便携式变压器油光声仪

摘要：应用数字信号处理器（DSP）的特殊资源，采用DSP+AT89C51的双CPU结构,充分发挥了DSP的数据处理能力，通过对实时数据的计算和分析实现了对配电变压器的监测。 关键词：数字信号处理器 DSP 变压器 监测仪 　　1引言　　电力变压器是具有两个或多个绕组的静止设备，为了传输电能，在同一频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电流和电压。在电力系统中变压器是一个主要的设备。随着我国经济的发展，越来越多的配电变压器投入使用，对于配电变压器的运行状况进行监测的工作量也越来越大，以往传统的离线监测方式已经不能满足要求，所以我们开发了一种便携式的配电变压器在线监测仪。　　2 监测仪的总体方案设计　　变压器运行的重要参数包括电压、电流、有功功率、无功功率等，还有故障时的录波数据，根据录波数据判断有无故障出现。在故障判断中我们采用了目前较为先进的小波变换技术，需要硬件中数字信号处理器的支持，相应的我们在硬件中采用了美国TI公司的带有片上A/D转换器的TMS320C240数字信号处理器，在系统功能中它主要完成数据的采集和处理（计算），系统采用DSP+AT89C51的双CPU结构，AT89C51用来完成键盘、结果显示及结果打印及与上位机通信的功能，DSP与AT89C51之间采用双口RAM（IDT7132）交换数据，系统总体方案如图1所示。图1 监测仪总体方案图　　其中EEPROM采用ATMEL公司生产的AT93C46，具有三线制串行接口，操作指令集包括读、写、擦除、全部擦除、写禁止、解除写禁止及写所有地址。它还提供一个可以改变芯片内部结构的引脚ORG，当ORG接高电平时，选择16位存储器结构，对芯片的各种操作以字为单位，若接地或悬空，即选择8位存储器结构，对芯片的各种操作以字节为单位。我们将ORG接高电平，使DSP可以一次读取或写入一个字。　　键盘我们选用通用键盘，包括16个键。除了10个数字键还有：确认键、取消键、选择键、打印键、开始键、复位键。我们选择8279芯片作为键盘接口芯片，它能自动完成键盘的扫描输入，能自动清除按键抖动，并实现多键同时按下的保护，减轻了单片机的软件负担。　　LCD我们选择了带有接口芯片T6963C的点阵式液晶显示器，它可以直接与AT89C51连接，可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式显示，具有内部字符发生器，可管理64K显示缓冲区及字符发生器，允许单片机随时访问显示缓冲区。　　我们预留了打印机接口和与上位机的通信接口，以备作进一步功能扩展之用。　　3 DSP交流采样实时算法　　根据电工原理，周期性变化的电流、电压的有效值公式：　　 　　 　　以上两式离散化得：　　 　　 　　功率的离散化公式为：　　 　　当采样点数时，上述运算表达式具有较高的计算精度。　　监测仪除了检测电流、电压、功率这些运行参数之外，还对变压器的绝缘情况进行监测，常规的电力变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、DGA法、超声波法、RIV法、光测法、射频检测法和化学方法等。我们在研究了各种局放检测方法后，选择了射频检测法，利用罗果夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，测量的信号频率可以达到3万千赫兹。　　4 监测仪软件设计　　 其中DSP负责数据采集和处理（计算），其软件流程图如图2所示。图2 DSP程序流程图　　DSP输出结果即告诉AT89C51可以取结果了，AT89C51可以将结果显示、打印或上传。　　5 监测仪的抗干扰措施　　监测仪的工作环境有各种各样的干扰，回影响其工作可靠性和精度，我们采取了以下抗干扰措施：　　（1）我们采取的抑制差模干扰的方法有对输入信号进行数字滤波，采用双绞屏蔽线。对输入信号进行数字滤波，不但可以减少差模干扰的影响，而且不增加硬件开销，可靠性高，无阻抗匹配问题。　　（2）抑制共模干扰的方法有对信号的输入采用对称输入和浮地输入。　　（3）对互感器的外部设有屏蔽罩，避免互感器的电磁波干扰其他模拟数字电路。　　（4）在电路中加多个去耦电容。　　6 结论　　传统的变压器监测是离线监测，变压器在线监测是发展方向，本文所设计的监测仪是在此方向上的一个探索，相信在此基础上增加系统功能，比如利用现场总线技术组成局部网络，并将数据上传，建立变压器实时数据库和历史数据库及故障诊断专家系统是未来的发展方向，我们的工作也会在这个方向下继续。　　参 考 文 献　　[1] 国家技术监督局，“中华人民共和国国家标准 变压器试验方法”，1996　　[2] 章云等．DSP控制器及其应用．北京：机械工业出版社．2001.8　　[3] 王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．北京航空航天大学出版社．2000.2　　[4] 吴祖航．光纤技术在电力变压器绝缘监测中的应用．高压电器.2001,37(2).32～35　　作者简介：　　刘增良（1959-），男，汉族，河北清苑人，副教授，研究方向为电力系统及其自动化。

