干式变压器智能温控仪设计与实现

1、电力 系统及其 自动 p o we r s y s t e m au t o ma t io n 电气 自动化 2 0 1 6年第 3 8卷 第 1期 干式变压 器智能温控 仪设计 与实现 钱 怡辰 ，李 会军 ( 1 徐州供 电公 司贾汪供 电营业部 ， 江苏徐州2 2 1 0 i 1 ， 2 中国矿业大学 ， 江 苏徐州2 2 1 0 0 6 ) 摘要：在供配电领域， 干式变压器被广泛应用于各行各业， 在城市内已基本取代了油浸式变压器。为了保证干式变压器的安全运行， 同时做到无人值守 ， 干式变压器需 要配置线 圈温度巡 检测 控仪 ( 简称温控仪 ) 。 目前 ， 市场 上已有的干式变压

2、 器温控仪大都 采 用分立元件构成， 性能差、 功能少、 精度低、 故障率高。采用 a t m e l 公司的高端单片机 a t me g a l 6作为主控芯片， 设计了一种简 单可靠、 同时具有串行通信和无线通信功能的智能温控仪， 提高了仪表的精度和可靠性， 取得了较好的经济效益和社会效益。 关键词：干式变压器 ； 温控仪； 单片机； 热电阻； r s 4 8 5 d oi ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0- 3 8 8 6 2 0 1 6 0 1 0 2 3 中图分类 号 t m 4 ； t p 2 7 2 2 7 8 文献标志码 a 文章编号 1 0 0

3、03 8 8 6 ( 2 0 1 6 ) o l 一 0 0 7 1 0 4 de s i g n a n d l mp le me n t a t io n o f a n l n t e l l ig e n t t e mp e r a t u r e co n t r o l l e r f o r dr y - t y p e tr a n s f o r me r s q i a n y i c h e n l i h u i i u n ( 1 x u z h o u p o w e r s u p p l y c o j i a w a n g p o w e r s u p

4、p l y b u s i n e s s o f fic e ， x u z h o u j i a n g s u 2 2 1 0 1 l ，c h i n a ； 2 c h i n a u n i v e r s i t y o f mi n i n g a n d t e c h n o l o g y ， x u z h o u j i a n g s u 2 2 1 0 0 6 ， c h i n a ) ab s t r a c t ： i n t h e f i e l d o f p o we r s u p p l y a n d d i s t r i b u t i

5、o n，d r y t y p e t r a n s f o r me r s 。wi d e l y u s e d i n a l l wa l k s o f l i f e，h a v e l a r g e l y r e p l a c e d i mme r s e d t r a n s f o r me r s i n t he c i t i e s t o e ns u r e s a f e u na t t e nd e d o pe r a t i o n o f d ry t y pe t r a ns f o r me r s， t h e y ha v e

6、t o b e e q u i p pe d wi t h c o i l t e m p e r a t u r e i n s p e c t i o n i n s t r u m e n t( t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r f o r s h o r t ) mo s t o f t h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r s a v a i l a b l e n o w o n t h e m a r k e t a r e c o mpo s e d o f di s c r

7、 e t e c o mpo n e n t s，a nd t he y h a v e p o o r p e r f o r ma nc e，l i mi t e d n u mb e r o f f u nc t i o ns ，l o w pr e c i s i o n a n d h i g h f a u l t r a t eus i n g atme ga 1 6，at me l e o mp a n yg h i g h e n d s cm ，a s t h e ma i n c o nt r o l c h i p，we h a v e d e s i g n e d

8、a s i mpl e b u t r e l i a b l e i n t e l l i g e nt t e mp e r a t u r e c o n t r o l l e r w i t h b o t h s e r i a l a n d w i r e l e s s c o mmu n i c a t i o n f u n c t i o n s -s o t h a t t h e a c c u r a c y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e i n s t rume n t i s i mp r o v e d a n

9、d g o o d e c o no mi c a nd s o c i a l b en e fit s a r e o bt a i n e d ke y wo r ： d ry t y p e t r a n s f o r me r ；t e mp e r a t ur e c o n t r o l l e r；s cm ；t he rm a l r e s i s t a n c e；rs 48 5 0 引 言 变压器能否安全正常运行 ， 是 由其铁芯绕组的温升来决定 的。干式变压器上三相式的， 由a相、 b相和 c相三个绕组组成， 每相绕组都要实施测温， 同时对温升情况进行判断，

10、 以决定是否 需要采取必要措施。温控仪的主要性能指标如下” ： ( 1 )实时监测三相绕组的温度信号 ， 测量范围为 一2 0 一 2 0 0 。 ( 2 )测温分辨率为 0 1 。 ( 3 ) 温度显示精度 为 0 1 1 2 。 ( 4 ) 可进 行故障报警 、 超 温报警 、 超 温跳 闸 、 风 机启 动 关 闭 的自动控制， 可进行仪表控制参数的收到调整。 ( 5 等功能 ( 6 f 7 具有巡回显示三相温度、 显示控制参数、 显示故障信息 具有蜂鸣器报警功能。 具有串口通信和 g p r s 无线通信功能。 1 系统结构 智 能温控 仪 的 系统 ， 以 a t me i 公 司

