（电力系统及其自动化专业论文）基于短路电抗分析的变压器绕组变形在线监测的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t t r a n s f o r m e r sp l a yak e yr o l ei ne l e c t r i cp o w e rs y s t e m t h es a f er u n n i n go f t r a n s f o r i n e r si so fg r e a ti m p o r t a n c ef o re n s u r i n gt h en o r m a lr m m i n go fe l e c t r i c p o w e rs y s t e m t h e r a t eo ft r a n s f o r m e rf a i l u r e sc a u s e d b y t h e w i n d i n gf o r d e f o r m a t i o nr e m a i n s h i g h s o t h eo h - l i n e m o n i t o r i n g o ft h ec o n d i t i o n o f t r a n s f o r m e r w i n d i n g s i so f g r e a ti m p o r t a n c e t of i n do u th i d d e nt r o u b l eo f t r a n s f o r m e ri nt i m es oa st oa v o i do u t b u r s ta c c i d e n ta n di m p r o v es a f e t ya n d r e l i a b i l i t yo f t r a n s f o r m e ro p e r a t i o n i ti ss h o w nf r o mt h et h e o r e t i c a la n a l y s i so ft r a n s f o r m e rt h a tt h es h o r t c i r c u i t r e a c t a n c eo fat r a n s f o r m e ri sd e c i d e db yt h es i z ea n dt h er e l a t i v el o c a t i o no fi t s w i n d i n g s i f ar u n n i n gt r a n s f o r m e ri ss u f f e r e dt i 。o ms h o r t c i r c u i t ，t h es i z ea n dt h e r e l a t i v el o c a t i o no fi t sw i n d i n g sm a y v a r y t h ev a l u eo f t h es h o r t - c i r c u i tr e a c t a n c e v a r yc o r r e s p o n d i n g l y s ot h ed e f o r me x t e n tc a l lb ee s t i m a t e db ym e a s u r i n g ， c o m p u t i n g t h es h o r t c i r c u i tr e a c t a n c ea n d c o m p a r i n g i t sc h a n g e s i nt h i sp a p e rt w ok i n d so fo n l i n em o n i t o r i n gm e t h o d sa r ed i s c u s s e d ，w h i c h a r eb a s e do nm e a s u r i n gp r i m a r y , s e c o n d a r yc u r r e n t sm a dv o l t a g e st oc a l c u l a t et h e s h o r