10kv电力变压器状态参量监测系统设计毕业论文(编辑修改稿)

10kv电力变压器状态参量监测系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

V1 2电压互感器输入Header 21 2电流互感器输入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res120KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_1D1Diode10uFC4Cap210uFC5Cap2D2Diode123P8滑动变阻器5V123456789P6Header 9D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRS5V1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1LCD160212345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1100KR7Res1123P3DS18B20_2123P2DS18B20_1+5VGPRS 模块PortPortPortPort+5V 图 31 系统总体电路图 Figure 31 Overall system circuit diagram 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 电流 信号的提取部分 在线监测系统在提取监测信号时应保证尽量不改变设备的运行接线状态，因此，将电流信号的取样点选择在 变压器铁心外引接线处，选择电流传感器作为信号提取单元。 装置接线方式如图 32。 铁 芯铁 芯限 流 电阻 投 切单 元检 测 装 置 图 32 信号提取部分结构框图 Figure 32 Signal extraction of partial structure diagram 电压电流互感器原理和 使用 在 线监测系统的传感器选择和测点布置是整个监测系统功能实现的前提条件，应该遵循以下原则 :安全性、可靠性、准确性、方便性、经济性。 利用信号接收电路将传感器阵列的输出的信号转化为电压信号，并将电压信号进行放大、滤波，为了确保采集电路的精度，其中的供电电压都是由电源模块提供的准确、稳定的电源电压。 当变压器正常运行时，铁心电流、电压很小。 而在发生多点接地故障时，接地电流会变得很大，为安培级。 因此在该装置所采用的电流、电压传感器应具有较宽的线性范围和变化范围较大的量程。 根据现场实际数据，电流传感器可选择量程在 ，分辨率在 2mA 的电流传感器，电压传感器可选择量程在 10kV之内。 另外，由于监测时不可避免的会有工频电流流过，故要求磁心具有较强的抗工频磁饱和的能力，使磁心不会因饱和而影响监测。 一般来说，对于铁氧体磁心，该要求能够满足。 李超凡： 10kV 电力变压器状态参量监测 系统 设计 10 电压互感器工作原理 电压互感器是一个带铁心的变压器。 它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。 当在一次绕组上施加一个电压 U1时，在铁心中就产生一个磁通 φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压 U2。 改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比 ，这就可组成不同比的电压互感器。 电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即 100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的 （ 电容式电压互感器应用广泛 ） ，另有非电磁式的，如电子式、光电式。 电压互感器的分类 1) 按安装地点可分为户内式和户外式。 35kV 及以下多制成户内式； 35kV 以上则制成户外式； 2) 按相数可分为单相和三相式， 35kV 及以上不能制成三相式； 3) 按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压 互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地 保护用； 4) 按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式。 干式电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于 6kV 以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于 3kV～ 35kV 户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于 10kV 以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于 SF6全封闭电器中。 此外，还有电容式电压互感器，电容式电压互感器实际上是一个单相电容分压管，由若干个相同的电容器串联组成，接在高压相线与地面之间，它广泛用于110kV～ 330kV 的中性点直接接地的电 网中。 其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和 原、副绕组。 特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。 电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。 为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。 测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压 （ 如电力系统的线电压 ） ，可以单相使用，也可以用两台接成 VV 形作三相使用。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 电流互感器工作原理 电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组 、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。 