【正文】 ........ 33 4 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................................. 34 軟件控制部分流程圖 .............................................................................................. 34 ADC0832 子程序流程圖 ........................................................................................ 35 延時子程序流程圖 ................................................................................................... 36 5 總結(jié) .................................................................................................................................. 37 致謝 ...................................................................................................................................... 38 參考文獻 ............................................................................................................................ 39 附錄 A 譯文 .......................................................................................................................40 附錄 B ..................................................................................................................................51 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 0 引言 變壓器作為電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運行可靠性直接影響電力系統(tǒng)的安全運行。為保證電力 系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須加強對電力變壓器絕緣的監(jiān)測和診斷。變壓器參量 被廣 泛認為是導(dǎo)致變壓器 劣化的重要因素，與變壓器運行的安全性和可靠性具有密切聯(lián)系。 變壓器中多種參量 在線監(jiān)測系統(tǒng)中的自動識別，能夠及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部 缺陷及變壓器損壞 程度，防止事故發(fā)生 。 現(xiàn)代電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，對電力設(shè)備運行可靠性的要求不斷 提高。電力變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備，其運行狀態(tài)將直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。目前電力系統(tǒng)中變壓器等電力設(shè)備大多采用定期檢修方式，這種體制存在著嚴重缺陷，如維修不足、維修過?；蛎つ烤S修等，這使世界各國每年在設(shè)備維修方面耗資巨大且影響了供電可靠性。怎樣合理安排電力設(shè)備的檢修，節(jié)省檢修費用、降低檢修成本，同時保證系統(tǒng)有較高的可靠性，對系統(tǒng)運行人員來說是一個重要課題。在電力系統(tǒng)中推行狀態(tài)檢修是解決上述問題的有效手段，而故障診斷就是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和前提。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 2 1 緒論 目的和意 義 在電力系統(tǒng)中 ,變壓器非常重要 ,也是非常昂貴的設(shè)備。其主要實現(xiàn)電能的分配、電壓的轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)移的作用。電力系統(tǒng)安全與否、供電性能是否可靠、運行是否經(jīng)濟與變壓器有著直接的關(guān)系。電力變壓器的工作效率代表電力部門的財政收益。所以 ,變壓器的正常運行對整個電力系統(tǒng)而言非常重要。但是因為變壓器常處于不停歇工作的狀態(tài) ,所以無法避免故障的產(chǎn)生。導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)事故的原因很多 ,其中包括變壓器在安裝、維護、檢修時 ,沒有嚴格按照相關(guān)要求 ,導(dǎo)致變壓器存在一定的缺陷 ,存在嚴重的故障隱患 。自然災(zāi)害也是導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障及事故的重要原因 。