t c i r c u i tr e a c t a n c eo f w i n d i n g s ，t h e r e b y t h eo n - l i n e m o n i t o r i n g t h e d e f o r m a t i o nw i n d i n g so ft r a n s f o r m e ri si m p l e m e n t e d t h ea c c u r a c yw i l ln o tf a l l w h e nt h et h r e ep h a s e sa r eu n e q u a l ，b e c a u s et h em e t h o d sa r eb a s e do i lt h ev o l t a g e s a n dc u r r e n t so f e a c hp h a s e b a s e do nt h et h e o r y a b o v e ，as e t o fo n l i n e d e t e c t i n gs y s t e m o n p o w e r t r a n s f o r m e rw i n d i n gd e f o r m a t i o nu s i n gt m s 3 2 0 f 2 0 6m i c r oc o n t r o l l e rr e f i ti s d e v e l o p e d t h es y s t e mc a np e r f o r md a t aa c q u i s i t i o n ，c a l c u l a t i n ga n dd i s p l a y i n g t h er e s u l to fm e a s u r e m e n t ，a n dc o m m t m i c a t i o nw i t ht h ep c t h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r ed e s i g nm e t h o d so ft h i ss y s t e mw a si n t r o d u c e di nt h i s p a p e r t h ee r r o r a n a l y s i si sa l s op r e s e n t e d f i n a l l ys o m es i m u l a t i o n sa n dc a l c u l a t i o n sa r ec a r r i e d o u tt h er e s u l t ss h o wt h em e t h o d sa r eo fh i g h a c c u r a c y , w h i c hc a nm e e tt h e d e m a n do f t h em o n i t o r i n gs y s t e m k e y w o r d s ：t r a n s f o r m e r ；w i n d i n gd e f o r m a t i o m o n l i n em o n i t o r i n g s h o r t c i r c u i tr e a c t a n c e ；t m $ 3 2 0 f 2 0 6 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 变压器绕组变形 第1 章绪论 1 1 1 引言 变压器绕组变形是指在电动力或机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发 生不可逆转的变化。它主要包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭 曲、鼓包和匝间短路等。绕组变形是电力系统安全运行的一大隐患。因此， 研究变压器绕组变形在线监测的诊断方法，是预防事故、减少损失、保障变 压器安全运行的重要手段。 1 1 2 变压器绕组变形的主要原因 a 、变压器在运行过程中不可避免的要遭受到各种短路故障的冲击，特 别是变压器出口或近距离短路故障，对绕组产生巨大的冲击，绕组有可能承 受不住这样的冲击而发生变形。 