干式变压器介绍

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1、1、引言干式变压器在生产生活中，有着广泛的应用，但是干式变压器使用中出现绕组线圈 低温过热的问题大大缩短变压器使用寿命。针对这个问题，本文设计了一种新型智能温 度控制仪，具有绕组温度测量、变压器温度控制和远程通信等基本功能。首先，本文分析智能温度控制仪的功能和技术要求，对智能温度控制仪进行了总体 分析和设计。然后，设计智能温度控制仪的温度测量电路和软件，就温度测量中的温度 漂移误差，传感器引线电阻误差和电磁干扰问题进行分析，提出具体的解决办法。其次 设计智能温度控制仪的监控系统，分别设计了温度显示、变压器温度控制，工作参数设 定和 RS 一 485 串口通信等功能单元，对由智能温度控制仪组成集

2、散监控系统的问题进行 讨论。此外，对智能温度控制仪的电磁兼容问题进行分析和设计。最后，对本文工作做出总结，展望了干式变压器智能温度控制仪的发展趋势。关键字 智能仪器温度测量变压器微处理器 RS 一 485 集散控制系统2、智能温度控制仪介绍21 智能温度控制仪是一种智能仪器智能仪器是计算机技术车 u 洳量仪器相绪合的产物，是台有微型计算机或微塑处理 器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，其有 一定耪能的作用（表现为智能浆延神和由 B 强等），函而称之为智熊仪器智能温度控制仪 内部采用了美国 Cygnal 公司生产的 C8051F206 单片机实现多通道潺度信号

3、采集和采集数 据处理，根据测蠡到平斌变噩器实对温度控制降温风枫，保证于式变压器工作在设定滠 度范围内，并具有一定的故障渗断功能和于武变压器工作温度纪录的功能。智能温度控 制仪是一种智能仪器，集中表现为以下三个特点：1、实现对测量过程软件控制。微处理 器控制测量通道切换，铡量故障自动诊甑；2、具有数据处理功能。对测量数据进行存储 及运芽豹数掘置理功能是智能仪器最突出的特点，智能温度控制仪的微处理器对溅量数 据的处理改善测量精度，补偿温度漂移的造成误差；并能储存设定羽工作参数；3、智能 仪器具有多种功能。智能温痉控制纹具有最机控带功能、通倍葫能和报警功能。 22 智能温度控制仪的课题背景干式交援器

4、在生产生活中有广泛的使甩。僵燕，千式变压器绕组低温过热的试题， 大大缩短了干式交压器的使用寿命，是运行和制造部门蟥待研究解决的重要问题之一”“。电力变雉器在媾行过程中绝缘系统一直承受着化学性质的老化，该过程是积累性的，且 能罨致绝缘系统失去绝缘性骞良蠢喾亳力设备的安全运行，缩短变雎器使用寿命，造成 了巨大的浪费。保诞千式变压器绕组始终工作在额定温度范围内，是提高变压器使用寿 命，保证电力设备安全置作的重要措施。针对这种情况和工业实际需要，人工智能与机 器入研究所商沈阳菜公司的请求，开展了这方筒的研究工作，井设计了一种薪型智能溢 度控制仪。这种智能濑度控制仪采用了最新的微型处理器C8051F20

5、6,具有独特的温度信 号采集系统，融合了电磁兼容技术，使得它能够具有高精度、高可靠性、高安全性。使 用智能温度控制仪能够控制变压器绕组工作在额定温度范围内,大大提高了干式变压嚣 使用寿命,保证千式变压器安全工作,具有非常重要的社会意义和怠好的经济效益。 23 智能温度控制仪的功能要求(1) 温度测量和显示功能：对干式变压器绕组的温度实时测量,根据需要显示绕组的 最高温度或分别显示三个绕组温度；(2) 仪器故障诊断和显示功能：传感器开路或出现故障时,智能温度控制仪能够诊断 出故障,并发出卢、光信号报警,给出相应的开路指示信号；(3) 干式变压器智能保护功能：干式变压器温度达到一定值时,智能温度控

