一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统技术方案

一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，包括传感器、环流数据采集器、光纤转换模块、线性电源和计算机；环流数据采集器的大量程输入和算法，采集器是以TI公司的TMS320F28335为核心，通过软件算法能够精准的测量100mA～1000A的变压器铁心/夹件接地电流情况，并及时发出故障报警，把异常情况进行录波，传输给上位机，提高设备安全运行水平。

【技术实现步骤摘要】
一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统
本专利技术涉及智能电网
，特别涉及一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统。
技术介绍
数字信号处理器在运行DSP算法时，所能运行的算法数量受到算法本身的复杂度影响，在存储样本波形时受到寻址空间和DSP主频限制，所以芯片本身的处理能力和片上及片外存储芯片都显得尤为重要，长期以来，一般采用定期巡视的方法对电缆通道及电缆通道的高压电缆线路的运行状态进行检查，对高压电缆缺乏保护，存在较大安全隐患，且检修起来相当复杂。而目前出现的一些在线监测系统监测电流的范围有限，很多都是手动分档测量，即针对不同的需求手动调节测量范围。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，使用的主芯片是TI公司出品的TMS320F28335，CPU主频150M，具备32位浮点处理单元，内部集成乘法器，寻址空间达到2M，有效的解决的普通8位单片机运算速度慢，存储空间小的问题；而本专利技术的测量范围是1mA～10A，远远高出了普通的在线监测系统，并且能够提供设备状态异常时的录播数据，提供异常波形，记录突变段前后的详细情况，提供了更为可靠的现场数据。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，包括传感器、环流数据采集器、光纤转换模块、线性电源和计算机；所述的传感器为有源的闭合式电流互感器，将感应电流信号经过线圈产生适合嵌入式设备采样的二次电流信号，在内部集成了高精度采样电阻，传感器直接输出电压信号，进入环流数据采集器。所述的环流数据采集器能够同时采集两路的信号，毎路信号能够提供直通和运放两种通道，系统上电默认在运放通道；硬件通过DSP的GPIO驱动三极管，三极管驱动光耦，光耦驱动继电器的逐级驱动，配合软件完成两种通路的全自动切换；环流数据采集器是基于DSP的，系统外扩一片高精度大量程的AD芯片，信噪比是95.5db，模拟输入范围可达到±10V。AD采样结果经过保护电路进入DSP，再通过软件FIR滤波和有效值计算，以通讯协议输出，通过485或者以太网接口传输给光纤转换模块。所述的光纤转换模块采用工业级模块，可以将485信号或者以太网接口信号转换成光纤信号达到长距离传输的目的。所述的线性电源为环流数据采集器和光纤转换模块提供电源。本专利技术尽可能的将噪声干扰将至最低，通过一片高精度AD芯片进行有效的采样，并及时作出判断完成通道切换，并能检测铁芯/夹件接地电流，遇到监测异常时能及时报警，并将异常段存储，以图形的方式呈现给用户；本专利技术通过变压器铁心接地监测系统建设，变压器铁心接地可由日常人力监测转为智能监测系统完成，降低工作量，提高工作效率；变压器铁心接地报告可由人力完成转为系统全面自动生成报告，降低统计工作量，提高工作效率。附图说明图1是本专利技术的硬件示意图。图2是本专利技术的处理流程图。图3是输入信号50HZ、2V峰峰值正弦波和500Hz、2V峰峰值正弦波叠加后经AD采样的样本图。图4是输入信号50HZ、2V峰峰值正弦波和500Hz、2V峰峰值正弦波叠加后经AD采样后又经FIR数字滤波算法后的样本图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作详细叙述。参照图1，一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，包括传感器、环流数据采集器、光纤转换模块、线性电源和计算机；所述的传感器为有源的闭合式电流互感器，将感应电流信号经过线圈产生适合嵌入式设备采样的二次电流信号，在内部集成了高精度采样电阻，传感器直接输出电压信号，进入环流数据采集器。所述的环流数据采集器能够同时采集两路的信号，毎路信号能够提供直通和运放两种通道，系统上电默认在运放通道；硬件通过DSP的GPIO驱动三极管，三极管驱动光耦，光耦驱动继电器的逐级驱动，配合软件完成两种通路的全自动切换；环流数据采集器是基于DSP的，系统外扩一片高精度大量程的AD芯片，信噪比是95.5db，模拟输入范围可达到±10V，AD采样结果经过保护电路进入DSP，再通过软件FIR滤波和有效值计算，以通讯协议输出，通过485或者以太网接口传输给光纤转换模块。