b 、变压器在长途运输或者安装过程中，可能会发生意外的碰撞，颠簸 和振动等，这些都可能导致绕组发生变形。 c 、变压器因保护系统存在死区或动作失灵会导致承受稳定短路电流作 用的时间过长，也是绕组变形的原因。由于变电所设备布置上的原因，在变 压器出口总断路器间隔的断路器与电流互感器之间发生的故障，是在变压器 差动保护区以外，母线差动保护区内，在断路器的电源侧。当母线差动保护 动作，断路器跳闸后却不能切除故障，由变压器供给的短路电流依然存在。 这个区域只有两个电力设备( 断路器、电流互感器) ，数米导线和几只瓷瓶， 往往以为故障概率小而被忽视成为死区。但是这个区域内一旦发生事故，后 果是相当严重的【6 】。 1 1 - 3 变压器绕组变形的国内外情况 国外情况：前苏联在1 9 8 4 1 9 8 7 年期间，调查了乌克兰电力系统中的 7 5 台遭受过电流冲击的大型变压器( 主要为3 3 0 k v 等级) 。结果发现：2 2 台 变压器己发生了绕组交形，如果继续运行则存在危险，对其中1 6 台变压器进 行了更换，还有6 台在密切监视下暂时运行，准备短期内更换。前苏联发生 绕组变形的变压器与被调查变压器的总数比高达3 0 。法国电力系统中，发 生变压器端汇流排上的三相短路占4 0 0 k v 系统事故的l 2 ，占2 2 0 k v 的 堕堕壅望查堂堕主塑窒竺兰焦笙壅翌! 耍一 3 4 ，芬兰1 1 0 k v 系统对地故障为1 3 5 ”1 6 5 【7 】。 ， 国内情况：根据电力部电力科学研究院1 9 9 0 1 9 9 4 年变压器市故统计分 析【8 】一文，变压器绕组是故障的主要部位，如表1 - 1 所示。 表1 一l1 9 9 0 1 9 9 4 年变压器事故部分统计分类表 主绝缘调压 线圈套管铁芯其它总计 及引线开关 台数 1 0 2 1 6 3 51 6261 7 7 1 1 0 k v 5 7 6 9 o 1 9 89 01 13 51 0 0 0 台数 4 6 1 1 1 51 2l79 2 2 2 0 k v 5 0 1 2 1 6 31 3 。o1 ，17 61 0 0 o 台数 4 2 11l9 3 3 0 k v 4 4 5 2 2 2 1 1 11 1 11 1 11 0 0 o 台数 5 4 411 4 5 0 0 k v 3 5 7 2 8 6 2 962 1 1 0 0 0 台数 1 5 7 3 3 5 1 3 331 5 2 9 2 总计 - 5 3 - 8 1 1 3 1 7 51 1 31 o5 1 1 0 0 o 变压器绕组发生变形后，有的会立即发生损坏事故，但更多的是仍能运 行一段时间，运行时间的长短主要取决于变压器绕组变形的程度和位置。已 经发生绕组变形的变压器，用目前的例行常规试验方法很难发现，这样电网 中可能会有部分绕组已经发生变形的变压器还在继续运行。这种变压器会有 如下情况：a 、绝缘距离发生变化或绝缘纸受到损伤，当遇到过电压时，绕 组会发生饼问或匝闯击穿；b 、在长期工作电压的作用下，绝缘损伤逐渐扩 大，最终导致变压器发生损坏事故。 电力部门的有关统计资料表明，在1 9 9 5 1 9 9 9 年的5 年时间里，全国 1 1 0 k v 及以上的变压器共发生短路损坏事故共1 2 5 台( 其分布见表1 2 ) ，相 当的容量为7 9 9 6 m v a ，占变压器总事故容量的3 7 5 ，占变压器总事故台次 的4 4 o 。由此可见变压器因短路强度不够而发生损坏，已经成为变压器事 故的主要原因。目前国产变压器在电力部门的强烈呼吁下，采取改进绕组的 结构设计和完善工艺方案等措施，能较大地提高变压器的稳定性。但随着系 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 统容量的日益扩大，变压器安全运行指标不断提高，变压器动稳定性能还远 未到尽如人意的程度，并且无论怎样提高变压器动稳定性能，分析外部短路 后变压器绕组的变形或匝问短路，仍是保障变压器安全运行的重要手段。 