【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 材料時(shí)，可能CO2/CO3，必要時(shí)，應(yīng)從最后一次的測(cè)試結(jié)果中減去上一次的測(cè)試數(shù)據(jù)，重新計(jì)算比值，以確定故障是否涉及到了固體絕緣。第三節(jié) 特征氣體法特征氣體法的理論依據(jù)是變壓器內(nèi)部不同絕緣材料在不同溫度下產(chǎn)生的氣體不同。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 72522001中和 IEEE標(biāo)準(zhǔn) IEEE 。不同的是我國(guó)國(guó)標(biāo)中并未給出特征氣體法的定量說(shuō)明，而是只列出了不同故障時(shí)所對(duì)應(yīng)的主要?dú)怏w和次要?dú)怏w組分，如下表所示。表33 不同故障類(lèi)型產(chǎn)生的氣體組分故障類(lèi)型主要?dú)怏w組分次要?dú)怏w組分油過(guò)熱CHC2H4HC2H6油和紙過(guò)熱CHC2HCO、CO2HC2H6油紙絕緣中局部放電HCHCOC2HC2HCO2油中火花放電HC2H2油中電弧HC2H2CHC2HC2H6油和紙中電弧HC2HCO、CO2CHC2HC2H6注：進(jìn)水受潮或油中氣泡可能使氫含量升高從表中來(lái)看，其主要?dú)怏w與次要?dú)怏w的區(qū)分并未有一個(gè)定量的標(biāo)準(zhǔn)，并且主要?dú)怏w和次要?dú)怏w中不同氣體的含量也未作區(qū)分，所以在實(shí)際操中作有一定難度。在IEEE標(biāo)準(zhǔn)IEEE Sts ，為了便于操作，給出了不同氣體組分對(duì)應(yīng)的故障圖例。其圖例如圖31~4所示： 圖31 油過(guò)熱圖例 圖32固體絕緣過(guò)熱 圖33 油中電暈放電 圖34油中電弧放電這里IEEE采用的氣體組分中是不包括CO2的。它的做法為：通過(guò)計(jì)算每種氣體和總氣體量的比值來(lái)得出每種氣體的百分含量，由此畫(huà)出柱狀圖；通過(guò)得到的柱狀圖和給出的圖例進(jìn)行比較來(lái)確定故障類(lèi)型。它的優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)而且可操作性強(qiáng)。用特征氣體法應(yīng)注意以下問(wèn)題：C2H2是故障點(diǎn)周?chē)^緣油分解的特征氣體，其含量是區(qū)分過(guò)熱和放電2種性質(zhì)的主要指標(biāo)。但出現(xiàn)高溫?zé)狳c(diǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量2H2，因此不應(yīng)認(rèn)為凡有C2H2 出現(xiàn)都視為放電性故障。另外，低能量的局部放電并不產(chǎn)生C2H2或只產(chǎn)生少量的C2H2。如果H2的含量增大，而其它成分不增加時(shí)，有可能是：設(shè)備進(jìn)水或有泡存在，引起鐵和水的化學(xué)反應(yīng)。第四節(jié) 改良三比值法目前被廣泛方采用的三比值法主要是改良三比值法，據(jù)有關(guān)資料[3]顯示其診斷準(zhǔn)確率在90%以上。表34給出了不同編碼對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型，表35給出了編碼規(guī)則。表34 不同編碼對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型編碼組合故障類(lèi)型判斷故障實(shí)例C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6001低溫過(guò)熱（低于150℃）絕緣導(dǎo)線(xiàn)過(guò)熱，注意CO和CO2的含量和CO2/CO的值20低溫過(guò)熱（150300℃）分接開(kāi)關(guān)接觸不良，引線(xiàn)夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良，渦流引起銅過(guò)熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點(diǎn)接地21中溫過(guò)熱（300700℃）0、22高溫過(guò)熱（高于700℃）10局部放電高濕度高含氣量引起油中低能量密度的局部放電2低能放電引起對(duì)電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電，分接油頭引線(xiàn)和油隙閃絡(luò)，不良電位之間的油中火花放電或懸浮點(diǎn)位之間的火花放電。2低能放電兼過(guò)熱2電弧放電線(xiàn)圈匝間、層間短路，相間閃絡(luò)、分接頭引線(xiàn)間油隙閃絡(luò)、引線(xiàn)對(duì)箱殼放電、線(xiàn)圈熔斷、分接開(kāi)關(guān)飛弧、因環(huán)路電流引起電弧、引線(xiàn)對(duì)其他接地體放電等2電弧放電兼過(guò)熱表35 編碼規(guī)則氣體比值范圍比值范圍的編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6＜010≥~＜1100≥1~＜31213≥222通過(guò)分析改良三比值法的編碼發(fā)現(xiàn)，它還是存在漏碼的，缺少“000” 和“011”，雖然其診斷準(zhǔn)確率較高，但并不是100%都正確，所以需要引入其他診斷分析方法。第五節(jié) 大衛(wèi)三角形20世紀(jì)90年代中期，對(duì)大衛(wèi)三角形法診斷進(jìn)行了有益的嘗試，在最新的IEC和國(guó)標(biāo)導(dǎo)則中均推薦使用大衛(wèi)三角形法。與比值法相比，大衛(wèi)三角形法突出的優(yōu)點(diǎn)是保留了一些由于落在提供的比值限值之外，而被IEC比值法漏判的數(shù)據(jù)[4]。