電力變壓器智能監測儀的設計與研究

吳旭云，吳旭志，胡東洋

(長春大學 電子信息工程學院，長春 130022)

電力變壓器智能監測儀的設計與研究

吳旭云，吳旭志，胡東洋

(長春大學 電子信息工程學院，長春 130022)

設計采用具有ISP功能的STC89C52RC單片機作為核心，利用了當前最流行的一些新器件構成最小系統。并且外擴模數轉換芯片ADC0809，采用溫度傳感器AD590進行溫度采集，通過電動機線圈下線時反串線圈的方式采集電動勢的變化，從而測取電機氣隙變化，并通過跳線的方式預留所有接口。整個板子的設計體現了結構簡潔明了，功能新穎實用的優點。又有性價比高、簡單易用的優點。整個設計系統包含了模擬量輸入、開關量輸入、人機交互、串口通信、供電模塊電路、LCD液晶顯示電路等模塊。應用于電力變壓器的智能檢測是很好的選擇。

ADC0809;AD590;變壓器;智能檢測

0 引言

協作單位長春諾森電機有限公司，是專為電廠和中大型變電所的中大型電力變壓器配套生產潛油電泵電機和強力通風電機的生產企業，長期以來在全國同類行業中占有相當的份額，企業生產效益好。目前國內對強力冷卻的裝置——異步電動機的實時監測尚屬空白。因此，廠家提出請高校的技術人員同企業的科技人員共同研制電力變壓器的冷卻裝置的實時監測系統。

電力變壓器隨著負載的變化而不斷變化，溫升也隨之時高時低，其變化是動態的，溫升直接影響到電力系統的供電可靠性。溫升的升高必將引起電氣絕緣老化，從而導致變壓器的故障。所以，電力變壓器的散熱是電力變壓器可靠運行的重要條件之一。

本裝置是相關行業急需的配套設備，其產品的研制與開發必將使企業更好地占領市場，因此產品的市場化是不成問題的，必然為企業創造客觀的經濟效益。也更加的提高了電力系統安全供電的可靠性。現如今，全國電力行業正處于蓬勃發展中，電廠、變電所的可靠運行是國家電力運行的必要條件，因此其產品的市場需求還是很大的，前景是很有發展的。

1 方案設計

本設計的主體思路是從兩個方面考慮的:一個是硬件電路設計方面，另一個是軟件編程設計方面。

硬件電路設計方面是以STC89C52單片機作為控制器和數據處理器。如圖1所示。集成溫度傳感器AD590作為現場溫度采集器件，通過ADC0809數模轉化器將傳感器采集的模擬電壓轉換成數字量顯示出來。本設計的顯示部分采用LCD1602液晶顯示。可以很直觀的顯示出采集來的數據。采集電機氣隙變化的下線預埋反串線圈的方式。通過ADC0809數模轉化器將采集來的小于1V的電壓值，通過換算得出電機的噪音分貝值，通過液晶顯示屏顯示出來。另外硬件電路還有顯示時間的功能通過單獨的時鐘芯片進行時鐘設置。防止突然掉電帶來時鐘消失的麻煩。電路還配有四個獨立式功能按鍵及一個單片機復位按鍵，用戶可以根據自己的要求通過按鍵來實現更改時間、查看歷史數據和單獨數據顯示等功能。

軟件編程設計方面是以C語言作為本設計的程序控制語言。由于C語言具有可讀性好、可移植性行強、C語言程序生成代碼質量高、程序執行效率高等優點。通過C程序控制ADC0809數模轉化器的兩路輸入通道，把采集到的兩組數據經過單片機處理后送入液晶顯示器顯示數據。當采集到的數據超出標準值一定額度后由單片機發出報警信號給蜂鳴器，進行聲光報警。