表1 21 9 9 5 1 9 9 9 年1 1 0 k v 及以上变压器短路损坏事故台数统计 统计年份1 9 9 5 缶1 9 9 6 年1 9 9 7 在1 9 9 8 年1 9 9 9 侄合计 事故台次 5 95 85 56 34 92 8 4 短路事故台次 2 92 92 92 62 01 2 5 占总事故比率 4 9 25 05 04 1 34 0 84 4 0 1 2 变压器绕组变形的诊断方法 在电力系统的各种设备中，变压器是比较昂贵且很重要的设备之一，其 安全运行对于保证电力系统安全起着决定性的作用，但到目前为止变压器故 障在电力设备的故障中占有较大的比例。如果一台大型变压器在系统中运行 时发生事故，则很可能导致大面积停电，其检修期一般要半年以上，不但损 失巨大，而且影响面也很广。 事实上，因绕阻变形导致的变压器事故比例较高，这也是困扰。l 大变压 器用户的一一个长期问题。而常规的电气试验、局部放电试验和色谱分析等往 往不能及时发现变压器绕组变形。国外早在六、七十年代就已经开展了变压 器绕组变形诊断技术方面的研究，国内在这方面的研究起步较晚，9 0 年代以 来，北京电力科学研究院、西安交通大学、电力部电科院等单位也丌展了相 关的研究，取得了一定的成效。目前对变压器绕组进行诊断的方法主要有低 压脉冲法、频率响应法和阻抗分析法。 1 2 1 低压脉冲法 低压脉冲法( l o wv o l t a g ei m p u l s e ) 简称l v i 法，它是将一比较稳定的低压 脉冲电压信号施加于被试变压器的一端，同时记录该端和另一端上的电压波 形，则响应信号在变压器绕组变形前后的变化反映出绕组变形的信息。 诊断原理：根据电工理论，一个无源、线性、单端输入、单端输出网络 特性，可以用传递函数h ( i w ) 或h ( t ) 来描述。当频率超过l k h z 时，变压器的 铁芯基本不起作用，可以认为变压器是一个由线性电阻、电感、电容组成的 网络，若忽略绕组的电阻，则绕组的等值电路如图1 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 、 llll v 。 图l - l 单相变压器的简化等效电路图 图1 1 中，l 为单位长度的电感；k 为单位长度的电容； c 为单位长度的对地电容。 从图1 1 中可以看出，变压器的等效电路实际上足一无源线性、单端输 入、单端输出的网络。当变压器发生饼问相对位移等变形情况时，变压器绕 组等效电路中的单位长度内分布参数l 、k 、c 将发生改变，随着网络参数的 改变，其频率响应特性也随之改变，从中可以看出：变压器绕组变形是通过 比较变压器绕组的频响特性来诊断的。在被试变压器的一端施加比较稳定 的低压脉冲电压信号，并且同时记录该端和另端点上的电压波形。当变压 器绕组发生变形时，响应的波形就会发生变化，这样就可以对变压器的绕组 状态进行判断。 低压脉冲法测试系统变压器绕组变形测试原理接线如图1 2 所示。当频 图1 2l v i 法测试原理接线图 率超过1 k h z 时，变压器的铁芯基本上不起作用，每个绕组可以视为一个线 性电阻、电感及电容等分布参数构成的无源线性二端口网络。绕组发生机械 变形后势必会引起分布参数的变化，从而使绕组对低压脉冲的响应发生变化。 这样，如果将一相同的低压脉冲信号( 通常为9 0 4 5 0 v ) 施加于变压器绕组 七，则响应信号在变压器绕组变形前后的变化就能反映出变形的信息，就可 以比较绕组列低压脉冲响应的波形来判断绕组是否发生了变形。 蚕 勋 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 2 2 频率响应法 频率响应法( f r e q u e n c yr e s p o n s ea n a l y s i s ) 简称f r a 法，是由加拿大的 e r d i c k 在1 9 7 8 年提出来的。它是把变压器绕组看作一个由线性的电阻、电 感和电容等参数组成的无源线性二端口网络，即如图1 2 所示。该二端n 网 络的频率特性可以用传递函数u ( j w ) = u q ( i w ) a j i ( j w ) 来描述。当变压器绕组变 形后，必然导致其等效网络相应部分的参数发生改变，其传递函数h ( j w ) 也 发生相应变化。比较得到的h o w ) 的变化，就可以判定变压器绕组的状态是 否正常。