专利名称：变压器铁芯接地电流在线监测系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种在线监测系统及其实现方法，特别涉及一种基于DSP算法的变压 器铁芯接地电流在线监测系统及其实现方法。
背景技术：
目前，在供电系统中，电力变压器是电力系统中最重要电气设备，运行中一旦出现 故障，将会对电力系统造成严重的后果；正常运行时，电力变压器的变压器铁芯只有一点接 地，一旦出现变压器铁芯两点接地或者多点接地，则电力变压器的变压器铁芯与大地之间 将形成电流回路，电流回路中的最大电流可达几十安培，将会造成变压器铁芯局部过热甚 至烧毁。目前用于判断电力变压器中的变压器铁芯是否存在多点接地主要有这三种方法 钳形电流表定期监测变压器铁芯接地电流的电气法；测量变压器铁芯对地绝缘的电阻法； 监测变压器绝缘油特征气体的气相色谱分析法；以上方法存在的不足是不能及时的发现变 压器铁芯多点接地故障，一旦发生故障也不能及时的采取相应的措施，因此对变压器铁芯 接地电流进行实时监测是十分必要的。在现有技术的中，如中国专利申请号为200710061733. 6，授权公告号为 CN101038306A的发明专利公开了一种电力变压器铁芯接地电流在线监测装置及过流限制 装置，其中测量电路是由电流互感器、信号处理电路、DSP、限流电阻网络和控制电路构成， 但是此设备使用DSP对信号进行分析和处理的算法只能得到当前工频电流的大小，而无法 实现电流多次谐波的分析及本地数据导出和系统参数设置，导致在设备无法通信时系统无 法按照客户指令正常运行，也同时造成了各次谐波的数据的丢失，且不利于现场安装及调 试ο综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种变压器铁芯接地电流在线监测系 统及其实现方法，以解决以上提到的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种变压器铁芯接地电流在线监测系统及其实现方法， 针对现有技术存在的上述不足，克服了无法分析电流信号中高次谐波的缺陷，将采集到的 电压信号依据数学变换的方法将时域信号转换为频域信号，再依次计算出各次谐波的电流 值，提供了变压器铁芯接地电流中各次谐波的数据，同时增加了本地操作机制及本地数据 导出等，极大的提高了设备的适应性。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现一方面，本发明提供一种变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，它包括 一用于对采集到的信号进行处理的信号处理模块、一通过FFT算法将信号处理模块输出的 时域信号转化成频域信号并计算得出工频信号的电流值及各次谐波的电流值的主控单元 模块、一为主控单元模块提供时钟信号的时钟模块及一用于将主控单元模块得到的数据导出的输出模块；所述信号处理模块的输出端与所述主控单元模块的输入端连接，所述主控 单元模块的输出端分别与所述输出模块和时钟模块互相连接。在本发明的一个实施例中，所述主控单元模块通过一用于输出和接收远程指令的 远程控制单元与远程用户端连接。进一步，所述远程控制单元通过RS232、RS485、CAN总线或者GSM的通信方式与远 程用户端传输通信；RS232适合近距离通信，RS485和CAN总线适合于较远距离传输，通过 GSM实现更远距离的传输。在本发明的一个实施例中，所述主控单元模块上还连接有一用于本地查询数据和 系统参数设定的显示模块和键盘模块。在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块包括滤波电路、基准源电路、调制电 路和过零触发电路，所述滤波电路的输入端连接隔离单元输出的电流信号，所述滤波电路 的输出端通过调制电路连接到所述主控单元模块的输入端，所述基准源电路和过零触发电 路也连接到所述主控单元模块的输入端。在本发明的一个实施例中，所述主控单元模块包括DSP主控单元、外部存储器和 外部接口转换电路，所述DSP主控单元、外部存储器和外部接口转换电路互相连接，所述 DSP主控单元的输出端分别与所述输出模块和所述时钟模块连接。在本发明的一个实施例中，所述时钟模块包括电能存储电路、晶振电路，时钟芯片 和输入输出接口，所述时钟芯片分别与所述输入输出接口、晶振电路和电能存储电路连接， 所述输入输出接口的输入端连接所述主控单元模块。在本发明的一个实施例中，所述输出模块为一 USB模块，它包括USB接口芯片、晶 振电路、输入输出接口和保护电路，所述USB接口芯片分别与所述晶振电路、输入输出接口 和保护电路连接，所述输入输出接口的输入端与所述主控单元模块连接。在本发明的一个实施例中，所述FFT算法是由傅立叶级数演变而来的，傅立叶级
数是表征了各个采样点是由不同频率成分的波形组成，公式表述为
权利要求
