電力變壓器在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究

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1、摘要：針對電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實時性的要求，提出了—?種基于C8051F020單片機控制的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)，進行了電源電路及信號調(diào)理電路的設(shè)計。建立了基丁?信息融合技術(shù)的變壓器解能故障診斷模式，將各種特征信息融合后對變壓器的故障進行診斷，提高了診斷的町靠性和準(zhǔn)確性。中國論文網(wǎng)關(guān)鍵詞：電力變壓器在線監(jiān)測故障診斷信息融合中圖分類號：TM4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9416(2012)10-0127-03電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備Z—，其安全、可靠運行是保證整個電力系統(tǒng)可靠供電的基礎(chǔ)［1-3］。電力變壓器發(fā)牛故障會直接影響電力系統(tǒng)

2、的安全運行，同時會給電力企業(yè)及電力用戶帶來極大的經(jīng)濟損失。目前電力系統(tǒng)向超高壓、大電網(wǎng)及口動化方向快速發(fā)展，變壓器工作故障對電力系統(tǒng)安全、可靠運行的影響和危害與日劇增。由于電力變壓器故障的發(fā)展過程與運行環(huán)境、負荷容量及絕緣狀況相關(guān)，通過采用預(yù)防性維修方法很難及時發(fā)現(xiàn)一些潛在故障，預(yù)防性維修不僅費用高而H-對絕緣等發(fā)展性故障反應(yīng)不夠靈敏［4-5］。因此，對變壓器運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測是非常必要的，在線監(jiān)測技術(shù)結(jié)介變壓器故障智能診斷可以及時發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的事故隱患，降低事故風(fēng)險，防患于未然。1、變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計變壓器在線監(jiān)測項目主要有局部放電監(jiān)測、有載分

3、接開關(guān)的監(jiān)測、套管介損因數(shù)的監(jiān)測、負荷電壓、電流、功率的因數(shù)的監(jiān)測、繞組溫度的監(jiān)測、汕中微水、溶解氣體的在線監(jiān)測等。通過這些項目的在線監(jiān)測對變壓器進行全方位的監(jiān)測，獲得有關(guān)變壓器運行狀態(tài)較為詳細的信息，通過這些特征信息結(jié)合變壓器故障智能診斷系統(tǒng)判斷變壓器有無異常。變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由多通道傳感器數(shù)據(jù)采集、傳感器信號預(yù)處理、監(jiān)視現(xiàn)場顯示、上位機監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊模塊以及核心處理器C8051F020的外由電路組成。通過實時數(shù)據(jù)采集模塊將微水含屋傳感器、溫度傳感器以及多路氣敏傳感器所采集的模

4、擬信號經(jīng)濾波、放人后送入C8051F020的ADC轉(zhuǎn)換接口，進行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量存儲于單片機的存儲器中。通過數(shù)據(jù)初步判斷和簡單故障診斷處理，將處理結(jié)果在監(jiān)測現(xiàn)場液品顯示屏上簡要顯示以便現(xiàn)場倍息獲取和維護管理，同時處理器將實時采集數(shù)據(jù)、采集口期信息和預(yù)處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊模塊上傳給上位機的遠程監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)，然后進行詳細的記錄、分析和故障診斷。系統(tǒng)核心處理器采用C8051F020單片機，其內(nèi)有高速的微控制器內(nèi)核，流水線指令結(jié)構(gòu),每條指令的執(zhí)行時間可達25M1PS；片內(nèi)64K字節(jié)的FLASH程序存儲器，4352字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM,

5、64K字節(jié)閃速存儲器,4K字節(jié)的內(nèi)部XRAM數(shù)據(jù)存儲器,無須外加ROM和RAM,有利于電路的微型化設(shè)計。片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過4線JTAG接口可以實現(xiàn)非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調(diào)試，片內(nèi)專川看門狗定時器，可保障系統(tǒng)的可靠運行，64個通用T/0接口，主要完成人機接口功功能。1.1系統(tǒng)電源電路的設(shè)計由于C8051F020的T/0輸入輸出供電電源為5V,其內(nèi)核及片內(nèi)外設(shè)供電電源為3.3V,因此系統(tǒng)要使用兩組穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)穩(wěn)壓5V電源電路如圖2所示。220V的交流電首先經(jīng)過降壓變壓器降壓，將降壓后的交流電經(jīng)整流橋整流為直流，經(jīng)C1濾波后進入LM7805穩(wěn)壓模塊，

6、R1分壓后最終輸出5V直流電。將5V直流電再使川低壓差電源芯片LM1117MPX-3.3芯片穩(wěn)壓輸出3.3V,LM1117MPx-3.3芯片具有輸出電流大、輸出電壓精度高、穩(wěn)定性好等特點。系統(tǒng)3.3v電源電路如圖3所示1.2信號調(diào)理電路的設(shè)計C8051F020內(nèi)令12位的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過軟件編程就可以實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器檢測的模擬量都是弱電信號，并且含有混売的高頻噪音信號，因此，在檢測信號接入C8051E020的A/D接口前必須經(jīng)過信號調(diào)理電路。電流傳感器信號調(diào)理電路如圖4所示,傳感器信號經(jīng)R2分壓作川，在信號輸入

7、點轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)R3和C8紐成的低通濾波冋路，有效濾除信號中混疊的高頻噪聲信號，瑕后山高精度運算放大器LM358跟隨放大，將放大后的信號輸出到單片機的A/D引腳。電壓型傳感器信號調(diào)理電路如圖5所示，弱電壓信號首先經(jīng)過初級濾波進入同相輸入端，即保證與反向輸入端電阻構(gòu)成跟隨放大電路，也可滿足線路高阻抗匹配特性，能有效濾除電壓噪聲干擾。傳感器信號調(diào)理模塊和單片機A/D釆樣模塊共同完成了變壓器在線監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字濾波，是監(jiān)測系統(tǒng)獲取有用信息及止確開展御能診斷工作的基礎(chǔ)。2、基于信息融合技術(shù)的變壓器故障診斷變壓器因其制造工藝的復(fù)雜性及運行環(huán)境的不穩(wěn)定性造成

8、了變壓器故障機理的復(fù)雜性，其表現(xiàn)為同-?種故障模式有