6、制仪开启 风机,对变压器降温以保证于式变压器绕组运行在额定工作温度范围内；当变压器绕组 温度持续升高超出额定温度范围时,智能温度控制仪发出报警；如果变压器绕组温度达 到危险温度时,智能温度控制仪发出跳闸信号切断电源、保护变压器：(4) “黑匣子”功能：智能温度控制仪可以记录变压器超过危险温度时刻的各相戈皇 温度告，片能k期深存和查阅；LjJ上作参数设定功能；智能温度控制仪的工作参数可重 新设定,方便于根据实际情况调整干式变压器的工作温度；(6) 降温风机的手动控制功能：用户可以手动控制风机的开关；智能温度控制仪在 30 分钟后，重新恢复风机的自动控制；(7) 远程通信的功能：智能温度控制仪可以

7、把干式变压器、降温风机和自身工作状态 和参数传输给远处的监控计算机：也可以接受监控计算机的命令。24 智能温度控制仪的技术要求智能温度控制仪的技术要求以 JBT 一 763 卜 1994变压器用电阻温度计标准为 依据，确定智能温度控制仪的主要技术要求如下：(1) 传感器：PtlOO(2) 测量范围：0. OC 200. 012涮量精度：0. 5级分辨力：0. 122(3) 使用条件：环境温度一 20C一+55C相对湿度85% 电源电压单相220VAC(+lo%、一 15%)电源频率50Hz 一 60Hz(4) 电磁兼容性能：串模干扰和共模干扰：智能温度控制仪对共模2207(AC, 50Hz)或

8、串模200mY(AC, 50Hz)干扰电压，显示和控制附加误差限的绝对值均满足标准要求；电快瞬变试验：智能温度控制仪的电源线和输/k/输出端能承受频率为5KHz、 电压分别为 IKV 和 05KV 的电快瞬变试验,显示值和控制附加误差限绝对值均满足标准 要求；静电干扰：智能温度控制仪能承受 4KV 的静电放电试验,显示值和控制附加争差 限的绝对值均满足标准要求；空问射频干扰：智能温度控制仪能承受频率为27MHz5000MHz,场强为3v / m的 辐射电磁场试验,其显示值和控制附加误差限的绝对值均满足要求。3、智能温度控制器设计介绍(1) 完成的基本内容：智能温度控制仪总体设计。 智能温度控制

9、仪的温度信号测量系统设计。智能温度控制仪的监控系统设计； 智能温度控制仪的电磁兼容性设计；(2) 特色内容： 提出了一种全新的静态多路数据采集系统的温度漂移误差的补偿方法。该方法只要 少量的元器件,配以适当的补偿算法,解决了环境温度变化造成的测量误差。4、智能温度控制仪的基本工作原理智能温度控制仪的基本工作原理图用 2.1 说明：图 2.1 智能温度控制仪工作原理图智能温度控制仪不断巡回监测变压器三相绕组的表面温度，一方面实时显示绕组的温度； 另一方面根据测得绕组的温度值控制降温风机的开启和关闭；绕组温度高于正常温度时， 启动风机对变压器降温；当绕组温度在正常温度范围内时，关闭风机。风机加快干

10、式变 压器周围空气流速，使干式变压器的散出的热量尽快将周围空气带走，从而降低干式变 压器的工作温度。如果绕组温度持续升高，智能温度控制仪发出报警信号，若绕组温度 再升高，切断变压器电源来保护变压器。另外，人们可根据需要设定智能温度控制仪的 工作状态和工作参数。可见智能温度控制仪具有测量和监测两大功能。5、智能温度控制仪的总体构想智能温度控制仪基本功能是测量绕组的温度，按JB/T-76311994变压器用电阻 温度计标准规定，确定传感器是Pt 100（铂电阻）。当环境温度变化时，PtlOO的电阻阻 值变化；采用激励源，把Pt 100的这种阻抗变化转化成电信号；采用小信号放大技术把 这个电信号放大