在圖35中：% C2H2=100X/（X+Y+Z），X=[ C2H2]，單位μL/L；% C2H4=100Y/（X+Y+Z），Y=[ C2H4]，單位μL/L；% CH4=100Z/（X+Y+Z），Z=[ CH4]，單位μL/L； 圖35 大衛(wèi)三角形圖中符號(hào)：PD局部放電；D1低能放電；D2高能放電，3000Ct7000C；T1熱故障，t3000C；T2熱故障，T3熱故障，t7000C。下表為大衛(wèi)三角形各個(gè)故障區(qū)域的邊界值。當(dāng)比值點(diǎn)落在哪個(gè)區(qū)域內(nèi)，則該區(qū)域所對(duì)應(yīng)得故障類(lèi)型就是該比值對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型。但當(dāng)比值點(diǎn)正好落在故障區(qū)域的邊界線(xiàn)上時(shí)，就要考慮采用其他診斷方法或借助有經(jīng)驗(yàn)的人類(lèi)專(zhuān)家來(lái)綜合分析了。表36 大衛(wèi)三角形各個(gè)故障區(qū)域的邊界值PD98% CH4D123% C2H413% C2H2D223% C2H413% C2H238% C2H429% C2H2T14% C2H210% C2H4T24% C2H210% C2H450% C2H4T315% C2H250% C2H4第四章 變壓器故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 變壓器故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主電路的設(shè)計(jì)變壓器故障診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示。圖41 變壓器故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖以Atmega8單片機(jī)作為中央控制單元，Atmage8單片機(jī)在預(yù)先編制好的指令（即軟件程序）的驅(qū)動(dòng)下，控制整個(gè)硬件電路工作，完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能。鍵盤(pán)用于設(shè)定和修改比較值、電壓限值、電流限值等；LED用于顯示設(shè)定值及各種運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)獲得電壓、電流、氣體含量等值后進(jìn)行分析計(jì)算等，判斷變壓器運(yùn)行是否正常。第二節(jié) 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)控制系統(tǒng)由Atmega單八路模擬開(kāi)關(guān)CD405電源等組成。Atmega8為系統(tǒng)的CPU，系統(tǒng)的所有操作都是由它進(jìn)行的。單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)裝置的基礎(chǔ)，只有確保控制系統(tǒng)正常工作才能保證Atmega8能夠正常執(zhí)行程序，整個(gè)系統(tǒng)才可以正常工作，發(fā)揮它應(yīng)有的作用。一、ATmega8單片機(jī)AVR單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的具有雙結(jié)構(gòu)的RISC單片機(jī)系列，具有較短的指令周期和較快的運(yùn)行速度[5]。Atmega8是基于2002年推出的一款新型AVR高檔單片機(jī)，工作在16MHz時(shí)能達(dá)到16MIPS。該芯片內(nèi)部集成了8K字節(jié)Flash、1K字節(jié)內(nèi)部SRAM及512字節(jié)的E2PROM，具有豐富強(qiáng)大的硬件接口電路。由于采用了小引腳封裝形式，所以其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，因此Atmgea8是一款性?xún)r(jià)比很高的8位單片機(jī)。（1）ATmega8引腳結(jié)構(gòu)ATmega8有三種不同形式的封裝：PDIP、TQFP和MLF。在試驗(yàn)中可使用PDIP28封裝，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可使用貼片式（即TQFP封裝），因?yàn)樗w積小，容易縮小產(chǎn)品尺寸。ATmega8引腳結(jié)構(gòu)（PDIP28封裝）如圖42所示，其外部引腳定義如下：Vcc電源正（數(shù)字）GND電源地Port B、Port C、Port D： Port B口是一個(gè)8位雙向I/O口； Port C口是一個(gè)7位雙向I/O口；Port D口是一個(gè)8位雙向I/O口。（2）ATmega8的特點(diǎn)ATmega8具有8K字節(jié)的在線(xiàn)編程，應(yīng)用編程（ISP/IAP）Flash程序存儲(chǔ)器，512字節(jié)EPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用工作寄存器，23個(gè)通用I/O，3個(gè)帶有比較模式靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，18＋2個(gè)內(nèi)外中斷源，1個(gè)可編程的SUART接口， 圖42 ATmega8 PDIP28封裝1個(gè)8位IC總線(xiàn)接口，4（6）通道的10位ADC，2通道8位ADC，可編程的看門(mén)狗定時(shí)器，l個(gè)SPI接口和5種可通過(guò)軟件選擇的節(jié)電模式。 二、單八路模擬開(kāi)關(guān)CD4051　　CD4051可以用于單片機(jī)Atmega8的A/D口擴(kuò)展。