一種配電變壓器負荷側電流采集故障報警裝置設計

張 馳

（云南電網有限責任公司昆明供電局， 云南 昆明 650000）

引言

東川供電局公用配電變壓器1 084 臺，2020 年度共發生低壓側空氣開關跳閘故障976 次，存在故障運行的狀態，導致供電可靠性和客戶滿意度的降低[1]。為了解決上述問題，本設計提供一種配電變壓器負荷側電流采集故障報警裝置，采用電流鉗傳感器，實時采集低壓側的電流，記錄對應的電流數據信息，方便檢修人員檢測。

1 電流采集故障報警裝置設計

1.1 裝置總體構架設計

本文設計裝置包括處理器、傳感器、電源裝置等，并建立了電源轉換模塊，與處理器連接，可將220 V電壓轉換為7.2 V 電壓。存儲器、電池、液晶顯示屏、太陽能充電板與處理器連接，并設計開關按鈕。裝置外形設計如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，本文設計的報警裝置外部構造分為殼體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2。

1.2 處理器設計

考慮到運行時長需求，利用處理器實現對裝置能量轉換以及電流信息的分析計算[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 內核，在64 位微處理器的支持下，可以實現以48 MHz 主頻頻率為基礎的數據處理，64 kB的FLASH 容量為處理器的緩存提供了一定的發展空間[3]，8 kB 容量RAM配合多達18 個電容感應通道可以實現對線性和旋轉觸摸按鍵操作的有效支持，確保裝置能夠穩定運行[4]。以此為基礎，當有太陽光時，處理器可采集太陽能充電板的電能，并儲存到電池中。220 V AC 轉7.2 V 模塊，可以通過市電220 V AC 充電器給裝置系統供電，并對電池充電。電池用于整個裝置系統供電，利用液晶顯示屏可以直接顯示當前電流值，并結合設置的閾值范圍，對電流是否異常做出判斷。

1.3 傳感器設計

采用三路電流傳感器為鉗形電流傳感器，具體型號為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可以實現對裝置導體周圍磁場及外磁場干擾的集中屏蔽[6]，提高電流數據采集的準確性。將傳感器分別安裝在低壓側空氣開關三相進線前端，控制中心實時采集3 路電流傳感器的電流數據，并把其電流數據保存在控制中心的儲存器內。當空氣開關發生故障跳閘時，裝置自動記錄該段時間前后的工作電流，能夠讓檢修人員快速確認故障發生時的情況。

1.4 電源裝置設計

將ROHM公司的非隔離AC/DC BP5040-30 作為電源模塊，其兼備了小功率電源模塊小巧和高效的特征，同時也在最大程度上簡化了電路設計，實現了電能資源價值的最大化利用。BP5040-30 輸入電壓范圍為-240～-600 V DC，額定輸出為12 V/250 mA，可運行的工作環境溫度范圍為-20～+80 ℃，并具有高耐2 kV ESD 屬性，對于輸入電壓的調整率可以達到37.00%。該裝置可以通過220 V AC 轉7.2 V 處理，也可以通過太陽能充電板給系統供電，采用雙供電系統，實現靈活供電。

2 應用測試

為了測試設計報警裝置的實際應用效果，本文進行了試驗測試。

2.1 測試環境

本文以SGD（B）100ZM5.0 非包封干式變壓器作為測試對象，其作為一種采用NOMEX 絕緣系統生產的非包封線圈三相干式電力變壓器，產生局部放電的可能性相對較低。高壓采用連續式繞組、低壓箔繞，并采用高強度陶瓷支撐，當出現突發短路電流時，可避免大面積的燒毀。以此為基礎，在測試對象中輸入不同幅值的故障電流值，采用本文設計裝置進行檢測。

2.2 檢測結果與分析

在上述基礎上，分別統計了設計裝置對不同幅值故障電流的處理結果，具體如表1 所示。

表1 設計裝置應用效果統計表

從表1 中可以看出，本文設計的采集故障報警裝置可以實現對0.10 mA 精度以上異常數據的有效采集，采集結果誤差小于0.03 mA，并作出報警響應，具有良好的應用效果，對于0.05 mA 異常未作出響應，但考慮故障強度以及其他因素的干擾，其可忽略不計。

3 結語

本文設計的電流采集故障報警裝置結構新穎、使用方便，通過顯示屏顯示故障發生時瞬時電流，通過采集的故障電流進行初步的故障判斷，為針對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配變的負載率和低壓側空氣開關的匹配率進行核對，直觀地解決了空氣開關的頻繁跳閘問題。通過本文的研究設計，以期為實際的變壓器故障檢測以及相關修復工作的開展提供有價值的參考，提高變壓器供電可靠性和客戶滿意度。