電力變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、文獻(xiàn)綜述電氣工程及自動(dòng)化電力變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛增長(zhǎng)，電力工業(yè)的規(guī)模也日益壯大起來(lái), 這對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器出現(xiàn)異常狀況的監(jiān)視和診斷的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了相應(yīng)的要求。采 用電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置，可以在電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，能快速反映 內(nèi)部氣體變化。本文較為詳細(xì)地介紹了關(guān)于電力變壓器油中溶解氣體的特征、在線監(jiān)測(cè)的原 理及特點(diǎn)，電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電力變壓器監(jiān)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè) 計(jì)及總電路設(shè)計(jì)，電力變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件流程圖等。關(guān)鍵詞：電力變壓器；溶解氣體：在線監(jiān)測(cè)：高壓電氣設(shè)備1、引言隨著社會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展

2、及電力工業(yè)的規(guī)模壯大，為了滿足生產(chǎn)和生活的需求， 電力系統(tǒng)向高電壓、大容量、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性指標(biāo)的要求也越來(lái)越高。從 90年代開(kāi)始，出現(xiàn)以數(shù)字波形采集和處理技術(shù)為核心的微機(jī)多功能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這種監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)連續(xù)的監(jiān)測(cè)各被測(cè)量，監(jiān)測(cè)內(nèi)容豐富，信息量大，處理速度快，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果 可顯示、存儲(chǔ)、打印、報(bào)警。因此，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化，代表了當(dāng)今在線 監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向工。本文的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2、電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)2.1 電力變壓器電力變壓器是電力系統(tǒng)里及其重要的設(shè)備，擔(dān)負(fù)著傳輸電能的職責(zé)。電力變壓器能將交 流電壓按照要求轉(zhuǎn)化成人們生

3、產(chǎn)、生活所需的電壓。額定容量是表征傳輸電能的大小，它能 夠表現(xiàn)功率，當(dāng)額定電壓通過(guò)電力變壓器時(shí)，溫升限值的額定電流即可根據(jù)額定電容來(lái)確定O2.2 電力變壓器油中溶解氣體的特征正常情況下充油電氣設(shè)備內(nèi)絕緣油及絕緣材料投入運(yùn)行后，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，在熱 和電的作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生H2 （氫）、C0 （一氧化碳）、CH4 （甲烷）、C2H6 （乙 烷）、C2H4（乙烯）、C2H2 （乙烘）等用以判斷設(shè)備故障的氣體。因此分析溶解油中氣體成 分，將可以盡早察覺(jué)到潛伏鼓掌，高效的查出故障發(fā)展情況5。2.3 電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)的原理概述電力變壓器早期故障的特征氣體（H2、CO）,在不

4、氣體壓力作用下透過(guò)選擇性氣體滲透 膜進(jìn)入電化學(xué)氣體檢測(cè)器內(nèi)，與空氣中02反映產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。3、電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述電力變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電力變壓器、油氣分離單元、H201R傳感器、 單片機(jī)、以太網(wǎng)控制芯片、服務(wù)器六個(gè)部分組成。電力變壓器油中溶解氣體經(jīng)過(guò)可選擇性的 滲透膜（油氣分離單元）進(jìn)入電化學(xué)氣體檢測(cè)器（H201R傳感器）。在檢測(cè)器里，H2和C0 兩種特征氣體與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)，將產(chǎn)生的電信號(hào)傳入PIC16F877 單片機(jī)中，經(jīng)單片機(jī)處理傳入以太網(wǎng)ENC28J60控制芯片中，最后將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)用

5、以太網(wǎng) 通信方式傳入服務(wù)器中7 8 93.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的氣體傳感器H201R簡(jiǎn)介HYDRAN 201R是加拿大一公司生產(chǎn)在線式電力變壓器早期故障監(jiān)測(cè)裝置，其原理是： H201R儀器分電子箱和傳感器，H201R的傳感器直接安裝在變壓器閥門(mén)上，利用高分子膜的 選擇透過(guò)性，與傳感器內(nèi)部的燃料電池發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)放大后顯示 在電子箱顯示屏上，根據(jù)燃料電池對(duì)不同氣體的敏感程序及高分子膜的選擇性，顯示屏顯示 讀數(shù)值Co3.3 3 PIC16F877 單片機(jī)PIC16F877具有Flash program程序內(nèi)存功能，屬于PlCmicro系列單片微機(jī)，是由 Microchip公司所生

6、產(chǎn)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，并且能將程序重復(fù)燒錄，常被用于新產(chǎn)品的開(kāi)放：而 其內(nèi)建ICD（In Circuit Debug）功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，觀看緩存 器內(nèi)容，進(jìn)行如暫停微處理器等，能夠讓編程者可以盡快對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)、開(kāi)發(fā)。3.4 PIC16F877單片機(jī)的外圍電路設(shè)計(jì)3.4.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)PIC16F877單片機(jī)振蕩電路與整體系統(tǒng)工作速度有直接的關(guān)系，單片機(jī)工作時(shí)是逐條從 ROM中讀取指令，然后逐條執(zhí)行指令。單片機(jī)訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期。單片 機(jī)就是在時(shí)鐘的控制下有條不絮地讀取指令然后執(zhí)行，如此重復(fù)。73. 4. 2復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在工作之前都要進(jìn)行復(fù)位，如圖3