其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数 (N1)较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流 (I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流 (I2)；二次绕组的匝数 (N2)较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷 (Z)串联形成闭合回路，见 下图 33。 N 1二 次 绕 组铁 心L 2L 1I 1一 次 绕 组负 荷ZI 2K 2K 1N 1N 2 图 33 最简化的电流互感器结构原理图 Figure 33 The simplified schematic diagram of current transformer structure 由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数， I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比 :I1/I2=N1/N2。 电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。 李超凡： 10kV 电力变压器状态参量监测 系统 设计 12 电压互感器的选择和采样电路设计 根据设计的需要且考虑到本设计为高压设备，要考虑安全性等问题，电压互感器选择符合国家强制标准 GB12071997 《 电压互感器 》 的 JDZW10 型电压互感器。 生产厂家为上海万上电气设备有限公司。 如下图 34 所示。 具体使用过程当中，将待测电压线，接在具有高强度绝缘性 能的上端两个支撑架上面。 使用过程选择额定变压比为 10000/100 绕组变比的方式，将待测电压进行准确变比。 然后配合电压测量电路进行使用。 图 34 JDZW10 型电压互感器外观图 Figure 34 jdzw10 voltage transformer outside View JDZW10 型 电压互感器的性能和特性概述 功能介绍 : 电压互感器适用于额定频率 50Hz，额定电压 10kV 的电力系统中作电能计量及仪表监测用，特别适用无人值守，无油化变电站，实行遥测、遥信、遥调之用。 互感器采用 户外环氧树脂浇注，全封闭、支柱式结构。 由于采用户外环氧树脂浇注，产 品具有耐电弧、耐紫外线、耐老化、寿命长、免维护等特点。 二次出线有接线保护盒，其下方有出现孔，接线方便、安全可靠并能实现防窃电措施。 底板上有四个安装孔供安装使用。 技术参数 : 1) 额定绝缘水平： 12/42/75kV。 2) 表面爬电比距离满足二级污秽等级。 3) 本型互感器满足 GB12071997《 电压互感器 》 之要求。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 4) 局部放电水平符合 GB73541987《 互感器局部放电测量 》 ，其视在放电量不大于 20PC。 5) 环境温度： 30℃ ~40℃。 日平均气温不超过 30℃。 6) 海拔高度：不超过 1000m。 电压互感器采样和测量电路设计 具体电路 设计 采用如下图 35 的电路，将流过如上所述电压互感器之后的安全电压接入下图当中的电压互感器输入端，通过检波电路实现分压且交流到直流的转换，然后将直流电通过 ADC0832 进行采样，然后将采样得到的信号输入到单片机。 具体模块的工作方式后面会详细介绍。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2电压互感器输入Header 290KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_112345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*D1Diode10uFC4Cap2IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1 图 35 电压互感器采样和测量电路图 Figure 35 Sampling and measurement of voltage transformer circuit diagram 李超凡： 10kV 电力变压器状态参量监测 系统 设计 14 电流互感器的选择和电路设计 考虑到本设计的要求，电流互感器在选择上面，要求绝缘性较高，要适应 10kV的电压要求，安全性非常重要，必须选择满足国家标准的设备作为设计选取器材。 本设计选择符合国家强制标准 GB12082020 的 LBZ10 型电流互感器。 LBZ10型干式环氧树脂浇注电流互感器， 适用额定电压 10kV、额定频率 50Hz 的电力系统中的测量和保护，外壳采用特殊工艺处理的钢板加工而成，具有防腐性。 综合考虑设备的配套等特性，生产厂家也选择上海万上电气设备有限公司。 设备如下图 36 所示。 图 36 LBZ10 型干式环氧树脂浇注电流互感器外观图 Figure 36 LBZ10 dry type epoxy resin cast of current transformer outside View LBZ10 型电流互感器技术指标 LBZ10 型为干式环氧树脂浇注电流互感器。 适用额定电压 10kV、额定频率50Hz 的电力系统中的测量和保护，外壳采用特殊工艺处理的钢板加工而成，具有防腐性。 技术参数 ： 1) 产品符合 GB12082020。 2) 额定频率 50Hz。 3) 绝缘水平 12/42/75kV。 4) 额定二次电流 5A。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 电流互感器采样和测量硬件电路设计 电流互感器选择额定电流比为 100A/5A 变比的具体型号，通过运放加采样电阻的方式，对电流进行采样。 具体方式通过两步进行，第一步 通过电流互感器实现安全采样，变比为 100:5，然后将交流电流采用采样电阻进行电流到电压的转换。 第二步骤，将电压进行交直流变换，完成检波和直流电路的测量功能。 具体电路图如下图 37 所示。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2电流互感器输入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res1CS_1CLK_1DATA_110uFC5Cap2D2Diode100KR7Res1 图 37 电流互感器采样和测量电路图 Figure 37 Sa。