圖1 系統框圖

2 技術關鍵、指標及創新

2.1 主要研究內容

(1)潛油電泵電機的信號采集，采取下線預埋反串線圈產生電動勢方式。

(2)現場數字或模擬儀表與遠程信號傳輸方式的變換，完成實時采集、實時遠程監測。

(3)計算機監測軟件的編程與研發。

2.2 技術關鍵

(1)采集電機氣隙變化的下線預埋反串線圈的方式。

(2)電機運行時考慮運行電機內部電勢與現場高壓電網對本裝置的電磁影響。

(3.)現場數字或模擬儀表與遠程信號傳輸方式間的接口方式，數據轉換的可靠性保證。

(4)預計達到現場可實時監測，遠程控制室可實時監測。

2.3 主要技術指標

(1)實時采集、監測所有的電泵分組的電動機。

(2)實時顯示電動機的運行狀態，氣隙大小，超限報警。

(3)性能穩定，工作可靠，可打印每班記錄。

3 軟件編制流程

整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類:一是監控軟件(主程序)，它是整個控制系統的核心，專門用來協調各執行模塊和操作者的關系。二是執行軟件(子程序)，它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執行軟件也就是一個小的功能執行模塊。這里將各執行模塊一一列出，并為每一個執行模塊進行功能定義和接口定義。各執行模塊規劃好后，就可以規劃監控程序了。

用C語言進行單片機程序設計，采用結構化程序設計思想:在總體設計中采用“自頂而下”(TOP－DOWN)的方法，在程序設計中采用模塊化編程。把整體任務分成一個個子任務，子任務再分子任務，逐層細分，每個子程序都完成其規定的功能，明確輸入輸出。將這些程序連接起來就構成整體流程圖。模塊化編程，每個模塊結構完整，相互獨立的程序段。如液晶模塊的寫控制指令、寫顯示數據、清屏;數據處理中的工程量轉換，均值濾波等。這些程序可以任意調用、修改，使整個程序結構清晰，組合靈活，維護調試方便。主程序框圖如圖2所示。

4 結語

通過對樣機的測試，其測試數據達到了設計要求。樣機軟硬件運行穩定，完全符合工程設計的技術要求，其成果應用于電廠和中大型變電所的中大型電力變壓器配套潛油電泵及強力通風電機的監視和巡檢，必將填補本行業的一個空白，為實現電力系統的可靠運行提供堅實的保證。

圖2 主程序流程圖

［1］ 何立民.單片機應用技術選編10［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2004.

［2］ 馬斌.單片機原理及應用［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［3］ 張毅剛.單片機原理及應用［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］ 王賢勇，郭龍源.單片機原理與應用［M］.北京:科學出版社，2011.

［5］ 吳旭云，吳旭志.專用異步電動機電磁設計軟件的數值計算方法［J］.長春大學學報，2005，15(2):12－14.

［6］ 傅豐禮，唐考鎬.異步電動機設計手冊［M］.2版.北京:機械工程出版社，2011.

Design and Research of Intelligent Monitor for Power Transformer

WU Xu-yun，WU Xu-zhi，HU Dong-yang

(College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China)

This design，taking STC89C52RC single-chip with ISP function as the core，constitutes the smallest system by using the most popular devices，converts chip ADC0809 by external extended modulus and acquisits temperature by adopting temperature sensor AD590.It collects changes of electromotive force through the method of motor opposite connect sensing coils so as to measure the electrical air gap and reserves all interfaces by jumpers.The entire experiment board structure is clear and the function is practical，which has the advantages of high performance-price ratio and simple use.Also，the design contains the modules such as analog input，digital input，human-computer interaction，serial communication，power supply module circuit，LCD liquid crystal display circuit and so on.It is a good choice to apply to the intelligent monitoring of power transformer.

ADC0809;AD590;transformer;intelligent monitoring

TP391.76

A

1009－3907(2011)12－0021－03

2011-05-10

吉林省教育廳“十一五”科技項目(吉教科合字2007第382號)

吳旭云(1963-)，男，河南鄭州人，副教授，碩士，主要從事電機設計及電力工程設計的技術工作。

責任編輯:吳旭云