電力變壓器溫升試驗自動控制裝置的硬件設計

賈春鳳

【摘 要】本文介紹了了一套電力變壓器溫升試驗自動控制裝置，整套裝置以AT89S52單片機為中心，結合AD7912模數轉換器，運用交流同步采樣法，對變壓器溫升試驗自動控制裝置進行了自動化設計。全套裝置包括溫度采集、電信號采集、電信號處理、RS通信、人機交互等模塊，經多次調試和試驗本裝置可以及時測量溫升試驗過程中的溫度變化，使電力變壓器溫升試驗的自動化水平有了一定提高。

【關鍵詞】電力變壓器；溫升試驗；交流同步采樣；單片機

一、引言

變壓器是一種用于改變電壓的裝置，采用電磁感應原理制成。變壓器的效率一般比較高，即使是最普通的電力變壓器效率也能達到95%，一些特大型電力變壓器的效率可達99%，用其來傳遞電能非常節能。在傳輸一定的電功率時，U越大I越小，所以，一般采用高壓輸電的方式來傳送電能。這樣不僅可以節約導線和其他架設費用，而且可以減少線路的損耗。發電機輸出的電壓一般很難達到高壓輸電線路電壓110KV、330KV或500KV，這就需要變壓器來提供升壓，而當電能被送到用戶附近時，又需要通過降壓變壓器來降壓，由電廠到用戶之間的電壓要經過多次升降變化，由此可見電力變壓器是輸變電和供配電系統中使用量非常大的電氣設備。

為了確保變壓器的質量，在出廠之前，必須要對變壓器的進行各種試驗，而采用一些試驗自動控制裝置則是提高試驗精度和效率的有效途徑。

二、主芯片及人機交互模塊

本套溫升試驗自動控制裝置的現場控制部分以AT89S52單片機為核心，整個硬件系統包括溫度采集模塊，電信號采集模塊，人機交互模塊，RS485通信模塊和控制模塊等。系統的總體框圖所示：

人機交互模塊由LCD顯示、按鍵輸入兩部分組成。單片機將系統采集來的各種參數先經一定的運算處理，然后由液晶模塊顯示出來，用戶可以通過鍵盤來選擇查看所需要的電力參數。

按鍵輸入單元是構成人機交互模塊的重要部分。本模塊設計中共有 4個按鍵，分別是：“復位”、“讀取/確定”、“前進”及“后退”。因此，只要設計四個標準的按鍵即可滿足要求。

三、AT89S52與繼電器的連接

繼電器模塊負責溫升試驗過程中的電源自動調節，該模塊對整個試驗過程都起著舉足輕重的作用；此模塊控制電路的設計原理是：每次接點閉合后，相應電路接通，開始調節電源；電量測量回路不斷的采集數據、計算數據，隨后AT89S52單片機根據采集的電量來進行分析與判斷，通過單片機發出的信號來控制繼電器，進而控制由電源控制的4個觸點的開閉，進而控制試驗電源。

四、AT89S52與RS485串口通信模塊的連接

RS-485在較長距離傳輸時需要外接電阻，其阻值與傳輸電纜的阻抗相匹配，接在傳輸總線的兩端即可。

五、溫度采集電路及電壓電流采集模塊設計

本裝置中利用5個DS18B20溫度傳感器測定溫升試驗第一階段的油溫。變壓器的頂層油溫、散熱器的進口油溫和環境溫度、散熱器出口油溫和環境溫度分別由相應的溫度傳感器來測量。由傳感器輸出的數字信號，直接導入單片機內。

電信號采集模塊是用來測量電壓和電流的瞬時值，知道了瞬時值就可以計算出電流和電壓的有效值、有功功率等參數，由于整套裝置的準確性都依賴于信號采集電路的準確性，因此要保證在正常擾動的情況下，系統能正常運行，且滿足精度要求。為了保證數據的采集和實時處理速度，ADC一片12位高速A/D換器，以保證測量和計算的精度要求。此外，為了使電壓和電流的同時性得到保障，本模塊還增加了采樣保持單元。

當儀表不能直接量出被測電壓和電流時，相應的互感器可以通過對電壓和電流進行一定的變換來增加儀表的應用范疇。另外，電壓與電流互感器還具有保護作用，緊急情況下還可以使儀表與主回路斷開，保證工作人員和儀表的安全。

六、結論

本文結合當前變壓器溫升試驗的研究現狀，設計了一套以AT89C52為核心的溫升試驗自動控制裝置。介紹了目前溫升試驗的發展情況，論述了設計電力變壓器溫升試驗自動控制裝置所必須掌握的試驗原理，信號的采樣、濾波等基本知識，正當選擇了系統的主控單片機型號和其他模塊的執行器件，并為每個模塊設計了相應的硬件電路。整套裝置以主控單片機AT89C52模數轉換器，運用交流同步采樣法，對變壓器溫升試驗自動控制裝置進行了自動化設計。

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