11、的 a t me g a l 6单 片机 为 核心， 构成了一个单片机测控系统， 完成温度检测、 温度显示、 数 定稿 日期 ：2 0 1 50 51 5 据处理及输 出控制等功能。上电初始化后 ， 系统先进行零点校 正 ， 然后从单片机内的 e e p r o m 中读取控制参数， 然后通过 a d 转换器循环检测三相绕组的温度 ， 检测到的温度值用 l e d显示 出来。如果在温度循环检测过程中， 发现某一绕组的温度超过了 风机启动 温度， 仪表 自动 启 动 冷 却 风 机 ； 如果某一绕组的温度 超 过 了 超 温 报 警 温 度， 则蜂鸣器 开始报 警 ； 如 果 某 一 绕 组 的

12、 温度超过 了超 温跳 闸 温度 ， 则 仪 表 自动 控 图 1 智能温控仪系统结构 图 制高压柜 ， 让变压器跳闸。智能温控仪系统结构如图 1 所示。 2 温度检测模块 热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度 的变化而变化的特性 ， 主要分为铂热电阻和铜热电阻。热电阻通 常需要把电阻信号通过引线传递n -i - 算机控制装置或者其它一 次仪表上。在此 ， 我们选用测量精度高、 漂移小 的负温度系数铂 热电阻作为测温元件。热电阻温度 一阻值表如表 1所示。 elec t r i c a i au t o ma t i o n 71 电 气 自 动 化 2 0 l 6 年 第3 8

13、 卷第 1 期 电力系统及其自动化 p o we r s y s t e m au t o ma t i o n 表 1 热 电阻温度 一阻值表 利用负温度系数热电阻随着温度的升高， 其电阻值逐渐减小 的特点， 可以将温度的变化转换为电阻值的变化 、 进一步转换为 电阻值 两端电压 的变化 ， 对 电 阻值 两端 的 电 压 进 行 a d转 换 ， 即 可 把 温度 的变化采集 到 单 片 机 中”j 。 为 了 检 测 热 电阻 的阻值 变 化 ， 在此 选 用 取 样 电 阻 的 大小为 r= 4 1 k， 精 度为 1 。温度 检 测模块 的电路 图如图 2 所示 。 图 2 温度检测

14、模块 电路图 3 数据显示模块 如图 3所示 ， 数据显示模块主要负责将采集到的三相绕组的 温度值显示出来， 供操作人员参考。为了降低仪表成本、 提高仪 表的 可靠 性， 在此 选用 0 8英寸共阴 极高亮红色 l e d数 码管。因为单片机 的 1 0 口驱 动 能 力 很小 ( 最 大 只 有 2 0 m a) ， 因 此 必 须 为 l e d数码管选择驱 动芯 片， 并 设计 驱 动 电 路 。7 4 h c 5 9 5 是 硅 结 构 的 c mo s 器件， 兼 容低 电平 r i t r l电路 ， 具有 8位 移位寄存器和一个 存储 器， 并具 有三 态 输 出 功 能。 因

15、ds gn d 图 3 l e d数码管控制电路 此， 7 4 h c 5 9 5能够将串行输入的 8位数字， 转换为并行输出的 8 位数字， 可以用作 l e d数码管的控制芯片。为了保证驱动电流 的强度， 可以选用一个达林顿管进行扩流， 在此选用 u l n 2 0 0 3作 7 2 el e c t r ic a i au t oma t i o n 为驱动芯片。 u l n 2 0 0 3最 大 驱动 电 压 为 5 0 v， 最 大 驱 动 电流 为 5 0 0 ma， 完 全 能 够 满 足 0 8英 寸 l e d数码管的功率要 求。同 时，u l n 2 0 0 3 内部还 集

16、成 了 一个消 u1 图 4 l e d数码管驱动电路 除线圈反电动势的二极管 ， 输出端允许通过的电路为2 0 0 m a， 因 此能够对电路起到很好的保护作用。l e d数码管控制电路如图 3 、 l e d数码管驱动电路如图4所示。 4 电源模块 温控仪采用 2 2 0 v市电供电， 因为仪表的核心芯片是 a t m e g a l 6单片机， 必须直流5 v供电， 所以要将 2 2 0 v的市电进行 整流和滤波 ， 为仪表 电路 板上 的芯片供 电。在此 ， 首先使 用一个 2 2 0 v转 9 v的变压器将市电转换为9 v的交流电， 然后再用 一 个桥式整流电路进行整流， 最后通过 l m 7 8 0 5稳压芯片得到稳定 的 5 v直流 电源 。整流滤波和稳压 电路 图 ， 2 2 0 v市 电整流 电路 如图5所示， 5 v稳压电路如图6所示。 图 5 2 2 0 v市 电整流电路 图 6 5 v稳压 电路 5 r s 4 8 5通信模块 远程通信是智能仪表的必备功能。为了使智能温控仪具有 远程通信功能， 在此专门为其配置了4 8 5通信接 口。4 8 5通信接 口是一种标准的串行通信接口， 数据信号采用差分传输方式， 也 称作不平