11、、调理后输入 A/ D 转换器变成数字量；微处理器对这个转换结果（采样 值）进行处理，最后得至H温度。这实际上是个数据采集过程，完成温度测量的功能。可 以把这部分结构定义为智能温度控制仪的一个子系统温度测量子系统。根据智能温度控制仪功能要求，它不仅能够完成温度的测量，它还能够实时显示变 压器绕组温度，通过降温风机控制变压器的工作温度，并且可以根据需要设定温度控制 仪的工作参数等其他功能，把完成这部分功能的部分称为智能温度控制仪的一个子系统 监控子系统。电源在智能仪器中具有特殊的地位，一方面它为系统提供正常工作所需要的电能， 另一方面，它是各种电磁干扰传输的重要通道。为了突出电源的重要性，把电源

12、定义为 智能温度控制仪的一个子系统电源子系统。综合上述，智能温度控制仪系统分解为相对独立的温度测量子系统、监控 r 系统和 电源予系统。整个系统结构可以用图 22 表示。图 2 2 智能温度控制仅系统组成图6、智能温度控制仪的微处理器的选择和使用631 C8051F206 单片机的特点【3】(1) 丰富的模拟外设 12位高精度模数转换器C8051F206I内部集成12位32通道ADc, 32个外部输入每个I / 0 口都可在运行中配 置为AOC输入，可编程转换速率最大达lOOksps,转换无失码，参考电压可以自外部引脚 或VDD,含有可编程增益放大器。两个电压比较器 具有可编程回差比较电压，可

13、以用于产生中断或复位： 电源电压监视器和节电降压检测器(2) 方便的片内 JTAG 调试片 PqJTA6 调试电路提供全速非侵入式的在系统调试，不需仿真器，支持观察和修改 存储器和寄存器，支持断点、观察点，堆栈指示器及单步执行，性能优于采用仿真芯片、 目标仿真头和仿真插座的仿真系统。(3) 高速增强的8051 微控制器内核流水线指令结构， 70的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期，速度可达 25MIPS； 增强的中断系统可有最多 21 个中断源。(4) 存储器 1280字节数据存储器，可满足复杂算法对内存的需要； 8K字节FLASH程序存储器，在系统编程扇区大小为512字节。(5) 丰富的

14、数字外设 32个I/O 口线所有口线均容许5V电压；可同时使用的硬件SpI和UART串口； 3 个通用 16 位计数器/定时器； 专用的看门狗定时器，双向复位。(6) 灵活的时钟源 内部可编程振荡器 z 一 16MHz； 外部振荡器晶体 RC、C 或外部时钟： 可在运行中切换时钟源供节电模式时使用。(7) 使用温度范围大工作的温度范围：-40C-+85C，是工业级的芯片。6. 3. 2采用C8051F206单片机的依据(1) 丰富的可编程I/O 口资源，完全能满足智能温度控制仪的接口扩展的需要。(2) 具有大容量的 RAM 和高速增强的 8051 微控制器内核，为实现复杂的数据算法提 供了基础

15、，满足系统实时性的要求；(3) 方便的片内 JTAG 调试，支持在线系统调试，提高工作效率；(4) 丰富的模拟外设，为系统进一步扩展提供了硬件基础(5) 片内集成的 SPI 接口电路，方便系统外设扩展。(6) 片内的看门狗定时器，电源监视器和时钟源，减少了外部电路，提高了系统可靠 性；6. 3. 3 C8051F206 单片机应用的几个问题(1)5V外围接1=1芯片和3v微处理器的驱动问题这里包括两个方面问题：一个是5V输出驱动3V输入；另一个是3V输出驱动5v输 入。首先讨论第一个问题，将一个5V驱动器接到一个标准3V输入时，由于有电流输入 内部ESD保护器件，可能导致器件损坏或减少使用寿命。C8051F206单片机使用耐5V电 压的输入结构，因此可以用5V输出驱动3V输入，对C8051F206单片机正常使用无影响。7、温度测量子系统设计温度测量子系统在智能温度控制仪中处丁蛰础造。温度测量子系统完成智能温度 控制仪最主要功能绕组温度测量，温度测量子系统的精度决定蹩个系统的精度：测 量结果是智能温度控制仪完成控制、报警等其他功能的基本依掘，它琵惯止常上作对整 个系统起翥决定性作用。参照 JBT 一 76311994变压器用电阻滠度计标准，确定对温度测量子系统的 性能指标有：L1)测量范围：0.