A D 3 0 1V o? ???+R 3R 41 0 0 m V / ℃ 圖 46 AD590應(yīng)用電路 圖中， AD581 是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為 40V，輸出為 10V。 電壓電流采集系統(tǒng) 變壓器的主保護(hù)之一為差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的判斷依據(jù)就是變壓器一、廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 22 二次側(cè)的電壓、電流的平衡關(guān)系，因此，準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地測(cè)量電壓和電流是變壓器保護(hù) 裝置的可靠運(yùn)行的有力保證。 三相電壓電流 分別采用變壓器一、二次側(cè) 的電壓互感器、電流互感器 測(cè)量 。 通過 TV、 TA 變換后形成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以測(cè)量的電壓，然后經(jīng)低通濾波器（ ALF）、采樣保持器（ S/H） 及 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ ADC）轉(zhuǎn)變成數(shù)字量 ，再由單片機(jī)對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行比較、判斷 。 （一） 電壓數(shù)據(jù)采集 1. 變壓器一次側(cè)電壓采用 JDZ10型 電壓 互感器 測(cè)量。 JDZ10型電壓互感器是用環(huán)氧樹脂澆注的半封閉式電壓互感器，供頻率為 50Hz、 10kV電力系統(tǒng)作電壓，電能測(cè)量及繼電保護(hù)用。 本型號(hào)互感器為環(huán)氧樹脂澆注式絕緣結(jié)構(gòu)，鐵心為疊片式，芯柱上套裝一、二次繞組、一次繞組與二次繞組為同心式，繞在同一個(gè)骨架上，整個(gè)線圈外部用環(huán)氧樹脂澆注成形，二次繞組的引線過澆注體上的兩個(gè)嵌裝螺母引出為 。一次繞組的引線通過澆注體上的兩個(gè)高壓接線端子引出為 。 1） 產(chǎn)品型號(hào)及意義為： 額 定 電 壓 （ 千 伏 ）澆 注 成 型 固 體單 相電 壓 互 感 器J D Z － 1 0 圖 47 型號(hào)意義 2）其基本技術(shù)參數(shù)如表 42所示。 表 42 JDZ10型互感器技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓比（ V） 額定頻率（ Hz） 額定輸出（ VA ） 極 限輸出（ VA ） 額定絕緣水平（ kV） 級(jí) 級(jí) JDZ10 10000/100 50 30 80 500 12/42/75 3）工作環(huán)境及安裝： 1. 額定二次電流 5A 或 1A； 2. 環(huán)境溫度：最高溫度 +40 176。C ，最低溫度－ 5176。C ，日平均不超過 30176。C ； 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 23 3. 環(huán)境濕度：空氣相對(duì)濕度不大于 85%（ 20176。C ）； 2. 變壓器二次側(cè)電壓采用 型電壓互感器測(cè)量。 型電壓互感器是用熱固性酚醛塑料作為絕緣骨架的干式電壓互感器，適用戶內(nèi) 500V 及以下、額定頻率為 50Hz 的交流電路中作電壓、電能測(cè)量或繼電保護(hù)用。 基本技術(shù)參數(shù)見表 43。 表 43 型互感器技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓比（ V） 額定頻率 （ Hz） 額定輸出 （ VA） 準(zhǔn)確級(jí) 極限輸出（ VA） 200/100 50 30 級(jí) 500 220/100 380/100 500/100 變壓器一次側(cè)及二次側(cè)電壓的采集電路如圖 48 所示。 R2R1D1D2kU_+A2_+A10 1UT V1 0 p F1 0 p F++1 0 0F??101 0 K電 電A / D電 電2 0 0?1 k? 1 k ?2 k ? 1 k ?1 k ?1 0 k?1 0 k? 圖 48 變壓器電壓采集電路 3. 單片機(jī)電路板上使用的電壓互感器選用 TV10131 型微型精密交流電壓互感器。 1）特點(diǎn)： 1. 體積小，精度高； 2. 全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。 2）使用環(huán)境條件： 1. 環(huán)境溫度：－ 55176。C ～＋ 85176。C ； 2. 相對(duì)濕 度：溫度為 40176。C 時(shí)不大于 90%； 3）工作頻率范圍： 20Hz～ 20kHz。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 24 4）絕緣耐熱等級(jí)： B 級(jí)（ 130176。C ）。 5）安全特性： 1. 絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于 1000M? ； 2. 抗電強(qiáng)度：可承受工頻 2020V/1 分鐘； 3. 阻 燃 性：符合 UL94－ Vo 級(jí)。 