CD4051相當(dāng)于一個(gè)多路電子開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表41。表41 CD4051真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1φφφ均不接通“INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=－5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號(hào)。CD4051與ATmega8的接線(xiàn)圖如圖43所示：圖43 CD4051與ATmega8的接線(xiàn)圖三、電源電源是系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)穩(wěn)定正常工作的動(dòng)力，本系統(tǒng)采用7805電源芯片，輸出5V直流電供給CPU和其他芯片，電路圖如圖44所示： 圖44電源電路原理圖第三節(jié) 數(shù)據(jù)采集一、電壓、電流信號(hào)采集根據(jù)采樣信號(hào)的不同，可分為直流采樣與交流采樣。直流采樣是把交流電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為的直流電壓，再送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。即A/D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號(hào)。它的主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)刷新速度快，隨著元器件技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定度、精度大為提高。交流采樣是相對(duì)直流采樣而言，直接對(duì)交流電壓和電流波形進(jìn)行采樣，然后通過(guò)一定的算法計(jì)算出電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率等。交流采樣對(duì)環(huán)境溫度有一定要求，同時(shí)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測(cè)量精度，一個(gè)周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點(diǎn)數(shù)，而且采樣計(jì)算程序相對(duì)復(fù)雜，對(duì)要求較高。本系統(tǒng)擬采用直流采樣。其工作原理如圖45所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換采樣保持電路多路選擇開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整電路傳感器輸入信號(hào)單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)圖45 直流采集工作原理在本設(shè)計(jì)中，采用AVR單片機(jī)的片內(nèi)逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ATmega8有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器CD4051連接，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來(lái)自端口B的8 路單端輸入電壓逐個(gè)進(jìn)行采樣。其轉(zhuǎn)換結(jié)果為： （41）其中，VIN為被選中引腳的輸入電壓。使用AVR的ADC需要注意：ADC的分辨范圍在以GND為基準(zhǔn)的0 V到參考電壓的范圍內(nèi)。 V參考電壓為例，ADC的分辨范圍在0 V之間。因此在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前，必須要對(duì)信號(hào)加以處理。由于A(yíng)VR的ADC對(duì)采集信號(hào)的要求，進(jìn)行交流采集前需要對(duì)電壓及電流信號(hào)加以整形。將具有正負(fù)半波的交流信號(hào)整形為全部信號(hào)均大于“0”的方法：通過(guò)全波精密整流電路將負(fù)半周翻轉(zhuǎn)。進(jìn)行交流采集還可以將正弦波的負(fù)半波翻轉(zhuǎn)，以獲得單片機(jī)能接收的信號(hào)。其原理圖如圖46所示： 圖46 全波精密整流電路在A(yíng)1半波精密整流電路中，當(dāng)Ui0時(shí)，Uo=KUi(K0),當(dāng)Ui0時(shí)，Uo=0。若利用反相求和電路將KUi與Ui負(fù)半周波形相加，就可實(shí)現(xiàn)全波整流。分析：由A2所組成的反相求和運(yùn)算電路可知，輸出電壓： （42）當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，；所以 （43）由此可以看到經(jīng)過(guò)精密整流電路后，調(diào)整的交流電壓、電流變成ADC可以接受的單向脈動(dòng)電，且幅值為正，Ui、Uo的波形如圖4－7所示。圖47 電壓波形的調(diào)整（1）電流采集三相電流的測(cè)量采用三個(gè)電流傳感器，輸出交流信號(hào)經(jīng)過(guò)整流后送給A/D轉(zhuǎn)換器采樣，由單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)采樣、計(jì)算出電流的有效值。 本系統(tǒng)采用HWGS11小型電流互感器進(jìn)行信號(hào)采集，其特性和引腳示意圖分別如表42和圖48所示： 圖48 HWGS11小型電流互感器引腳示意圖表42 HWGS11小型電流互感器特性輸入電流20A過(guò)載范圍200%輸出電流10mA匝 數(shù) 比1：2000線(xiàn) 性 度%負(fù)邊直流電阻≈100