具体来说，就是从变压器某绕组侧注入频率丰富的扫描信号，而从 另一侧测量响应，从而通过变压器本身的传递函数来反映其绕组是否变形， 这种方法组成的测试系统的原理接线图如图1 3 所示，这种方法的特点足比 图1 - 3f r a 法测试原理接线图 较灵敏，而不足之处是只有在变压器停运后才可以使用，对故障缺乏确定的 判定依据，并且不同的变压器之间也难以建立比较一直的标准，同时为保证 变压器绕组变形测试的重复性，必须统一测试接线方式，且测量中的其它条 件如出口引线布置，测量电缆长度和测量电缆端接线盒的内部电路等也尽量 保持一致，对现场操作人员的专业水平要求较高，限制了该法的进一步应用。 1 2 3 短路电抗法 短路电抗法( s h o r t c i r c u i tr e a c t a n c e ) 简称s c r 法。变压器的漏抗实质 上就是散布在交压器绕组与绕组之间，绕组内部与油箱之间空间里的漏磁通 形成的感应磁势的反映，因而它对漏磁磁路的变化十分敏感，从而可以反映 出绕组的变形，位移及匝间短路和开路等故障情况。对于漏抗变化多少被认 为异常，许多国家根据本国的电力系统实际情况做了规定，比如i e c 和i e e e s t d6 2 一1 9 9 5 都规定超过3 为异常；意大利e n e l 标准认为，变化2 5 时应 增加漏抗测量次数，如漏抗变化达到5 则应停运；乌克兰s o k o l o v 则以3 为判据；我国国标g b1 0 9 4 5 - - 8 5 中明确规定：“对于具有圆形同心式线圈的 变压器不大于2 ，然而在低压线圈是用金属箔绕制的变压器及对于阻抗电 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 压为3 或以上的变压器，可取不大于4 的值；对于具有非圆形的同心式线 圈的变压器，其阻抗电压为3 或以上者不大于7 5 ，经制造，与使用部门 协商7 5 的值可以降低，但不低于4 。”美国d o b l e 公司自七十年代初开始， 用d o b l e 电桥离线测量变压器的漏抗，并逐步列入变压器运行前及定期的试 验项目中，由此发现了大量问题，避免了许多重大事故的发生。 如果运行巾的变压器受到了短路电流的冲击，为了检查其绕组是否变形， 可将短路前后的短路电抗值加以比较来判断。如果短路后的短路电抗值变化 很小，则认为绕组没有变形：如果变化较大，则可认为绕组有显著变形。所 以有关标准规定变压器在进行短路试验前后都要求测量每一相的短路电抗， 并把试验前后所测量的电抗值加以比较，由其变化的程度，作为判断被试变 压器是否合格的重要判断依据之- - i ”】。 短路试验法的原理接线图如图1 - 4 所示。 咖矿_ | 睢_ 厂 li6 f 审f 1lb一义一 x l a 。l，。1一一l 图1 4 短路试验法的原理接线图 图中，功率表w 测量的是有功功率，伏特表v 测量的是电压的有效值， 安培表测量的是电流的有效值。一般由于r 。和x 。在数值上相对于r + r ： 和x ，+ x ：而言很大，计算时可以忽略不计。由1 - 4 图，可得： z k 一 r 1 + j x 。+ r 1 2 + j x l 2i = 4 ( rl + r 1 2 ) 2 十( x l + x 1 2 ) ：= v i( 1 1 ) r = r 1 + r 1 2 = p ，2 x t = 。+ x l2 = 互2 r 。2 由上面3 式联立可计算得到五 变压器的绕组变化情况。 ( 1 2 ) f l 3 ) 对比原来的结果和有关标准即可判断 短路试验法的优点是：a 、测试程序简单，并经多年使用，得出了公认 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的定量判据，同时列入标准中。多年来，意大利还把漏抗试验作为例行预防 性试验，每3 年做一次。b 、重复性很好，对变形的评估可靠性较高。 8 0 年代俄罗斯提出了通过带电监测变压器器身振动来判断绕组状态的 方法，迄今为止，俄罗斯、美国和加拿大已对共2 9 0 台变压器进行测试，在 共3 4 台被认为存在故障的变压器中，得到离线测量证实的占8 0 。国内也 正在进行相关的研究工作。检测方面还包括通过开关切换离线检测变压器绕 组状态的方法、通过记录进行中的暂态过程在线检测变压器绕组状态的方法 以及测量径向漏磁通的方法等。