6） 外形圖、安裝尺寸和線圈圖： 1234VINVOUT 7） 性能參數(shù)： TV10131 是一種電流型電壓互感器，典型應(yīng)用如圖 49（ a） 和圖 49（ b） ，性能參數(shù)見表 44。 1234R 1 ≥ V I 0 / I 1 R 1I 1R LV I N采 樣 電 壓V 2 T 2 R 2R L ≤ 2 5 0 Ω 1234 R 1I 1+I CV I NI 2C 0R rV O U T = I 2 R rR 1 ≥ V I 0 / I 1C 0 = 4 5 0 0 /ω R f ( )f? 圖 49（ a） 圖 49（ b） 表 44 TV10131 典型應(yīng)用的性能參數(shù) 使用方法 輸入電壓 輸出電壓 額定電流 相移 非線性度 線性范圍 隔離耐壓 圖（ a）法 1000V 2mA/2mA ≤30176。 ≤% ≥6kV 圖（ b）法 1000V ≤1/2V倍 IC電源電壓 2mA/2mA ≤5176。 ≤% 2 倍 額定 ≥6kV 8） 注意事項(xiàng)： 本型電壓互感器其原理是電流型電壓互感器，所以次級(jí)電路不允許開路使用，也因于此，請(qǐng)不要在次級(jí)回路安裝熔斷器。 （二） 電流數(shù)據(jù) 采集 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 25 1. 變壓器一次側(cè)采用 LZZB110（ HAT） 型高精度電流互感器 對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。 LZZB110（ HAT） 型電流互感器為支柱式結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧樹脂全封閉澆注成型。耐污穢、耐潮濕性能好。有兩個(gè)二次繞組，第一個(gè)二次繞組的準(zhǔn)確限值系數(shù)達(dá) 5P20，精確度為 （ 或 ） 級(jí) ， 可以供保護(hù)用或保護(hù)、測(cè)量共用。第二個(gè)二次繞組的精確度為 ，并同時(shí)滿足 ， 可以供計(jì)量用或計(jì)量、測(cè)量共用。 LZZB110（ HAT）型互感器的 型號(hào)及其含義 如下所示。 L Z Z B 1 － 1 0 （ H A T ）廠 家 代 號(hào)額 定 電 壓 （ 千 伏 ）設(shè) 計(jì) 序 號(hào)帶 保 護(hù) 級(jí)環(huán) 氧 樹 脂 澆 注 絕 緣支 柱 式 產(chǎn) 品電 流 互 感 器 圖 410 型號(hào)含義 LZZB110（ HAT）型互感器的 結(jié)構(gòu)與規(guī)格 有： 本型電流互感器有多種變比： 30/5A（ 1A）、 40/5A（ 1A）、 50/5A（ 1A）、75/5A（ 1A）、 100/5A（ 1A）、 150/5A（ 1A）、 200/5A（ 1A）、 300/5A（ 1A）、400/5A（ 1A）、 600/5A（ 1A）、 750/5A（ 1A）、 800/5A（ 1A）、 1000/5A（ 1A）、1200/5A（ 1A）、 1500/5A（ 1A）、 1600/5A（ 1A）、 2020/5A（ 1A）多種。 2. 二次側(cè)電流互感器采用 型（ 500～ 800/5A）電流互感器。其外形見圖 411 所示。 率 50Hz、額定工作電壓為 及以下的交流線路中作電流、電能測(cè)量或繼電保護(hù)用。 正常工作條件 ： 周圍空氣溫度 為 － 5 176。C ~＋ 40 176。C ，且其 24h 內(nèi)的平均溫度值不超過 +35176。C ； 40176。C 環(huán)境下 空氣的相對(duì)濕度不 超過50%； 在較低的溫度下可以允許有較高的相對(duì)濕度，最高不超過 80%。 圖 411 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 26 可知， 型電流互感器可利用于本保護(hù)裝置的二次側(cè)電流測(cè)量。 變壓器一次側(cè)及二次側(cè)的電流采集電路如圖 412。 R2R1D1D2kU_+A2_+A10 1U1 0 p F1 0 p F++1 0 0F??101 0 K電 電A / D電 電2 0 0?2 k ?1 k ?1 k ?1 k ?1 0 k? 1 k ?1 0 k? 圖 412 變壓器電流采集電路 3. 單片機(jī)電路板上使用的電流互感器選用 TA10162 微型精密交流電流互感器。 1）特點(diǎn)： 1．立式穿芯印刷線路板直接焊接安裝、外形美觀； 2．體積小，精度高；全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。 2）使用環(huán)境條件： 1. 環(huán)境溫度：－ 55176。C ～＋ 85176。C ； 2. 相對(duì)濕度：溫度為 40176。C 時(shí)不大于 90%； 3）工作頻率范圍： 20Hz～ 20kHz。 4）絕緣耐熱等級(jí)： F 級(jí)（ 155176。C ）。 5）安全特性： 1. 絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于 1000M? ； 2. 抗電強(qiáng)度：可承受工頻 6000V50Hz /1 分鐘； 3. 阻燃性：符合 UL94－ Vo 級(jí)。 6）外形圖、安裝尺寸和線圈圖： P1 P234P12穿芯、懸空3和是同名端 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 變壓器保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 27 7） 典型應(yīng)用如圖 413（ a） 和圖 413（ b）