1.一种变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，它包括一用于对采集到的信 号进行处理的信号处理模块、一通过FFT算法将信号处理模块输出的时域信号转化成频域 信号并计算得出工频信号的电流值及各次谐波的电流值的主控单元模块、一为主控单元模 块提供时钟信号的时钟模块及一用于将主控单元模块得到的数据导出的输出模块；所述信 号处理模块的输出端与所述主控单元模块的输入端连接，所述主控单元模块的输出端分别 与所述输出模块和时钟模块互相连接。
2.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述主控单 元模块通过一用于输出和接收远程指令的远程控制单元与远程用户端连接。
3.如权利要求2所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述远程控 制单元可以通过RS232、RS485、CAN总线或者GSM的通信方式中的任意一种与远程用户端传 输通信。
4.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述主控单 元模块上还连接有一用于本地查询数据和系统参数设定的显示模块和键盘模块。
5.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述信号处 理模块包括滤波电路、基准源电路、调制电路和过零触发电路，所述滤波电路的输入端连接 隔离单元输出的电流信号，所述滤波电路的输出端通过调制电路连接到所述主控单元模块 的输入端，所述基准源电路和过零触发电路也连接到所述主控单元模块的输入端。
6.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述主控单 元模块包括DSP主控单元、外部存储器和外部接口转换电路，所述DSP主控单元、外部存储 器和外部接口转换电路互相连接，所述DSP主控单元的输出端分别与所述输出模块和所述 时钟模块连接。
7.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述时钟模 块包括电能存储电路、晶振电路，时钟芯片和输入输出接口，所述时钟芯片分别与所述输入 输出接口、晶振电路和电能存储电路连接，所述输入输出接口的输入端连接所述主控单元 模块。
8.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述输出模 块为一 USB模块，它包括USB接口芯片、晶振电路、输入输出接口和保护电路，所述USB接口 芯片分别与所述晶振电路、输入输出接口和保护电路连接，所述输入输出接口的输入端与 所述主控单元模块连接。
9.如权利要求1所述的变压器铁芯接地电流在线监测系统，其特征在于，所述采用的 FFT算法是由傅立叶级数演变而来的，傅立叶级数是表征了各个采样点是由不同频率成分 的波形组成，公式表述为
10. 一种变压器铁芯接地电流在线监测的实现方法，其特征在于，它包括如下步骤(1)采集变压器铁芯接地电流的电流信号；(2)通过FFT算法，将采集到的电流信号由时域信号转变为频域信号，并依次计算出工 频信号和各次谐波的电流值；(3)通过对采集到的电流信号中的工频信号的电流值和各次谐波分量的电流值来进行 分析，以确定此时变压器的运行状况。
11.如权利要求10所述的变压器铁芯接地电流在线监测的实现方法，其特征在于，所 述采用的FFT算法是由傅立叶级数演变而来的，傅立叶级数是表征了各个采样点是由不同 频率成分的波形组成，公式表述为f(t)=ao+ Σ (an cosn ω t+ bnsinn ω t)=A0+A1cos( ω t+ Φ i)+A2cos(2 ω t+ Φ 2)其中，Atl为信号中的直流分量，A1为ω角速度的电流的峰值，ω为角速度，(^为ω角 速度的初始相位，4为2 角速度的电流的峰值，角速度的初始相位，t为采样时 间。
全文摘要
本发明的目的在于公开一种变压器铁芯接地电流在线监测系统及其实现方法，采用FFT算法对采集到的数据进行分析处理，将时域信号转变为频域信号，再依次计算出工频信号和各次谐波的幅值，然后系统根据此电流信号中的工频信号幅值的有效值和各次谐波分量的幅值的有效值来进行分析，来确定此时变压器接地铁芯中的工频电流值和各次谐波的电流值，用户以此为依据来确定此时变压器铁芯有没有出现多点接地的状况，本发明可以通过输出模块方便实现现场数据拷贝，通过显示模块和键盘模块实现对现场系统参数设定，使得在通信中断或者现场不方便安装通信线路的情况下，可以方便的获取到现场的数据以及对系统参数进行调整，便于调试和安装，实现本发明的目的。
文档编号G01R31/02GK102004182SQ20101029714
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘俊涛, 施磊, 李刚, 李民越, 王子香, 王彩俊 申请人:思源电气股份有限公司