电力变压器实时监测系统设计【文献综述】

1、文献综述电气工程及自动化电力变压器实时监测系统设计摘要：随着城市现代化的发展，国民经济建设迅猛增长，电力工业的规模也日益壮大起来, 这对运行中的电力变压器出现异常状况的监视和诊断的在线监测系统提出了相应的要求。采 用电力变压器油中溶解气体在线监测装置，可以在电力变压器内部出现故障时，能快速反映 内部气体变化。本文较为详细地介绍了关于电力变压器油中溶解气体的特征、在线监测的原 理及特点，电力变压器油中溶解气体在线监测系统设计，电力变压器监控制系统硬件电路设 计及总电路设计，电力变压器实时监测系统软件流程图等。关键词：电力变压器；溶解气体：在线监测：高压电气设备1、引言随着社会国民经济建设迅速发展

2、及电力工业的规模壮大，为了满足生产和生活的需求， 电力系统向高电压、大容量、互联网发展，对电力系统的安全性指标的要求也越来越高。从 90年代开始，出现以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统，这种监 测系统可以实时连续的监测各被测量，监测内容丰富，信息量大，处理速度快，对监测结果 可显示、存储、打印、报警。因此，实现在线监测系统的自动化，代表了当今在线 监测的发展方向工。本文的内容是设计一个电力变压器油中溶解气体在线监测系统。2、电力变压器油中溶解气体在线监测2.1 电力变压器电力变压器是电力系统里及其重要的设备，担负着传输电能的职责。电力变压器能将交 流电压按照要求转化成人们生

3、产、生活所需的电压。额定容量是表征传输电能的大小，它能 够表现功率，当额定电压通过电力变压器时，温升限值的额定电流即可根据额定电容来确定O2.2 电力变压器油中溶解气体的特征正常情况下充油电气设备内绝缘油及绝缘材料投入运行后，随着运行时间的增加，在热 和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生H2 （氢）、C0 （一氧化碳）、CH4 （甲烷）、C2H6 （乙 烷）、C2H4（乙烯）、C2H2 （乙烘）等用以判断设备故障的气体。因此分析溶解油中气体成 分，将可以尽早察觉到潜伏鼓掌，高效的查出故障发展情况5。2.3 电力变压器油中溶解气体在线监测的原理概述电力变压器早期故障的特征气体（H2、CO）,在不

4、气体压力作用下透过选择性气体渗透 膜进入电化学气体检测器内，与空气中02反映产生一个电信号。3、电力变压器油中溶解气体在线监测系统设计3.1 电力变压器油中溶解气体在线监测系统概述电力变压器油中溶解气体在线监测系统由电力变压器、油气分离单元、H201R传感器、 单片机、以太网控制芯片、服务器六个部分组成。电力变压器油中溶解气体经过可选择性的 渗透膜（油气分离单元）进入电化学气体检测器（H201R传感器）。在检测器里，H2和C0 两种特征气体与空气中的氧气发生化学反应产生电信号，将产生的电信号传入PIC16F877 单片机中，经单片机处理传入以太网ENC28J60控制芯片中，最后将监测到的数据用

5、以太网 通信方式传入服务器中7 8 93.2 监测系统使用的气体传感器H201R简介HYDRAN 201R是加拿大一公司生产在线式电力变压器早期故障监测装置，其原理是： H201R仪器分电子箱和传感器，H201R的传感器直接安装在变压器阀门上，利用高分子膜的 选择透过性，与传感器内部的燃料电池发生反应，通过反应产生电信号，电信号放大后显示 在电子箱显示屏上，根据燃料电池对不同气体的敏感程序及高分子膜的选择性，显示屏显示 读数值Co3.3 3 PIC16F877 单片机PIC16F877具有Flash program程序内存功能，属于PlCmicro系列单片微机，是由 Microchip公司所生

6、产开发的新产品，并且能将程序重复烧录，常被用于新产品的开放：而 其内建ICD（In Circuit Debug）功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上，观看缓存 器内容，进行如暂停微处理器等，能够让编程者可以尽快对程序进行编写、开发。3.4 PIC16F877单片机的外围电路设计3.4.1 时钟电路设计PIC16F877单片机振荡电路与整体系统工作速度有直接的关系，单片机工作时是逐条从 ROM中读取指令，然后逐条执行指令。单片机访问一次存储器的时间为一个机器周期。单片 机就是在时钟的控制下有条不絮地读取指令然后执行，如此重复。73. 4. 2复位电路设计单片机在工作之前都要进行复位，如图3