这儿种方法与前3 种方法相比，在精确度、 实用性等方面还存在一定的差距，尚处在探索阶段。 1 2 4 几种主要检测方法的比较 l v l 法灵敏度高，但是在现场使用时，抗于扰能力差，任何外来因素的 干扰及所施加的激励脉冲源的变化都会反映到时域响应波形上，引起畸变， 增加了故障判断的难度，而且电缆线及接地线排列方式、周围物体等均对测 试结果有影n 向，需做校正，同时需要特殊布置的测量电路和精心选用的设备 来保证测试重复性等。小波分析技术的应用，寻找到了小波分解的模极大值， 全局距离、尺度距离及平滑信号的相关系数等新的特征量，增大了对变形程 度作出判断的可能性。但是，对绕组变形状况的分析仍然需要丰富晌经验j 能得出比较正确的结论1 。 f r a 法与l 、，i 法相比，就灵敏度和所体现的信息( 如变形的位置) 而言， 不如l v i 法，但稳定性方面比l v i 法高，抗干扰能力强，在现场使用时对环 境因素的要求不高，影响不大，而且其测试仪体积小、重量轻、携带方便。 频域内极点分段技术的应用，寻找到了分段后的频谱相关系数和均方根距离 等新的频域特征量。但f r a 法和l v i 法类似，对于特征量值缺乏有机的组合， 没有形成简明的、可量化的判据，对现场操作人员的专业水平要求较高，这 就限制了该法的进一步应用。 短路试验法在实测中有比较统一的接线方式，并具有一定的灵敏度。该 方法能较好地再现评估结果，判断简单，在i e c 和国标中均有明确的规定， 在参数偏离规定数值时，能可靠地暴露故障，评价故障的危险程度，避免不 必要的报废，其测试和判断过程相对简单。但是同低压脉冲法和频率响应法 相比，短路试验法对于微弱变形不敏感，只能对绕组整体影响较大的变形有 较好的效果。 上述3 种变压器绕组变形检测方法均需要变压器退出运行，属于离线检 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 测方法，而不能在线临测变压器绕组的状况并及时发现故障。在状态检修观 念h 益盛行的今天，对电力设备不停电检测的呼声越来越高，实时准确地检 测出变压器绕组变形情况并采取相应的措施，对于延长变压器寿命及避免事 故发生具有重要的意义。短路电抗在线监测法与前三种方法相比而言，具有 实时、不受干扰，判据简单明确等特点，在实际运行中能够为绕组状况提供 实时准确的显示，这样就能够提前准备检修或在必要时使变压器及时退出运 行，因此具有较好的应用前景。 1 3 本文的主要研究内容 变压器绕组变形的主要方法：i ，v i 法、f r a 法、s c r 法，它们都是离线方 法，在状态检修观念日益普及的今天，迫切要求对电力设备进行在线监测。 本文在分析现有检测变压器绕组变形的方法的基础上，提出利用在线测量短 路电抗来判断变压器绕组变形。本文围绕监测系统的设计，主要进行了以下 儿方面的探索： 理论上分析了变压器绕组变形程度与短路电抗值之间的关系，得到了 通过在线测量短路电抗来实现对变压器绕组变形情况的在线监测。 给出了理论公式及推导，并对基于本文在线监测系统的故障诊断方法 进行了探讨。 以t m s 3 2 0 f 2 0 6 为主处理芯片进行在线监测系统的设计，给出了各部 分电路的硬件设计，以及相应的软件设计。 分析了整个测量系统的误差，通过分析p t 、c t 误差的产生和影响因 素，探讨了一一系列p t 、c t 的误差补偿措施，合理采用本文的方法，可以有 效地减小整个测量系统的误差。 对测量计算方法进行了仿真分析，验证了本文方法的可行性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 责 第2 章变压器绕组变形 及其在线监测的理论分析 2 1 变压器绕组变形程度与短路电抗变化量之问的关系 变压器绕组中存在着漏磁场，其大小与变压器容量有很大的关系。漏磁 场的大小及分布决定了变压器绕组的电抗和附加损耗等。漏磁场还决定着正 常运行状态以及事故状态下作用在绕组上的电磁力，并且决定着绕组的温升。 主磁通在铁芯中产生空载损耗，漏磁通在绕组内或其它结构件中产生附加损 耗。它们在数量上有如下关系： i _ 0 中。= 兰l 竺m ，( 2 一1 ) 4 1 0 0 。 其中，。为漏磁通，巾。为主磁通，“。为阻抗电压。 