張 馳

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局， 云南 昆明 650000）

引言

東川供電局公用配電變壓器1 084 臺(tái)，2020 年度共發(fā)生低壓側(cè)空氣開關(guān)跳閘故障976 次，存在故障運(yùn)行的狀態(tài)，導(dǎo)致供電可靠性和客戶滿意度的降低[1]。為了解決上述問題，本設(shè)計(jì)提供一種配電變壓器負(fù)荷側(cè)電流采集故障報(bào)警裝置，采用電流鉗傳感器，實(shí)時(shí)采集低壓側(cè)的電流，記錄對(duì)應(yīng)的電流數(shù)據(jù)信息，方便檢修人員檢測(cè)。

1 電流采集故障報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

1.1 裝置總體構(gòu)架設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)裝置包括處理器、傳感器、電源裝置等，并建立了電源轉(zhuǎn)換模塊，與處理器連接，可將220 V電壓轉(zhuǎn)換為7.2 V 電壓。存儲(chǔ)器、電池、液晶顯示屏、太陽能充電板與處理器連接，并設(shè)計(jì)開關(guān)按鈕。裝置外形設(shè)計(jì)如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，本文設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置外部構(gòu)造分為殼體1，電池安裝部4 和液晶顯示屏，電流傳感器傳輸端3 以及開關(guān)2。

1.2 處理器設(shè)計(jì)

考慮到運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)需求，利用處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置能量轉(zhuǎn)換以及電流信息的分析計(jì)算[2]。本文選用的處理器為CKS32F051，其作為CKS32 的入門系列，搭載有ARM CORTEX-M0 內(nèi)核，在64 位微處理器的支持下，可以實(shí)現(xiàn)以48 MHz 主頻頻率為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理，64 kB的FLASH 容量為處理器的緩存提供了一定的發(fā)展空間[3]，8 kB 容量RAM配合多達(dá)18 個(gè)電容感應(yīng)通道可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線性和旋轉(zhuǎn)觸摸按鍵操作的有效支持，確保裝置能夠穩(wěn)定運(yùn)行[4]。以此為基礎(chǔ)，當(dāng)有太陽光時(shí)，處理器可采集太陽能充電板的電能，并儲(chǔ)存到電池中。220 V AC 轉(zhuǎn)7.2 V 模塊，可以通過市電220 V AC 充電器給裝置系統(tǒng)供電，并對(duì)電池充電。電池用于整個(gè)裝置系統(tǒng)供電，利用液晶顯示屏可以直接顯示當(dāng)前電流值，并結(jié)合設(shè)置的閾值范圍，對(duì)電流是否異常做出判斷。

1.3 傳感器設(shè)計(jì)

采用三路電流傳感器為鉗形電流傳感器，具體型號(hào)為IMC-Hall2020[5]，IMC-Hall2020 是由PCB、銅排、屏蔽罩三部分組成，由于屏蔽罩的作用，IMC-Hall2020可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)及外磁場(chǎng)干擾的集中屏蔽[6]，提高電流數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。將傳感器分別安裝在低壓側(cè)空氣開關(guān)三相進(jìn)線前端，控制中心實(shí)時(shí)采集3 路電流傳感器的電流數(shù)據(jù)，并把其電流數(shù)據(jù)保存在控制中心的儲(chǔ)存器內(nèi)。當(dāng)空氣開關(guān)發(fā)生故障跳閘時(shí)，裝置自動(dòng)記錄該段時(shí)間前后的工作電流，能夠讓檢修人員快速確認(rèn)故障發(fā)生時(shí)的情況。

1.4 電源裝置設(shè)計(jì)

將ROHM公司的非隔離AC/DC BP5040-30 作為電源模塊，其兼?zhèn)淞诵」β孰娫茨K小巧和高效的特征，同時(shí)也在最大程度上簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電能資源價(jià)值的最大化利用。BP5040-30 輸入電壓范圍為-240～-600 V DC，額定輸出為12 V/250 mA，可運(yùn)行的工作環(huán)境溫度范圍為-20～+80 ℃，并具有高耐2 kV ESD 屬性，對(duì)于輸入電壓的調(diào)整率可以達(dá)到37.00%。該裝置可以通過220 V AC 轉(zhuǎn)7.2 V 處理，也可以通過太陽能充電板給系統(tǒng)供電，采用雙供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活供電。

2 應(yīng)用測(cè)試

為了測(cè)試設(shè)計(jì)報(bào)警裝置的實(shí)際應(yīng)用效果，本文進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。

2.1 測(cè)試環(huán)境

本文以SGD（B）100ZM5.0 非包封干式變壓器作為測(cè)試對(duì)象，其作為一種采用NOMEX 絕緣系統(tǒng)生產(chǎn)的非包封線圈三相干式電力變壓器，產(chǎn)生局部放電的可能性相對(duì)較低。高壓采用連續(xù)式繞組、低壓箔繞，并采用高強(qiáng)度陶瓷支撐，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)短路電流時(shí)，可避免大面積的燒毀。以此為基礎(chǔ)，在測(cè)試對(duì)象中輸入不同幅值的故障電流值，采用本文設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 檢測(cè)結(jié)果與分析

在上述基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計(jì)了設(shè)計(jì)裝置對(duì)不同幅值故障電流的處理結(jié)果，具體如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)裝置應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

從表1 中可以看出，本文設(shè)計(jì)的采集故障報(bào)警裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)0.10 mA 精度以上異常數(shù)據(jù)的有效采集，采集結(jié)果誤差小于0.03 mA，并作出報(bào)警響應(yīng)，具有良好的應(yīng)用效果，對(duì)于0.05 mA 異常未作出響應(yīng)，但考慮故障強(qiáng)度以及其他因素的干擾，其可忽略不計(jì)。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的電流采集故障報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)新穎、使用方便，通過顯示屏顯示故障發(fā)生時(shí)瞬時(shí)電流，通過采集的故障電流進(jìn)行初步的故障判斷，為針對(duì)性查找問題提供了極大便利。有效提升故障處置效率并可以對(duì)配變的負(fù)載率和低壓側(cè)空氣開關(guān)的匹配率進(jìn)行核對(duì)，直觀地解決了空氣開關(guān)的頻繁跳閘問題。通過本文的研究設(shè)計(jì)，以期為實(shí)際的變壓器故障檢測(cè)以及相關(guān)修復(fù)工作的開展提供有價(jià)值的參考，提高變壓器供電可靠性和客戶滿意度。