因為變壓器長期處于運行的狀態(tài) ,所以其組成材質(zhì)逐漸劣化 ,為事故的發(fā)生埋下隱患 ,已經(jīng)成為導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障的主要原因。因為無法避免變壓器故障的出現(xiàn) ,對其故障實現(xiàn)早期預(yù)測以及準確的診斷非常重要 ,也具有較強的實用性。所以，變壓器有必要研究狀態(tài)監(jiān)測和在線狀態(tài)監(jiān)測，如何科學(xué)有效的防止變壓器故障及快速準確監(jiān)測變壓器故障，提高電力變壓器的安全性、可靠性，降低維修成本，保證供電質(zhì)量的研究顯得十分有意義，應(yīng)該引起重視 .電力變壓器實行狀態(tài)參量監(jiān)測是先進的科學(xué)管理方法，原有電力變壓器的運行監(jiān)測已難以適應(yīng)高安全、優(yōu)質(zhì)、可靠、經(jīng)濟性電 網(wǎng)的發(fā)展要求，實現(xiàn)狀態(tài)參量監(jiān)測，可以減少監(jiān)測的盲目性，降低運行維護費用，提高資金利用率，提高電力變壓器運行可靠性及設(shè)備壽命，減輕工人勞動強度，實現(xiàn)減員增效，提高企業(yè)社會效益和經(jīng)濟效益。因此，在線監(jiān)測變壓器、及時了解變壓器的設(shè)備以及運行狀態(tài)是電力工作人員追求的工作目標。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 從國內(nèi)外的研究情況來看 ,對變壓器的狀態(tài)參量監(jiān)測工作的研究已經(jīng)受到國內(nèi)的廣泛關(guān)注 ,也取得了一定的成果。但總的來說 ,較多的集中在對電氣或機械方面的具體參量進行監(jiān)測 ,還缺乏一種有效的方法來表征變壓器運行狀態(tài)和各種 試驗、運行參數(shù)之間的關(guān)系。目前利用綜合信息對變壓器進行狀態(tài)評估的研究還遠未達到實用要求。近年，電力變壓器及電氣設(shè)備的狀態(tài)評估受到了很大的重視 ,但在我國仍處在學(xué)術(shù)討論范圍中 ,沒有達到實用的要求。造成這種狀況的原因是多方面的 ,除管理維護、質(zhì)量監(jiān)督、設(shè)計標準等方面的問題外 ,反映在評估技術(shù)上的問題主要有 :評估時沒有把各類設(shè)備一并考慮。預(yù)試及檢修均要求設(shè)備退出運行 ,而設(shè)備一般不易單獨退出運行 ,通常一個間隔的設(shè)備必須同時退出運行 ,因此電氣設(shè)備的維護是相互關(guān)聯(lián)和相互影響的；歷史數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)的數(shù)值化管理欠缺；缺乏行之有效 的診斷理論與方法 ,僅提供數(shù)據(jù) ,且知識貧乏 ,不能建立各種監(jiān)測信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系 ,無法解釋測量結(jié)果正常的波動 ,很難做出準確的變壓器狀態(tài)評估。從目前國內(nèi)外變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展來看，主要的技術(shù)有兩種：局部放電在線監(jiān)測和油色譜分析。變壓器的色譜在線監(jiān)測技術(shù)是相對成熟的、有效的、最受電力部門歡迎的技術(shù)，而局部放電在線監(jiān)測技術(shù)是以變壓器內(nèi)部局部放電時產(chǎn)生的電光聲等現(xiàn)象為依據(jù)，通過能描述這些現(xiàn)象的物理量來表征局部放電的狀態(tài)（包括定位和放電的程度），可以預(yù)防變壓器的突發(fā)性故障。因此，這兩種狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)各有優(yōu)勢，可同時采 用以實現(xiàn)互補。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 4 變壓器原理 變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯），如圖 11 所示。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。 變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 變壓器 兩組線圈圈數(shù)分別為 N1 和 N2， N1 為初級， N2 為次級。在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生 感應(yīng)電動勢 .當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為 升壓變壓器 ：當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢低于初級電壓，這種變壓器稱為 降壓變壓器 。 n : 1++ U2 U11 1 39。 2 39。2 i1 i2 圖 11 理想變壓器原理圖 Figure 11 The principle diagram of the ideal transformer 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測系 統(tǒng)總體設(shè)計方案 在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成 不論監(jiān)測系統(tǒng)是什么類型，它都應(yīng)包括以下幾個基本單元 : 1) 信號的變送 一般由相應(yīng)的傳感器來實現(xiàn)，它從電氣設(shè)備上監(jiān)測出那些反映設(shè)備狀態(tài)的物理量，例如溫度、電壓、電流、氣體成分等，并將其轉(zhuǎn)換為合適的電信號傳送到后續(xù)單元。