35KV干式变压器智能温控系统

计算机系统应用　ｈｔｔｐ：ＩＨ￣ｗ．Ｃ－Ｓ・ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　２Ｏｌ３年第２２卷第２期　３５ＫＶ干式变压器智能温控系统①　马　路，王颖　（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，葫芦岛１２５１０５）　摘　要：针对３５ＫＶ干式变压器由于过载、短路等原因引起的温度升高的情况，利用数字信号处理芯片　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２设计了一套智能温控系统，该系统硬件电路简单，操作容易，可进行远程监控．试验中成功实现该　系统的各项功能，达到了对变压器进行保护和智能控制的目的．　关键词：干式变压器；数字信号处理；智能温控；远程监控　３５ＫＶ　Ｄｒｙ　Ｔｙｐｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＭＡＬｕ，ＷＡＮＧＹｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１２５１０５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：３５ＫＶ　ｄｒｙ　ｔｙｐｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｏｖｅｒｌｏａｄ，ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃａｕｓｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＴＭＳ３２０Ｆ２８　１２　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃｈｉｐ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ｓｍａｒｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｅａｓｙ，ａｎｄ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｍｏｔｅｌｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ．Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒｙ－ｔｙｐｅ　ｒａｎｓｆｏｒｔｍｅｒｓ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　在变压器运行中，如果遇到短路、过载、环境温　器的智能温控性能，并将现场变压器状态参数准确实　时的送入ＰＣ机上进行上位机的显示监控．在局域电　度过高或冷却通风不够等情况时，就会使变压器过热．　干式变压器属于自然空气冷却，其热平衡性能差，绕　组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器　不能正常工作的主要原因．因此，对变压器绕组的运　行温度进行监测、驱动风机实现强迫风冷及报警控制　是十分重要的．传统的干式变压器温控系统主要有４　种形式，盘式温度表、毛细管式温控器、ＰＴＣ（正温度　系数１热敏电阻温控装置和铂热电阻测温装置．随着电　力工业的发展，前三种温控系统由于其明显的缺点如　没有显功能示或者无保护功能而逐渐被淘汰，铂热电　阻温控系统则得到了长足的发展，本文在此背景下，　网中可以实现多台变压器的集中监控，每台变压器由　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２控制，然后将数据上传到ＰＣ主机．　１系统组成原理和实现的功能　系统结构如图１所示，传感器检测到的信号经调　理放大，滤波电路后，送入核心控制器件ＴＭＳ３２０　Ｆ２８１２的ＡＤ端口进行模数转换并对数据进行处理，由　按键设定温度值和报警值并在ＬＥＤ上显示出来．同时　将获得的这些信号通过ＣＡＮ总线实时传给上位机系　统，进行在线监控．　变压器正常运行时，设计的温度控制器不停对变　压器的三相绕组进行巡回检测，根据检测到的绕组温　度的高低自动启停风机．当出现过载运行或故障引起　针对３５ＫＶ的干式变压器，提出并成功设计了一套　３５ＫＶ干式变压器的智能温控系统．本系统选用ＴＩ公　司的数字信号处理器ＴＭ３２０Ｆ２８１２作为核心控制芯片，　测温装置选铂电阻温度传感器ＰＴＩＯ０来检测变压器的　变压器绕组温度升高时，报警器便发出报警信号，若　绕组温度超过设定的安全值，则驱动相应的继电器动　温度，上位机界面用ＬａｂＶＩＥＷ软件开发，实现了变压　①收稿时间：２０１１．