油浸式变压器与干式变压器的最大区别就是有没有油，而由于油是液体，具有流动性，油浸式变压器就一定是有外壳的，外壳内部是变压器油，油中浸泡着变压器的线圈，从外面是看不到变压器的线圈的。而干式变压器没有油，就不用外壳了，能直接看到变压器的线圈。 油浸式变压器上面有油枕，内部存放着变压器油，但现在新式油浸变压器也有不带油枕的变压器生产。干式变压器与大气直接接触，适应于比较干燥而洁净的室内，相对湿度不应超过，相对于油式变压器，干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。干式变压器和油浸式变压器的区别还在于干式变压器较为轻便、容易搬运。油浸式变压器较重，但是要求容量大，负载大，稳定，用油浸式变压器较好。 油浸式变压器为了散热方便，也就是为了内部绝缘油的流动散热方便，在外部设计了散热器，就象散热片一样，而干式变压器却没有这个散热器，散热靠变压器线圈下面的风机，该风机有点象家用空调的室内机。油浸式变压器由于防火的需要，一般安装在单独的变压器室内或室外，而干式变压器肯定安装在室内，一般情况下安装在低压配电室内，和低压配电柜并排安装。

1 引言随着电力技术的发展和科技进步， 人们对电力变压器运行的安全、防火、无污染、少维护和使用寿命等要求越来越高。由于干式变压器采用阻燃型绝缘材料，不存在液体泄漏和污染环境的问题，且干式变压器结构简单，维护和检修较油浸变压器方便，同时因其具有体积小、重量轻、占用空间少、安装方便、低损耗及使用寿命长等特点， 因而得到了越来越广泛的应用。干式变压器在平顶山地区的推广应用起步较晚， 但干式变压器作为站用变， 自2000 年以来在110kV 及以上变电站得到了广泛应用。平顶山供电公司现有35kV 及以上变电站53 座，其中有21 座变电站的29 台站用变采用了干式变压器，干式变的型号主要是SC(B)，容量达9 000 kVA。近两年来，新建变电站的站用变一般采用干式变压器。2 干式站用变压器运行现状及存在的问题平顶山供电公司现有干式变压器38 台，有的放置在室内自带防护外壳，也有的直接布置在柜体内，运行条件各异，但总的来说现场实际运行情况良好，故障率较低，但是也发生了一些故障和异常。2.1 温升对干式变压器的运行寿命的影响树脂干式变压器绕组主要由导体(铜导线、铜箔等)、基体(环氧体系)和增强材料构成，经热固化成型。温度能够改变各构成间的界面物理特征，降低物理强度。如果绕组匝间出现微观裂痕，则会增加变压器的局部放电量， 局部放电量的大小决定变压器的寿命长短。一般干式变压器的绝缘等级为F 级，其理论上的耐受温度极限为155℃。超过这一极限绕组的物理强度会发生本质的转折，也视为寿命终结。在实际应用中，由于结构、工艺等差异的影响，实际标准要低于理论上的155℃标准， 一般以110℃为安全极限。2.2 中置式开关柜的散热问题从以往干式变压器的事故分析可以看出， 主要是由于开关柜内通风不畅、散热效果不好、环境温度过高造成的。对平顶山供电公司汇源变电站两台干式变压器运行状况进行监测，汇1号、2 号站用变分别安装在35kV 和10kV 的开关柜内，没有装设温控器和散热通风装置，站用变间隔后柜箱体温度，夏季达到40℃～50℃，里面的热气散不出来。通过查看使用说明书和《干式电力变压器负载导则》，发现干式变压器必须保证良好的自然通风， 干式变压器按标准应配置温度控制箱。运行中的变压器发生异常声响或超温报警，应予重视并采取相应的措施。而汇源变两台站用变压器不具备这些条件， 如果负载比较大， 中置式开关柜采用全封闭型结构， 对散热很不利，一旦变压器因高温使绝缘老化击穿，可能引起开关柜故障。2.3 柜体间距小带来的弊病将干式变压器布置于开关柜中， 可以减少占用面积，为了减小柜体尺寸，厂家通常采用复合绝缘材料等措施减小间距。然而，由于高压开关柜内电场强度复杂，一定气候条件会产生结露，发生闪络后果严重。《3kV～110kV 高压配电装置设计规范》对屋内配电装置的安全净距按照电压等级有明确的规定。近年来，电网建设速度加快，开关柜不断增多，减小间距所带来的弊病也日益凸现。2.4 两台变比不同的变压器不能并联运行的问题将一台站用变设于10kV I 段母线，另一台站用变设于35kV I 段母线(或35kV I 段母线某一小电源线路)。由于有电势差的存在，在两台变压器的二次绕组间便有环流产生，它不是负载电流，但却要占据变压器的容量，增加了变压器的损耗，使变压器的效率降低。当变比不相等时，由于环流的出现，不能使所有并联的变压器同时带上额定负载， 使得并联运行的变压器容量得不到充分利用。所以分别设于35kV 母线和10kV 母线的两台变压器由于变比不同，站用电低压系统不能并联运行。但实际上低压系统往往需要双路供电， 又不能做到每处都设置机械联锁，所以不能完全杜绝并联的情况。【未完，待续】