它對監(jiān)測信號起著讀數(shù)和觀測的作用。 2) 信號的處理 其功能是對傳感器變送來的信號進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，將信號幅度調(diào)整到合適的電平；對混疊的干擾采用極性鑒別器、濾波器等硬件電路進行抑制，以提高系統(tǒng)的信噪比。 3) 數(shù)據(jù)的采集 將經(jīng) 過預(yù)處理的信號進行采集、 A/D 轉(zhuǎn)換和記錄。 4) 信號的傳輸 將采集到的信號傳送至后續(xù)單元。對固定式監(jiān)測系統(tǒng)，因數(shù)據(jù)處理單元遠離現(xiàn)場，故需配置專門的信號傳輸單元。對便攜式監(jiān)測裝置，只需對信號進行適當(dāng)?shù)淖儞Q和隔離即可。 5) 數(shù)據(jù)的處理 對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，例如，對獲取的數(shù)字信息作頻譜和時域分析，利用平均處理、軟件濾波等技術(shù)，對信號做進一步的處理，來提高信噪比。獲取反映設(shè)備狀態(tài)的特征值，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)和信息。 6) 診斷 對處理后的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、判據(jù)及其他信息進行比較、分析后，對設(shè) 備的狀態(tài)或故障部位做出診斷。必要時需采取進一步的措施，例如是否需要退出運行、安排維修計劃等。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 6 功能設(shè)計方案 本論文將設(shè)計一套 10kV 電力變壓器多參量綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在統(tǒng)一的軟硬件結(jié)構(gòu)下監(jiān)測參量，將實現(xiàn)實時監(jiān)測變壓器電流、電壓、油溫狀態(tài)參量。該系統(tǒng)設(shè)計將對 10kV 變壓器進行現(xiàn)場連續(xù)在線監(jiān)測，鐵芯接地電流、電壓在正常范圍內(nèi)波動，頂層油溫處于正常范圍。 計劃研究的系統(tǒng)具備如下功能： 1） 可在線實時采集和記錄監(jiān)測點的鐵芯接地電流、電壓、頂層油溫各項參數(shù)情況，進行實時顯示和記錄存儲。 2） 系統(tǒng)設(shè) 計時預(yù)留有接口，可隨時增加軟硬件設(shè)備，系統(tǒng)只要做少量的改動即可，可以在很短的時間內(nèi)完成。 整個系統(tǒng)由信號采集和處理單元 、 A/D 轉(zhuǎn)換單元、單片機、顯示單元、按鍵單元、通信接口等組成。如圖 21 所示。 J D Z W 1 0電 壓 互 感 器L B Z 1 0電 流 互 感 器電 壓 采 樣整 形 電 路電 流 采 樣整 形 電 路晶 振電 路S T C 8 9 C 5 2 單 片 機 顯 示 驅(qū) 動L C D 1 6 0 2顯 示按 鍵 輸 入單 元G P R S 遠 程 通 信模 塊兩 路 測 溫單 元 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 Figure 21 Block diagram of the whole system 傳感器將信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)放大、濾波及 A/D 轉(zhuǎn)換后到單片機 ,經(jīng)通信接口把數(shù)據(jù)上傳至無線傳輸模塊，再經(jīng)無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴?位機。 主要設(shè)計內(nèi)容 電力變壓器發(fā)生故障時，會有很多特征量表現(xiàn)出來，本文主要是針對接地電流、電壓、溫度進行專項研究。理論上來說，只要捕捉到哪怕是很微弱的信息量，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 進而經(jīng)過對這些數(shù)據(jù)的處理和綜合分析，就可以對設(shè)備絕緣的可靠性做出判斷和對絕緣壽命做出預(yù)測，這就是在線監(jiān)測的理論基礎(chǔ)。 本論文主要圍繞以下工作展開 : 1)對引起接地電流、電壓、溫度變化的原因進行分析 。 2)如何實時而不失真的采集電流、電壓、溫度信號 。 3)如何保證信號在傳輸、處理的過程中的真實可靠性 。 4)信號的傳輸方式、量程切換等的處理。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 8 3 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)整體采用單片機作為控制核心，主要進行電壓和電流采樣，同時通過 2 路溫度采樣，檢測變壓器重要部位的溫度情況，實現(xiàn)全面檢查。下面將會分模塊分別介紹。系統(tǒng)整體設(shè)計電路圖如下圖 31 所示。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5