【正文】 N2 為次級(jí)。 n : 1++ U2 U11 1 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(jì)（論文） 5 2 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成 不論監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是什么類型，它都應(yīng)包括以下幾個(gè)基本單元 : 1) 信號(hào)的變送 一般由相應(yīng)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它從電氣設(shè)備上監(jiān)測(cè)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(hào)傳送到后續(xù)單元。 2) 信號(hào)的處理 其功能是對(duì)傳感器變送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，將信號(hào)幅度調(diào)整到合適的電平；對(duì)混疊的干擾采用極性鑒別器、濾波器等硬件電路進(jìn)行抑制，以提高系統(tǒng)的信噪比。 4) 信號(hào)的傳輸 將采集到的信號(hào)傳送至后續(xù)單元。對(duì)便攜式監(jiān)測(cè)裝置，只需對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q和隔離即可。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。必要時(shí)需采取進(jìn)一步的措施，例如是否需要退出運(yùn)行、安排維修計(jì)劃等。該系統(tǒng)將在統(tǒng)一的軟硬件結(jié)構(gòu)下監(jiān)測(cè)參量，將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器電流、電壓、油溫狀態(tài)參量。 計(jì)劃研究的系統(tǒng)具備如下功能： 1） 可在線實(shí)時(shí)采集和記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鐵芯接地電流、電壓、頂層油溫各項(xiàng)參數(shù)情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄存儲(chǔ)。 整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)采集和處理單元 、 A/D 轉(zhuǎn)換單元、單片機(jī)、顯示單元、按鍵單元、通信接口等組成。 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(jī) 顯 示 驅(qū) 動(dòng)L C D 1 6 0 2顯 示按 鍵 輸 入單 元G P R S 遠(yuǎn) 程 通 信模 塊兩 路 測(cè) 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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波及 A/D 轉(zhuǎn)換后到單片機(jī) ,經(jīng)通信接口把數(shù)據(jù)上傳至無(wú)線傳輸模塊，再經(jīng)無(wú)線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴?位機(jī)。理論上來(lái)說(shuō)，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(jì)（論文） 7 進(jìn)而經(jīng)過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和綜合分析，就可以對(duì)設(shè)備絕緣的可靠性做出判斷和對(duì)絕緣壽命做出預(yù)測(cè)，這就是在線監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)。 2)如何實(shí)時(shí)而不失真的采集電流、電壓、溫度信號(hào) 。 4)信號(hào)的傳輸方式、量程切換等的處理。下面將會(huì)分模塊分別介紹。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2電壓互感器輸入Header 21 2電流互感器輸入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res120KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_1D1Diode10uFC4Cap210uFC5Cap2D2Diode123P8滑動(dòng)變阻器5V123456789P6Header 9D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRS5V1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14P1LCD160212345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1100KR7Res1123P3DS18B20_2123P2DS18B20_1+5VGPRS 模塊PortPortPortPort+5V 圖 31 系統(tǒng)總體電路圖 Figure 31 Overall system circuit diagram 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 電流 信號(hào)的提取部分 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在提取監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)應(yīng)保證盡量不改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行接線狀態(tài)，因此，將電流信號(hào)的取樣點(diǎn)選擇在 變壓器鐵心外引接線處，選擇電流傳感器作為信號(hào)提取單元。 鐵 芯鐵 芯限 流 電阻 投 切單 元檢 測(cè) 裝 置 圖 32 信號(hào)提取部分結(jié)構(gòu)框圖 Figure 32 Signal extraction of partial structure diagram 電壓電流互感器原理和 使用 在 線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器選擇和測(cè)點(diǎn)布置是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的前提條件，應(yīng)該遵循以下原則 :安全性、可靠性、準(zhǔn)確性、方便性、經(jīng)濟(jì)性。 當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵心電流、電壓很小。因此在該裝置所采用的電流、電壓傳感器應(yīng)具有較寬的線性范圍和變化范圍較大的量程。另外，由于監(jiān)測(cè)時(shí)不可避免的會(huì)有工頻電流流過(guò)，故要求磁心具有較強(qiáng)的抗工頻磁飽和的能力，使磁心不會(huì)因飽和而影響監(jiān)測(cè)。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 10 電壓互感器工作原理 電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。