漏磁通主要是沿非磁性材料( 变压器油、绝缘材料或空气) 闭合，磁路 不会饱和，其磁阻为常数，所以漏磁通与产生它的磁动势基本上成线性关系。 漏磁通在绕组所占据的空间里流动的方向是与绕组轴向平行的，通常称为纵 向漏磁通；由于局部磁动势安匝的不完全平衡，在一二次绕组所占据的空间 中还存在一种横向漏磁通。 t 叫h 土= ，：峨 图2 - 1变压器简化结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 f 面来计算短路电抗，并根据它来说明短路电抗与绕组结构之间存在的 数值关系【”。 图2 - 1 中斜线内表示铁芯，两个矩形框分别表示变压器的高低压两个绕 组。图中顶部的梯形表示变压器绕组内部纵向漏磁通密度分布。 2 1 1 漏抗计算的基本假定条件 由十漏电抗疋= m l 。，所以要计算漏电抗必须首先计算出漏电感厶a 而。：竖：堕 ( 2 2 ) “ 式中：v 。为漏磁链，m 。为漏磁通；w 为匝数：，为流过绕组的电流。 冈而，漏电感的计算归结为计算漏磁通十。或漏磁链v 。而漏磁通是指 单独和原绕组或副绕组相匝链的磁通，在空间的分布情况较复杂，其分布情 况的精确计算，只有依靠数值计算方法的拉普拉斯方程式，计算起来相当复 杂。因为变压器的绕组是同心圆状地布置，加之铁芯钢片的磁阻义大大小丁 窄气的磁阻，根据多年来的实践经验，采用如下假定之后，漏磁场的计算可 以简化为磁路法依靠解析计算来进行，其计算误差可控制在容许范围之内， 其计算精度完全可以满足设计的要求。具体假设为： 计算原、副绕组电流所产生的漏磁时，忽略激磁电流的影响，即认为 激磁磁势或= 0 ，因而，暇十，暇= 0 在绕组内部，当选定低压绕组的里面为坐标原点时( 如图2 1 所示) ， 若以横轴为x 轴，由于在绕组内导线是均匀分布排列的，则随着x 的增大， 磁势安匝也按正比增加，在x = 口处磁势达最大值，即f ，= i i = ，既，此 后x 增大进入油道间隙内，磁势安匝不变，直到x 吼十n 。后进入高压绕组 范围，因为高低压绕组磁势相位相反，磁势安匝数又随着x 的增大而均匀减 小，当达到x = a + 日，+ 啦时，高低压绕组磁势完全抵消，f = 0 。 假定漏磁通为理想分布，全部漏磁力线都与铁芯轴线平行，即均作为 纵向漏磁处理，所有的磁力线都有一个相同的计算高度，而且认为只有在 这个计算高度上才产生磁位降。则全部磁势将消耗在相应于计算高度的磁路 内，的计算式为： f j 蓝 2 。3 7 【， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 取洛氏系数p = 1 一鱼二尝，则f r = 三。 兀fo r 由于高、低压绕组的平均半径都大于它们的厚度，所以两个绕组的周 长都取其平均周长，即为：低压绕组c = 2 兀 ，高压绕组c ”= 2 n r 2 ，油道问 隙c ”= 2 7 t r l2 。 2 1 2 漏磁势的计算 在卜述假定之后，就能将复杂的电磁场计算，简化为磁路计算问题。漏 磁势e 的分布情况如图2 1 中梯形面积所示，则根据全电流定律，有： 在低压绕组内某点( 0 x 口时) 的磁势 v e = 1 1 w l 二( 2 - 4 ) “ 在高低压绕组间隙( 油道或气道) 内，磁势为最大 巴= 暇= ，：( 2 - 5 ) 在高压绕组内( q + 口1 2 1 m q l k q 相应时间 2 0 m s ) 时启动复位；t d 引脚为看门狗定时选 择引脚，它的连接方式决定看门狗定时时间，具体是其接地时为1 5 0 m s ，选 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 6 页 择的这个时间应比监视代码所处的程序执行周期长；s t 为看门狗定时器输入 引脚，系统正常时通过改变它的状态使监视器重新计时，系统不会复位，系 统故障时s t 就会长期处于某一状态，当监视时间大于看门狗定时时削时就会 启动复位：r s t 利r s t 都是看门狗电路复位信号输出端。 m a x l 2 3 2 微处理器监控电路通过监视微处理器的电源供电及监控软件 的执行来增强系统电路的可靠性。它有一个可数字编程的监控定时器( 即看 门狗) 来监控软件的执行，提供一个至少2 5 0 m s 宽度的复位脉冲。