7、-4是PIC16F877单片机的综合复位电路，该复 位电路不仅可以在上电时自动复位，还可以在程序运行中通过按键产生的正脉冲进行手动复 位。PIC16F877的工作电压为5V,连接Pinll与Pin32, Pinl2与Pin31为地线接脚：复位 电路连接Pinl,按下Reset后，内部指令重头开始执行，系统重新运作：二。3.5 电力变压器监控制系统硬件电路设计H201R传感器接于PIC16F877单片机引脚Pin2 (RAO/ANO),油中溶解气体与空气中氧 气反应产生的电信号，通过I/O 口 Pin2 (RAO/ANO)模拟量输入引脚输入PIC16F877单片机。 单片机将采集到的数据处理后，

8、如果信号超出设定的阀值，通过I/O 口 Pinl9 (RDO/PSPO) 引脚连接的LED管进行报警。3.6 电力变压黠远程监控制模块ENC28J60是美国微芯科技公司推出的28引脚独立以太网控制器，。一些器件，比如像 DM9008、RTL8019. LAN91C111等不仅体积庞大，结构复杂，并且价格也是比较昂贵的。而 市场上符合IEEE 802. 3协议的ENC28J60只有28引脚，它的好处是简单原有的设计，在空 间上减轻负担，又多了相应的功能。SPI接口使小型单片机也有了网络连接的功能，综合来 看，操作简单便捷13。3.7 电力变压器监控系统总电路设计简介利用ENC28J60可以构成不

9、同功能的网络终端行点，如网络服务器、远程监控设备等。 佟13-8所示为基于ENC28J60的嵌入式网络接口的系统总电路原理图。电路中有：网络连接 状态的显示主要通过2个LED灯，还囊括了是否进行数据接收、连接是否建立、连接速度如 何、双工模式等等；高速局域网电磁隔离模块，ENC28I60的物理端口和HR901170A隔离电 力变压器的连接有没有符合IEEE802. 3的要求；偏值电阻R3的必需性。例如RJ45的插孔与 隔离电力变压器之间的间隔应尽量缩小，输入和输出差分信号对的走线要有较好的隔离。本 设计中PIC16F877的SPI配置为主机模式，以太网芯片ENC28J60为从设备。根据ENC2

10、8J60 的SPI读写时序，PIC16F877的SPI工作模式应设置为模式0 PIC16F877通过将ENC28J60 的CS引脚设置为低实现与其的同步。4、软件设计3.8 PIC单片机开发的环境MPLAB IDE v7.51是美国微芯片(Microchip)公司的单片机集成开发环境的应用软件.综 合的编辑器、项目管理器和设计平台，适用于使用Microchip的PlCmicro®系列单片 机进行嵌入式设计的应用开发。MPLAB IDE是适用于PlCmicro®系列单片机和dsPICTM 数字信号控制器，基于Windows®操作系统的集成开发环境。4. 2电力变压器实时监

11、测系统软件流程图本系统的软件流程图如图4-2所示。首先PIC16F877单片机SPI初始化：通过SPI接口 以太网芯片EMCJ60初始化；设置端口 PORTD为输出；ADC模块的中断标志位清0：选择RA0 为模拟输入通道；设置ADC模块的参考电压：设置ADC模块的工作时钟：调用ADC模块的转 换子程序；调用判断子程序：调用延时子程序：通过SPI向以太网芯片ENC28J60发送数据。 5、结论开发高压电气设备在线监测系统是一门跨学科的课题，它涉及电子电路学、pic单片机、 以太网控制器等多个领域。从电力变压器在我国变电站中的使用方式和特点出发，根据供电部门的要求和实际生产 生活用电水平和现状，给

12、出了一种比较适合我国国情的在线监测结构，以及在此基础上实现 的电力变压器油中溶解气体实时在线监测系统。参考文献1庄兴元.电力设备在线监测技术现状及实际开发应用前景J.电工技术杂志，2003,15 (3): 1923.2郭碧红，杨晓洪.我国电力设备在线监测技术的开发应用状况分析J.电网技术，1999,23 (8): 6568.3史保壮，周良才，芮冬阳.变压器绝缘在线监测技术简介J.广东电力， 1999, 12(2):45-49.4王乘仁.变电站绝缘在线监测系统J.电站系统工程,2002,18(1) :57-59.5苏鹏声,王欢.电力系统设备监测与故障诊断技术分析J.电力系统自动化,2003,22

13、(1):61 65.6李娟，蔡晖，丁晓群.电力变压器状态在线监测和故障诊断的新方法J.电力自动化设 备，2002,22(12): 6063.7鲍利军.电力变压器油中溶解气体在线监测技术技.云南电力技术,2007, 35(3):55 57.8顾国诚.变压器油中气体在线检测仪的应用与探讨J.企业电网的理想运行方式和应 用，1997, 30 ：6667.9律方成.在线监测数据预处理方法的研究J.高压电器,2003, 28(4) :57-59.10 M. Arshad, S. Islam, Transformer reliability enhancement using online dissolved gas monitoring and diagnosticsM. IPEC, Singapore, 2003.11 Waters T, Williamson K, Ritchie D. Online measurements of transformer fault gases as measured directly in the headspace and in the oil M. EPRI substation equipme