當(dāng)在一次繞組上施加一個(gè)電壓 U1時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生一個(gè)磁通 φ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個(gè)二次電壓 U2。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即 100V，電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等；主要是電磁式的 （ 電容式電壓互感器應(yīng)用廣泛 ） ，另有非電磁式的，如電子式、光電式。 35kV 及以下多制成戶內(nèi)式； 35kV 以上則制成戶外式； 2) 按相數(shù)可分為單相和三相式， 35kV 及以上不能制成三相式； 3) 按繞組數(shù)目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓 互感器除一次側(cè)和基本二次側(cè)外，還有一組輔助二次側(cè)，供接地 保護(hù)用； 4) 按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式。 此外，還有電容式電壓互感器，電容式電壓互感器實(shí)際上是一個(gè)單相電容分壓管，由若干個(gè)相同的電容器串聯(lián)組成，接在高壓相線與地面之間，它廣泛用于110kV～ 330kV 的中性點(diǎn)直接接地的電 網(wǎng)中。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電流互感器工作原理 電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由相互絕緣的一次繞組 、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線端子等組成。 N 1二 次 繞 組鐵 心L 2L 1I 1一 次 繞 組負(fù) 荷ZI 2K 2K 1N 1N 2 圖 33 最簡(jiǎn)化的電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖 Figure 33 The simplified schematic diagram of current transformer structure 由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)， I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比 :I1/I2=N1/N2。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 12 電壓互感器的選擇和采樣電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要且考慮到本設(shè)計(jì)為高壓設(shè)備，要考慮安全性等問題，電壓互感器選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn) GB12071997 《 電壓互感器 》 的 JDZW10 型電壓互感器。如下圖 34 所示。使用過(guò)程選擇額定變壓比為 10000/100 繞組變比的方式，將待測(cè)電壓進(jìn)行準(zhǔn)確變比。 圖 34 JDZW10 型電壓互感器外觀圖 Figure 34 jdzw10 voltage transformer outside View JDZW10 型 電壓互感器的性能和特性概述 功能介紹 : 電壓互感器適用于額定頻率 50Hz，額定電壓 10kV 的電力系統(tǒng)中作電能計(jì)量及儀表監(jiān)測(cè)用，特別適用無(wú)人值守，無(wú)油化變電站，實(shí)行遙測(cè)、遙信、遙調(diào)之用。由于采用戶外環(huán)氧樹脂澆注，產(chǎn) 品具有耐電弧、耐紫外線、耐老化、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等特點(diǎn)。底板上有四個(gè)安裝孔供安裝使用。 2) 表面爬電比距離滿足二級(jí)污穢等級(jí) 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 4) 局部放電水平符合 GB73541987《 互感器局部放電測(cè)量 》 ，其視在放電量不大于 20PC。日平均氣溫不超過(guò) 30℃ 。 電壓互感器采樣和測(cè)量電路設(shè)計(jì) 具體電路 設(shè)計(jì) 采用如下圖 35 的電路，將流過(guò)如上所述電壓互感器之后的安全電壓接入下圖當(dāng)中的電壓互感器輸入端，通過(guò)檢波電路實(shí)現(xiàn)分壓且交流到直流的轉(zhuǎn)換，然后將直流電通過(guò) ADC0832 進(jìn)行采樣，然后將采樣得到的信號(hào)輸入到單片機(jī)。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2電壓互感器輸入Header 290KR2Res110KR3Res1CS_1CLK_1DATA_112345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*D1Diode10uFC4Cap2IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1100KR6Res1 圖 35 電壓互感器采樣和測(cè)量電路圖 Figure 35 Sampling and measurement of voltage transformer circuit diagram 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 14 電流互感器的選擇和電路設(shè)計(jì) 考慮到本設(shè)計(jì)的要求，電流互感器在選擇上面，要求絕緣性較高，要適應(yīng) 10kV的電壓要求，安全性非常重要，必須選擇滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備作為設(shè)計(jì)選取器材。 LBZ10型干式環(huán)氧樹脂澆注電流互感器， 適用額定電壓 10kV、額定頻率 50Hz 的電力系統(tǒng)中的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性 。設(shè)備如下圖 36 所示。適用額定電壓 10kV、額定頻率50Hz 的電力系統(tǒng)中的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性。 2) 額定頻率 50Hz。 4) 額定二次電流 5A。具體方式通過(guò)兩步進(jìn)行，第一步 通過(guò)電流互感器實(shí)現(xiàn)安全采樣，變比為 100:5，然后將交流電流采用采樣電阻進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換。具體電路圖如下圖 37 所示。采用美國(guó) DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器，具有測(cè)溫精準(zhǔn)，達(dá)到 攝氏度，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)，抗老化能力強(qiáng)等綜合優(yōu)點(diǎn)。 GND：電源地端。 DS18B20 具有以下特性 1） 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 2） 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路 集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)