智能變電站變壓器在線監測系統的設計與實現

張智杰

摘要：變壓器是電力系統中的核心設備，其運行安全性直接影響著整個電網的安全可靠運行。目前，變壓器在線監測普遍存在以下問題：一臺變壓器有多種監測裝置，各監測裝置兼容性差，監測信息各自孤立，未得到全面綜合的利用。為了提高變壓器狀態評估與故障診斷的水平，本文對變壓器綜合在線監測技術進行研究，主要從智能感知技術和狀態監測數據分析處理算法兩方面開展。

關鍵詞：智能變電站;變壓器在線監測系統;設計;實現

1變壓器監測技術及應用現狀

變壓器正常運行或故障前后均伴有“點、聲、光、化、熱”等多種特征信息，通過對這些特征信息的在線監測，感知并分析變壓器狀態，從而可發現和消除變壓器的缺陷和隱患，進而避免變壓器故障引發的電網安全事故。目前，大多數監測系統廠家的設備都是對單一參數進線監測，而靠單一的性能指標只能從某一側面反映變壓器的絕緣狀態。為此，亟待推動多種感知手段與變壓器設備融合設計，多種參數綜合判定，實現數據融合互補，對于提高變壓器在線監測的可靠性尤為重要。

2變壓器在線監測系統軟件設計

2.1主控板軟件功能

（1）數據采集。主控板每個周期采樣多次，可以定期采集96路高電壓信號模擬量，數據存儲在RAM中，可以作為監控量數據傳至PC機。主控板上使用數字信號處理器完成數字信號采樣。數字信號處理器的電路輸入和輸出具有線性關系，可以通過調整電阻器來調整信號間隔。隨著轉換電路放大系數的變化，信號的零點（對應4mA的輸出電流）會相應地改變。當輸入輸出比調整到250時，4～20mA的輸入電流可以轉換成1～5V的電壓信號。LM317是一款輸出電壓可調的芯片，其輸出值可以通過調節其中的電阻R7來改變。在數據采樣完成后，還應計算存儲器中儲存的采樣數據。（2）確定系統的運行狀態。主控板通過讀取采樣間隔內的開入量或開出量，可以確定系統的運行狀態。（3）數據傳輸。主控板遵循“先進先出”原則，通過控制器局域網可以將數據傳至管理板。

2.2局部放電采集單元

局部放電雖然時間短，能量也很小，但具有很大的危害性，它的長期存在將對絕緣材料產生較大的破壞作用。局部放電檢測能夠提前反映變壓器的絕緣狀況，及時發現設備內部的絕緣缺陷，從而預防潛伏性和突發性事故的發生。變壓器內部發生局部放電時，其信號的頻譜很寬，放電過程可激發出數百甚至數千兆赫茲的特高頻電磁波信號。通過在變壓器本體安裝傳感器獲取特高頻電磁波信號，可實現對局部放電的檢測。特高頻法抗干擾能力強、靈敏度高、實時性好且能進行故障定位，具有較好的感知效果，可根據特高頻電磁波的變化情況確定變壓器是否發生局部放電。

2.3管理板軟件功能

儀表板可以接收來自主儀表板的數據，并將參數信息存儲在RAM存儲器中。數據由數字信號處理器（TMS320F206）處理，并根據需要傳輸到輸出板、顯示板或上位機通信系統。另外，管理板內有一個8路開放信號，可發送至主控板同步信號，保證各主機運行有序，無混亂。在條件允許的情況下，董事會可以查詢主控板的設定值，并在取得相應權限后修改主控板的設定值。無運行狀態參數監控時，管理板有權查詢主控板的運行狀態。當檢測到主控板故障時，管理板能迅速做出反應，記錄各種異常參數。在調試狀態下，可以使用駕駛模式測試數據或手動模擬數據來簡化裝置的測試。管理委員會可發出指令，允許主控制板收集數據。為了使主控板能夠同步開始收集數據，管理委員會可以在一定的時間間隔內同步每個主控板，以同步每個主控板接收到的指令。

2.4通用變壓器性能在線監測

變壓器發生故障時造成的影響很大，因此變壓器保護必須非常完善，反映變壓器本體內部故障的非電量保護（如變壓器的油溫、繞組溫度、油位、壓力釋放等）也必須引起足夠重視。變壓器油溫關系到變壓器絕緣材料壽命，當變壓器內有機絕緣材料老化時，其機械強度降低，無法承受正常工作的外力，因此需設置變壓器油溫監測，通過傳感器將溫度信號轉換為標準的4～20mA電信號接入采集單元。有資料統計表明，變壓器鐵芯問題在變壓器故障中占比是第三位，因此設置鐵芯電流傳感器，傳感器輸出轉換為標準的4～20mA電信號接入采集單元，實現鐵芯接地監測。

2.5上位機管理軟件功能

上位機管理軟件在Windows操作系統中運行。一臺上位機可以配置多臺下位機。上位機管理軟件的功能主要包括監控數據顯示、變壓器故障原因分析和啟動參數設置。特別是變壓器參數數據處理、變壓器在線狀態診斷分析、自動定時、遠程傳輸、接收下位機發送的監測數據、向下位機發送新的整定參數，是上位機管理軟件的功能。運營管理。當電氣設備正常運行時，管理軟件可對設備狀態和運行參數進行監控，通過實時計算和顯示交流頻率值和通道波形（根據電流、電壓信號進行跟蹤）來控制各開關的開、關。此外，管理軟件還可以檢查和更改設備設置，并管理數據內存分配。調試管理。當電氣設備停機需要進行維護調試時，管理軟件可對仿真通道進行檢查和調整，檢查監控環境和監控數據的存儲狀態，查詢監控設備的運行狀態，讀取和修改時間和日期，完成監控數據記錄和系統調試。

3結論

本文詳細分析了基于單片機的在線監測系統的裝置結構和工作原理，并詳細分析了裝置各部分在系統中的功能。系統硬件包括電源電路、模擬數據采集電路、開關量輸入輸出電路、顯示模塊、鍵盤模塊和通信模塊。輸入模擬值包括變壓器的電壓、電流和頻率。每個設備和結構都有自己的工作任務。變壓器可根據主機設置程序進行監控。監測結果可以通過顯示器直接顯示，也可以將數據傳輸到單片機上。整個過程是自動化的。通過各部分的協調配合，建立了變壓器在線智能監測系統。

參考文獻

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