监控电路 如图3 - 9 所示。 ： 图3 - 9 看门狗和电源监控电路图 图中，t d 接地，看门狗定时时间为1 5 0 m s ，t o l 接地，选择的是电源 v c c 低于5 时启动复位。上电时，c p u 向s t 引脚发送一个信号，完成上 电复位，当系统正常工作时，监视的代码程序每执行完一个周期就向s t 发送 一个信号表示c p u 工作正常，监视器便重新开始汁时，由于代码执行周期小 于定时器定时时间，故不会发生复位，若c p u 陷入死循环或其它故障时，就 一i 会向s t 发送信号，则看门狗发出信号，使c p u 复位，按下j p 按钮( 时间 大于2 0 m s ) 时，p b r s t 为低电平，完成手动复位。 以上可以看出，本监控电路具有以下几点功能：上电复位脉冲；按 钮手动复位脉冲；监视电源故障，即当+ 5 v 主电源电压跌至十46 2 v 时， 产生复位脉冲；看门狗，即在规定的时间间隔里如果没有刷新看l 1 狗，则 产生复位脉冲。 3 4 4c p l d 系统控制逻辑电路 c p l d ( c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 是一种复杂的具有丰富的 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 7 页 可编程i 0 引脚的用户可编程逻辑器件，使用方便灵活，不但可实现常规的 逻辑器件功能，还可以实现复杂的时序逻辑功能。本监测系统采用一片 c y 3 7 0 6 4 p 1 0 0 芯片构成独立的c p l d 系统控制逻辑电路，完成系统中d s p 与测频信号采集电路的扩展接口、各外围芯片片选信号和控制信号的产生， 接收各外围芯片的中断请求等任务，在c p u 和外围电路中起着重要的逻辑控 制作用f 2 ”。 采用c p l d 作为系统的控制逻辑电路，主要有以f 几点考虑： d s p 具有非常强大的数据处理能力，但其优势不在控制，系统采用 c p l d 控制逻辑电路，可充分发挥f 2 0 6 的数据处理能力。 系统中包含3 片m a x l 2 5 模拟量数据采集芯片，还有各外围芯片的中 断请求和片选信号、控制信号等，这些都需要c p u 的i o 口输入输出，而 f 2 0 6 的自身i o 口很少，不能满足需求，需要c p l d 进行扩展。 c p l d 可以把系统中要求的片选，逻辑控制等所有功能在一个芯片中 通过其特有的编程方式编程实现，且可反复编程，擦除，不仅可大大减少电 路的体积，而且还便于系统调试。 本监测系统控制电路需要实现的功能主要有：接收测频电路电平输入 信号f m f ) 。接收模拟量采集芯片m a x l 2 5 转换结束信号( c p ) ，并通过中 断告知主芯片f 2 0 6 读取数据。经过逻辑控制，输出外围芯片片选信号，包 括m a x l 2 3 2 看门狗( s t ) 、d s i 2 8 6 定时器( r t c ) 和3 片m a x l 2 5 模拟采 集系统( a d l 、a d 2 、a d 3 ) 。实现分频器4 0 2 4 的功能，将倍频输出信号 3 2 分频后反馈回4 0 4 6 的b i n 引脚。 3 5 人机接口单元 3 5 1l c d 液晶显示接口 液晶显示器由于具有显示信息丰富，功耗低，体积小，重量轻等优点， 因而是数据采集处理应用系统中理想的显示器件，近年来被广泛的用于d s p 控制的智能仪器、仪表、工业控制领域和家用电器当中。本监测系统选用的 是内藏t 6 9 6 3 c 控制点阵图形式的液晶显示模块d g - 1 2 8 6 4 一1 2 。t 6 9 6 3 c 液晶 显示控制器多用于中小规模的液晶显示器件，常被装配在图形液晶显示模块 上，以贮藏控制器式图形液晶显示模块的形式出现。 液晶显示模块的接口方式有两种：直接访问方式和间接访问方式，本监 测系统采用的是直接访问方式。d s p 利用数据总线与控制信号采用直接访问 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 i o 设备的形式控制t 6 9 6 3 c 液晶显示模块，接口电路如图3 - 1 1 所示 d 0 d