一种配电变压器负荷侧电流采集故障报警装置设计

张 驰

（云南电网有限责任公司昆明供电局， 云南 昆明 650000）

引言

东川供电局公用配电变压器1 084 台，2020 年度共发生低压侧空气开关跳闸故障976 次，存在故障运行的状态，导致供电可靠性和客户满意度的降低[1]。为了解决上述问题，本设计提供一种配电变压器负荷侧电流采集故障报警装置，采用电流钳传感器，实时采集低压侧的电流，记录对应的电流数据信息，方便检修人员检测。

1 电流采集故障报警装置设计

1.1 装置总体构架设计

本文设计装置包括处理器、传感器、电源装置等，并建立了电源转换模块，与处理器连接，可将220 V电压转换为7.2 V 电压。存储器、电池、液晶显示屏、太阳能充电板与处理器连接，并设计开关按钮。装置外形设计如图1 所示。

从图1 中可以看出，本文设计的报警装置外部构造分为壳体1，电池安装部4 和液晶显示屏，电流传感器传输端3 以及开关2。

1.2 处理器设计

考虑到运行时长需求，利用处理器实现对装置能量转换以及电流信息的分析计算[2]。本文选用的处理器为CKS32F051，其作为CKS32 的入门系列，搭载有ARM CORTEX-M0 内核，在64 位微处理器的支持下，可以实现以48 MHz 主频频率为基础的数据处理，64 kB的FLASH 容量为处理器的缓存提供了一定的发展空间[3]，8 kB 容量RAM配合多达18 个电容感应通道可以实现对线性和旋转触摸按键操作的有效支持，确保装置能够稳定运行[4]。以此为基础，当有太阳光时，处理器可采集太阳能充电板的电能，并储存到电池中。220 V AC 转7.2 V 模块，可以通过市电220 V AC 充电器给装置系统供电，并对电池充电。电池用于整个装置系统供电，利用液晶显示屏可以直接显示当前电流值，并结合设置的阈值范围，对电流是否异常做出判断。

1.3 传感器设计

采用三路电流传感器为钳形电流传感器，具体型号为IMC-Hall2020[5]，IMC-Hall2020 是由PCB、铜排、屏蔽罩三部分组成，由于屏蔽罩的作用，IMC-Hall2020可以实现对装置导体周围磁场及外磁场干扰的集中屏蔽[6]，提高电流数据采集的准确性。将传感器分别安装在低压侧空气开关三相进线前端，控制中心实时采集3 路电流传感器的电流数据，并把其电流数据保存在控制中心的储存器内。当空气开关发生故障跳闸时，装置自动记录该段时间前后的工作电流，能够让检修人员快速确认故障发生时的情况。

1.4 电源装置设计

将ROHM公司的非隔离AC/DC BP5040-30 作为电源模块，其兼备了小功率电源模块小巧和高效的特征，同时也在最大程度上简化了电路设计，实现了电能资源价值的最大化利用。BP5040-30 输入电压范围为-240～-600 V DC，额定输出为12 V/250 mA，可运行的工作环境温度范围为-20～+80 ℃，并具有高耐2 kV ESD 属性，对于输入电压的调整率可以达到37.00%。该装置可以通过220 V AC 转7.2 V 处理，也可以通过太阳能充电板给系统供电，采用双供电系统，实现灵活供电。

2 应用测试

为了测试设计报警装置的实际应用效果，本文进行了试验测试。

2.1 测试环境

本文以SGD（B）100ZM5.0 非包封干式变压器作为测试对象，其作为一种采用NOMEX 绝缘系统生产的非包封线圈三相干式电力变压器，产生局部放电的可能性相对较低。高压采用连续式绕组、低压箔绕，并采用高强度陶瓷支撑，当出现突发短路电流时，可避免大面积的烧毁。以此为基础，在测试对象中输入不同幅值的故障电流值，采用本文设计装置进行检测。

2.2 检测结果与分析

在上述基础上，分别统计了设计装置对不同幅值故障电流的处理结果，具体如表1 所示。

表1 设计装置应用效果统计表

从表1 中可以看出，本文设计的采集故障报警装置可以实现对0.10 mA 精度以上异常数据的有效采集，采集结果误差小于0.03 mA，并作出报警响应，具有良好的应用效果，对于0.05 mA 异常未作出响应，但考虑故障强度以及其他因素的干扰，其可忽略不计。

3 结语

本文设计的电流采集故障报警装置结构新颖、使用方便，通过显示屏显示故障发生时瞬时电流，通过采集的故障电流进行初步的故障判断，为针对性查找问题提供了极大便利。有效提升故障处置效率并可以对配变的负载率和低压侧空气开关的匹配率进行核对，直观地解决了空气开关的频繁跳闸问题。通过本文的研究设计，以期为实际的变压器故障检测以及相关修复工作的开展提供有价值的参考，提高变压器供电可靠性和客户满意度。