1引言

  電力變壓器是具有兩個(gè)或多個(gè)繞組的靜止設(shè)備,為了傳輸電能,在同一頻率下,通過電磁感應(yīng)將一個(gè)系統(tǒng)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一個(gè)系統(tǒng)的電流和電壓。在電力系統(tǒng)中變壓器是一個(gè)主要的設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多的配電變壓器投入使用,對(duì)于配電變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測的工作量也越來越大,以往傳統(tǒng)的離線監(jiān)測方式已經(jīng)不能滿足要求,所以我們開發(fā)了一種便攜式的配電變壓器在線監(jiān)測儀。
 
  2 監(jiān)測儀的總體方案設(shè)計(jì)
  變壓器運(yùn)行的重要參數(shù)包括電壓、電流、有功功率、無功功率等,還有故障時(shí)的錄波數(shù)據(jù),根據(jù)錄波數(shù)據(jù)判斷有無故障出現(xiàn)。在故障判斷中我們采用了目前較為先進(jìn)的小波變換技術(shù),需要硬件中數(shù)字信號(hào)處理器的支持,相應(yīng)的我們在硬件中采用了美國TI公司的帶有片上A/D轉(zhuǎn)換器的TMS320C240數(shù)字信號(hào)處理器,在系統(tǒng)功能中它主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理(計(jì)算),系統(tǒng)采用DSP+AT89C51的雙CPU結(jié)構(gòu),AT89C51用來完成鍵盤、結(jié)果顯示及結(jié)果打印及與上位機(jī)通信的功能,DSP與AT89C51之間采用雙口RAM(IDT7132)交換數(shù)據(jù),系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
2.png
  其中EEPROM采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT93C46,具有三線制串行接口,操作指令集包括讀、寫、擦除、全部擦除、寫禁止、解除寫禁止及寫所有地址。它還提供一個(gè)可以改變芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳ORG,當(dāng)ORG接高電平時(shí),選擇16位存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),對(duì)芯片的各種操作以字為單位,若接地或懸空,即選擇8位存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),對(duì)芯片的各種操作以字節(jié)為單位。我們將ORG接高電平,使DSP可以一次讀取或?qū)懭胍粋(gè)字。
  鍵盤我們選用通用鍵盤,包括16個(gè)鍵。除了10個(gè)數(shù)字鍵還有:確認(rèn)鍵、取消鍵、選擇鍵、打印鍵、開始鍵、復(fù)位鍵。我們選擇8279芯片作為鍵盤接口芯片,它能自動(dòng)完成鍵盤的掃描輸入,能自動(dòng)清除按鍵抖動(dòng),并實(shí)現(xiàn)多鍵同時(shí)按下的保護(hù),減輕了單片機(jī)的軟件負(fù)擔(dān)。
  LCD我們選擇了帶有接口芯片T6963C的點(diǎn)陣式液晶顯示器,它可以直接與AT89C51連接,可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式顯示,具有內(nèi)部字符發(fā)生器,可管理64K顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器,允許單片機(jī)隨時(shí)訪問顯示緩沖區(qū)。
  我們預(yù)留了打印機(jī)接口和與上位機(jī)的通信接口,以備作進(jìn)一步功能擴(kuò)展之用。
 
  3 DSP交流采樣實(shí)時(shí)算法
  根據(jù)電工原理,周期性變化的電流、電壓的有效值公式:
3.png
  監(jiān)測儀除了檢測電流、電壓、功率這些運(yùn)行參數(shù)之外,還對(duì)變壓器的絕緣情況進(jìn)行監(jiān)測,常規(guī)的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學(xué)方法等。我們在研究了各種局放檢測方法后,選擇了射頻檢測法,利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點(diǎn)處測取信號(hào),測量的信號(hào)頻率可以達(dá)到3萬千赫茲。
 
  4 監(jiān)測儀軟件設(shè)計(jì)
     其中DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理(計(jì)算),其軟件流程圖如圖2所示。
4.png
  DSP輸出結(jié)果即告訴AT89C51可以取結(jié)果了,AT89C51可以將結(jié)果顯示、打印或上傳。
 
  5 監(jiān)測儀的抗干擾措施
  監(jiān)測儀的工作環(huán)境有各種各樣的干擾,回影響其工作可靠性和精度,我們采取了以下抗干擾措施:
 。1)我們采取的抑制差模干擾的方法有對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波,采用雙絞屏蔽線。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波,不但可以減少差模干擾的影響,而且不增加硬件開銷,可靠性高,無阻抗匹配問題。
  (2)抑制共模干擾的方法有對(duì)信號(hào)的輸入采用對(duì)稱輸入和浮地輸入。
  (3)對(duì)互感器的外部設(shè)有屏蔽罩,避免互感器的電磁波干擾其他模擬數(shù)字電路。
 。4)在電路中加多個(gè)去耦電容。
 
  6 結(jié)論
  傳統(tǒng)的變壓器監(jiān)測是離線監(jiān)測,變壓器在線監(jiān)測是發(fā)展方向,本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)測儀是在此方向上的一個(gè)探索,相信在此基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)功能,比如利用現(xiàn)場總線技術(shù)組成局部網(wǎng)絡(luò),并將數(shù)據(jù)上傳,建立變壓器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫及故障診斷專家系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向,我們的工作也會(huì)在這個(gè)方向下繼續(xù)。
 
  參 考 文 獻(xiàn)
  [1] 國家技術(shù)監(jiān)督局,“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 變壓器試驗(yàn)方法”,1996
  [2] 章云等.DSP控制器及其應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2001.8
  [3] 王幸之等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2000.2
  [4] 吳祖航.光纖技術(shù)在電力變壓器絕緣監(jiān)測中的應(yīng)用.高壓電器.2001,37(2).32~35