所述的光纤转换模块采用工业级模块，可以将485信号或者以太网接口信号转换成光纤信号达到长距离传输的目的。所述的线性电源为环流数据采集器和光纤转换模块提供电源。所述的FIR滤波，是一种高效的卷积运算，十分适合内部集成多位乘法器的DSP，多阶的数字滤波、效果明显且省去了硬件电路成本、同时也能保证精确的线性相位，本专利技术采用FIR数字滤波器，可有效过滤400HZ以上的信号，尽可能的保障输入信号的纯净和较小的延迟。频率50HZ，峰峰值2V正弦波叠加频率500HZ，峰峰值2V的正弦波采样样本图如图3，经过算法后的波形图如图4。本专利技术的工作原理为：装置正常启动后，默认为实时数据模式、只需要通过命令和采集间隔设定后就可以通过界面查看监测变压器铁心接地运行状态，包接地电流和保护电流参数，也可以通过命令设置为录播模式，此模式会自动重复的监测电缆护套环流的状态，达到预警时将异常状况的波形显示给用户，为现场提供及时可靠的检测数据，处理流程参照图2。本专利技术分为实时数据模式和录波模式。用户可以通过提供的命令实时切换，实时数据模式提供周期性的铁芯/夹件自动检测功能，录播模式则可以记录详细的异常前后的电流具体变化情况。在实时数据模式下，首先采集适量样本，软件通过移位、镜像、数制转换等方式获取适合DSP处理的数据，再将转换完成的数据通过DMA总线存储在DSP的片外静态存储器里，之后通过算法判断是否采集的数据达到饱和(这里说的饱和是一个接近AD采样的峰峰值，为了不影响AD的工作和正确的数据采集，设定了这个警报值以切换信号通路)，如果饱和则软件控制将通道自动切换成直通通路，再次进行采集，将采集完整的数据样本存储到片外静态存储器里，如果判断出没有饱和直接进入后续算法。之后再进行错值的剔除的算法，判断采集到的样本是否存在异常值，如果有，找出异常值的位置，标定后将该值及所在单个采集周期内的数据抹去，这里删掉一个或几个周期的值并不会影响结果的精度，因为本身的样本量是足够多的，系统设有规定的样本数，当错值超过设定门限，则系统默认本次采集无效，并告知上位机需要重新进行实时数据获取。如果未超过门限，再进行计算得到输入电流的有效值。在录波模式下：当DSP收到上位机传来的录波命令，则将采集装置切换到录波模式，之后系统会采集一定样本数据，计算出有效值，把有效值和预警值进行比较，当超出设定值时，通过算法，定位异常值，并将出现异常值的位置及其周围的数据打包传给上位机，上位机再通过图形的方式显示给用户。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，其特征在于，包括传感器、环流数据采集器、光纤转换模块、线性电源和计算机；所述的传感器为有源的闭合式电流互感器，将感应电流信号经过线圈产生适合嵌入式设备采样的二次电流信号，在内部集成了高精度采样电阻，传感器直接输出电压信号，进入环流数据采集器；所述的环流数据采集器能够同时采集两路的信号，毎路信号能够提供直通和运放两种通道，系统上电默认在运放通道；硬件通过DSP的GPIO驱动三极管，三极管驱动光耦，光耦驱动继电器的逐级驱动，配合软件完成两种通路的全自动切换；环流数据采集器是基于DSP的，系统外扩一片高精度大量程的AD芯片，信噪比是95.5db，模拟输入范围可达到±10V。AD采样结果经过保护电路进入DSP，再通过软件FIR滤波和有效值计算，以通讯协议输出，通过485或者以太网接口传输给光纤转换模块；所述的光纤转换模块采用工业级模块，可以将485信号或者以太网接口信号转换成光纤信号达到长距离传输的目的；所述的线性电源为环流数据采集器和光纤转换模块提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种高铁牵引变压器铁芯接地在线监测系统，其特征在于，包括传感器、环流数据采集器、光纤转换模块、线性电源和计算机；所述的传感器为有源的闭合式电流互感器，将感应电流信号经过线圈产生适合嵌入式设备采样的二次电流信号，在内部集成了高精度采样电阻，传感器直接输出电压信号，进入环流数据采集器；所述的环流数据采集器能够同时采集两路的信号，毎路信号能够提供直通和运放两种通道，系统上电默认在运放通道；硬件通过DSP的GPIO驱动三极管，三极管驱动光耦，光耦驱动继电器的逐级驱动，配合软件完成两种通路的全自动切换；环流数据采集器是基于DSP的，系统外扩一片高...

【专利技术属性】
技术研发人员：周启斌，吴胜翔，楚树桥，屈明，程超宽，杨健，马闯，李健，
申请(专利权)人：中铁电气化局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11