7、-4是PIC16F877單片機(jī)的綜合復(fù)位電路，該復(fù) 位電路不僅可以在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，還可以在程序運(yùn)行中通過(guò)按鍵產(chǎn)生的正脈沖進(jìn)行手動(dòng)復(fù) 位。PIC16F877的工作電壓為5V,連接Pinll與Pin32, Pinl2與Pin31為地線接腳：復(fù)位 電路連接Pinl,按下Reset后，內(nèi)部指令重頭開(kāi)始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作：二。3.5 電力變壓器監(jiān)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)H201R傳感器接于PIC16F877單片機(jī)引腳Pin2 (RAO/ANO),油中溶解氣體與空氣中氧 氣反應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)，通過(guò)I/O 口 Pin2 (RAO/ANO)模擬量輸入引腳輸入PIC16F877單片機(jī)。 單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)處理后，

8、如果信號(hào)超出設(shè)定的閥值，通過(guò)I/O 口 Pinl9 (RDO/PSPO) 引腳連接的LED管進(jìn)行報(bào)警。3.6 電力變壓黠遠(yuǎn)程監(jiān)控制模塊ENC28J60是美國(guó)微芯科技公司推出的28引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器，。一些器件，比如像 DM9008、RTL8019. LAN91C111等不僅體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且價(jià)格也是比較昂貴的。而 市場(chǎng)上符合IEEE 802. 3協(xié)議的ENC28J60只有28引腳，它的好處是簡(jiǎn)單原有的設(shè)計(jì)，在空 間上減輕負(fù)擔(dān)，又多了相應(yīng)的功能。SPI接口使小型單片機(jī)也有了網(wǎng)絡(luò)連接的功能，綜合來(lái) 看，操作簡(jiǎn)單便捷13。3.7 電力變壓器監(jiān)控系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介利用ENC28J60可以構(gòu)成不

9、同功能的網(wǎng)絡(luò)終端行點(diǎn)，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備等。 佟13-8所示為基于ENC28J60的嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口的系統(tǒng)總電路原理圖。電路中有：網(wǎng)絡(luò)連接 狀態(tài)的顯示主要通過(guò)2個(gè)LED燈，還囊括了是否進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、連接是否建立、連接速度如 何、雙工模式等等；高速局域網(wǎng)電磁隔離模塊，ENC28I60的物理端口和HR901170A隔離電 力變壓器的連接有沒(méi)有符合IEEE802. 3的要求；偏值電阻R3的必需性。例如RJ45的插孔與 隔離電力變壓器之間的間隔應(yīng)盡量縮小，輸入和輸出差分信號(hào)對(duì)的走線要有較好的隔離。本 設(shè)計(jì)中PIC16F877的SPI配置為主機(jī)模式，以太網(wǎng)芯片ENC28J60為從設(shè)備。根據(jù)ENC2

10、8J60 的SPI讀寫(xiě)時(shí)序，PIC16F877的SPI工作模式應(yīng)設(shè)置為模式0 PIC16F877通過(guò)將ENC28J60 的CS引腳設(shè)置為低實(shí)現(xiàn)與其的同步。4、軟件設(shè)計(jì)3.8 PIC單片機(jī)開(kāi)發(fā)的環(huán)境MPLAB IDE v7.51是美國(guó)微芯片(Microchip)公司的單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的應(yīng)用軟件.綜 合的編輯器、項(xiàng)目管理器和設(shè)計(jì)平臺(tái)，適用于使用Microchip的PlCmicro®系列單片 機(jī)進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。MPLAB IDE是適用于PlCmicro®系列單片機(jī)和dsPICTM 數(shù)字信號(hào)控制器，基于Windows®操作系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。4. 2電力變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)

11、測(cè)系統(tǒng)軟件流程圖本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4-2所示。首先PIC16F877單片機(jī)SPI初始化：通過(guò)SPI接口 以太網(wǎng)芯片EMCJ60初始化；設(shè)置端口 PORTD為輸出；ADC模塊的中斷標(biāo)志位清0：選擇RA0 為模擬輸入通道；設(shè)置ADC模塊的參考電壓：設(shè)置ADC模塊的工作時(shí)鐘：調(diào)用ADC模塊的轉(zhuǎn) 換子程序；調(diào)用判斷子程序：調(diào)用延時(shí)子程序：通過(guò)SPI向以太網(wǎng)芯片ENC28J60發(fā)送數(shù)據(jù)。 5、結(jié)論開(kāi)發(fā)高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一門(mén)跨學(xué)科的課題，它涉及電子電路學(xué)、pic單片機(jī)、 以太網(wǎng)控制器等多個(gè)領(lǐng)域。從電力變壓器在我國(guó)變電站中的使用方式和特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)供電部門(mén)的要求和實(shí)際生產(chǎn) 生活用電水平和現(xiàn)狀，給

12、出了一種比較適合我國(guó)國(guó)情的在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn) 的電力變壓器油中溶解氣體實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1莊興元.電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景J.電工技術(shù)雜志，2003,15 (3): 1923.2郭碧紅，楊曉洪.我國(guó)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用狀況分析J.電網(wǎng)技術(shù)，1999,23 (8): 6568.3史保壯，周良才，芮冬陽(yáng).變壓器絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介J.廣東電力， 1999, 12(2):45-49.4王乘仁.變電站絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J.電站系統(tǒng)工程,2002,18(1) :57-59.5蘇鵬聲,王歡.電力系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)分析J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003,22

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