電力變壓器智能監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)與研究

吳旭云，吳旭志，胡東洋

(長(zhǎng)春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022)

電力變壓器智能監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)與研究

吳旭云，吳旭志，胡東洋

(長(zhǎng)春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022)

設(shè)計(jì)采用具有ISP功能的STC89C52RC單片機(jī)作為核心，利用了當(dāng)前最流行的一些新器件構(gòu)成最小系統(tǒng)。并且外擴(kuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，采用溫度傳感器AD590進(jìn)行溫度采集，通過電動(dòng)機(jī)線圈下線時(shí)反串線圈的方式采集電動(dòng)勢(shì)的變化，從而測(cè)取電機(jī)氣隙變化，并通過跳線的方式預(yù)留所有接口。整個(gè)板子的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，功能新穎實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。又有性價(jià)比高、簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含了模擬量輸入、開關(guān)量輸入、人機(jī)交互、串口通信、供電模塊電路、LCD液晶顯示電路等模塊。應(yīng)用于電力變壓器的智能檢測(cè)是很好的選擇。

ADC0809;AD590;變壓器;智能檢測(cè)

0 引言

協(xié)作單位長(zhǎng)春諾森電機(jī)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(chǎn)潛油電泵電機(jī)和強(qiáng)力通風(fēng)電機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)，長(zhǎng)期以來在全國同類行業(yè)中占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，企業(yè)生產(chǎn)效益好。目前國內(nèi)對(duì)強(qiáng)力冷卻的裝置——異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尚屬空白。因此，廠家提出請(qǐng)高校的技術(shù)人員同企業(yè)的科技人員共同研制電力變壓器的冷卻裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

電力變壓器隨著負(fù)載的變化而不斷變化，溫升也隨之時(shí)高時(shí)低，其變化是動(dòng)態(tài)的，溫升直接影響到電力系統(tǒng)的供電可靠性。溫升的升高必將引起電氣絕緣老化，從而導(dǎo)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(yùn)行的重要條件之一。

本裝置是相關(guān)行業(yè)急需的配套設(shè)備，其產(chǎn)品的研制與開發(fā)必將使企業(yè)更好地占領(lǐng)市場(chǎng)，因此產(chǎn)品的市場(chǎng)化是不成問題的，必然為企業(yè)創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益。也更加的提高了電力系統(tǒng)安全供電的可靠性。現(xiàn)如今，全國電力行業(yè)正處于蓬勃發(fā)展中，電廠、變電所的可靠運(yùn)行是國家電力運(yùn)行的必要條件，因此其產(chǎn)品的市場(chǎng)需求還是很大的，前景是很有發(fā)展的。

1 方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主體思路是從兩個(gè)方面考慮的:一個(gè)是硬件電路設(shè)計(jì)方面，另一個(gè)是軟件編程設(shè)計(jì)方面。

硬件電路設(shè)計(jì)方面是以STC89C52單片機(jī)作為控制器和數(shù)據(jù)處理器。如圖1所示。集成溫度傳感器AD590作為現(xiàn)場(chǎng)溫度采集器件，通過ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)化器將傳感器采集的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示出來。本設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)。采集電機(jī)氣隙變化的下線預(yù)埋反串線圈的方式。通過ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)化器將采集來的小于1V的電壓值，通過換算得出電機(jī)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(shí)間的功能通過單獨(dú)的時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置。防止突然掉電帶來時(shí)鐘消失的麻煩。電路還配有四個(gè)獨(dú)立式功能按鍵及一個(gè)單片機(jī)復(fù)位按鍵，用戶可以根據(jù)自己的要求通過按鍵來實(shí)現(xiàn)更改時(shí)間、查看歷史數(shù)據(jù)和單獨(dú)數(shù)據(jù)顯示等功能。

軟件編程設(shè)計(jì)方面是以C語言作為本設(shè)計(jì)的程序控制語言。由于C語言具有可讀性好、可移植性行強(qiáng)、C語言程序生成代碼質(zhì)量高、程序執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。通過C程序控制ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)化器的兩路輸入通道，把采集到的兩組數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后送入液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)值一定額度后由單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給蜂鳴器，進(jìn)行聲光報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 技術(shù)關(guān)鍵、指標(biāo)及創(chuàng)新

2.1 主要研究?jī)?nèi)容

(1)潛油電泵電機(jī)的信號(hào)采集，采取下線預(yù)埋反串線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方式。

(2)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字或模擬儀表與遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸方式的變換，完成實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

(3)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的編程與研發(fā)。

2.2 技術(shù)關(guān)鍵

(1)采集電機(jī)氣隙變化的下線預(yù)埋反串線圈的方式。

(2)電機(jī)運(yùn)行時(shí)考慮運(yùn)行電機(jī)內(nèi)部電勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)高壓電網(wǎng)對(duì)本裝置的電磁影響。

(3.)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字或模擬儀表與遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸方式間的接口方式，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可靠性保證。

(4)預(yù)計(jì)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程控制室可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

(1)實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)所有的電泵分組的電動(dòng)機(jī)。

(2)實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，氣隙大小，超限報(bào)警。

(3)性能穩(wěn)定，工作可靠，可打印每班記錄。

3 軟件編制流程

整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)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(jiān)控軟件(主程序)，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件(子程序)，它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。

用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想:在總體設(shè)計(jì)中采用“自頂而下”(TOP－DOWN)的方法，在程序設(shè)計(jì)中采用模塊化編程。把整體任務(wù)分成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，子任務(wù)再分子任務(wù)，逐層細(xì)分，每個(gè)子程序都完成其規(guī)定的功能，明確輸入輸出。將這些程序連接起來就構(gòu)成整體流程圖。模塊化編程，每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)完整，相互獨(dú)立的程序段。如液晶模塊的寫控制指令、寫顯示數(shù)據(jù)、清屏;數(shù)據(jù)處理中的工程量轉(zhuǎn)換，均值濾波等。這些程序可以任意調(diào)用、修改，使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，組合靈活，維護(hù)調(diào)試方便。主程序框圖如圖2所示。

4 結(jié)語

通過對(duì)樣機(jī)的測(cè)試，其測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。樣機(jī)軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定，完全符合工程設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，其成果應(yīng)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(qiáng)力通風(fēng)電機(jī)的監(jiān)視和巡檢，必將填補(bǔ)本行業(yè)的一個(gè)空白，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保證。

圖2 主程序流程圖

［1］ 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編10［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［2］ 馬斌.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［3］ 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］ 王賢勇，郭龍?jiān)?單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.

［5］ 吳旭云，吳旭志.專用異步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)軟件的數(shù)值計(jì)算方法［J］.長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15(2):12－14.

［6］ 傅豐禮，唐考鎬.異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京:機(jī)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(xiàng)目(吉教科合字2007第382號(hào))

吳旭云(1963-)，男，河南鄭州人，副教授，碩士，主要從事電機(jī)設(shè)計(jì)及電力工程設(shè)計(jì)的技術(shù)工作。

責(zé)任編輯:吳旭云