１２．０９；收到修改稿时间：２０１２・１１－２３　２３６研究开发Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　２０１３年第２２卷第２期　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ・Ｓ－ａ．ｏｒｇ．Ｏｉｌ　计算机系统应用　作进行跳闸保护　巨　』Ｌａｂ　他机监控ｆＶＩＥＷ机监拄Ｈ　　收发嚣ｌｃ收ＡＮ发，９２　报警ｌ撒警【　扩存储器Ｉ外　ｆ，１晡　　图１系统框图　２系统的硬件设计　系统主要由传感器检测电路、风机控制电路以　及与上位机的通讯电路组成．其中传感器检测部分　是关键，智能温控系统的所有操作都将依据检测得　来的数据．　２．１电路核心控制器的选择　由于变压器工作时，其绕组温度随所载的负荷蕈　的大小而变化，温度将会一直发生变化，这个数据量　将会很大，ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２由于强大的数据运　算处理能力而成为控制器的首选．该数字信号处理　（ＤＳＰ）芯片精度高，抗干扰能力强，最高工作频率可达　１５０ＭＨｚ，而且内部集成了１２位的ＡＤ转换器，共有　ｌ６个模拟输入通道，最高转换速率可达８０ｎｓ．同时它　还自带了增强型的ＣＡＮ模块．选用该芯片可以使电路　结构简单可靠，减少电路元件数，降低成本．本系统　还对该芯片进行存储器的扩展，通过外部接口ＸＩＮＴＦ　扩展了一片静态ＳＲＡＭ用来存放温度值和一片　ＦＬＡＳＨ用来固化控制程序．　２＿２传感器选择和信号测量调理电路　准确的温度测量是进行其他一切相关控制的前　提，其精度直接关系到系统的可靠性．温度传感器　ＰｔｌＯ０是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传　感器，精度高，抗氧化能力强，化学性能稳定，可以工　作在．２００℃至６５０℃的范围，符合变压器温度测控系　统的要求．干式变压器的工作范围为０＂Ｃ到２００￣Ｃ，铂　电阻值Ｒｔ和温度ｔ的关系为：　Ｒｔ＝Ｒ０（１＋Ａｔ＋Ｂｔ２＋Ｃｔ３）　式中，Ｒ０为０＊Ｃ的电阻值，其值为１００１２，Ｒｔ为ｔ℃时候　的电阻值，Ａ、Ｂ、Ｃ为常数，与ＰｔｌＯ０的温度系数有关，　本系统采用的ＰｔｌＯ０温度系数为０．００３８５１，Ａ、Ｂ、Ｃ对　应的值分别为Ａ＝３．０９０　８０２￣１０。／℃：Ｂ＝．５．８０ｌ　９５０￣１０．７／℃　：Ｃ一４．２７３　５ｌＯｘ１０．１２／＊Ｃ　．温度传感器的　电阻值变化与环境温度的变化成线性关系．将电阻信　号转换成测量电压信号电路如图２所示，采用电桥法　将电阻信号转换为小电压信号后，经过差分放大电路　将小信号放大再经过滤波得到送入ＤＳＰ的ＡＤ端口．　图２信号调理电路　其输出电压方程为：　ｃ、ｌ　Ｒ　Ｒ＋　，　　１００一　Ｒ　Ｒ，＋　　一　｛×鲁Ｒ　　…　Ｒｌ和Ｒ２采用较大的电阻，用于限流，防止温度　过高影响精度：Ｒ３的大小是保证电路在零度也有电压　输出；电阻Ｒ５相对Ｉ　较大，防止影响电桥平衡．差分　放大芯片采用静态功耗小，电源电压范围宽，价格低　廉的四运放集成电路ＬＭ３２４．　２－３风机控制电路　如图３所示，ＤＳＰ输出的控制量送到Ｐ端口，若为　低电平，则光耦合器件导通引起继电器工作，常开触　点闭合驱动电机工作，相反，若为高电平，则光耦合　器件不动作，继电器也不动作，电机也不启动．　图３风机驱动电路　这个高低电平是通过ＤＳＰ检测到的温度值与预先　设定的参考值比较得出，保证变压器温度高于参考值　时风机工作而降温，低于参考值时风机不工作，即进　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ研究开发２３７　计算机系统应用　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－ｓ—ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　２０ｌ３年第２２卷第２期　行了Ｐ１控制调节．当风机工作时，变压器温度没有低　总线具有通信速率高、开放性好、报文短、纠错能力　强以及控制简单、扩展能力强，系统成本低等特点，应　用越来越广一．还一个较传统ＲＳ．４８５通信的优点是通信　距离长，通信速率好，可实现远程监控操作．本系统　利用ＣＡＮ通信收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０作为ＤＳＰ的ＣＡＮ　予设定的温度报警值，则发生报警，若这个温度值高　于了跳闸的温度上限　就会发生超温跳闸．　２．４通信电路　本系统借助于ＤＳＰ２８　１２集成的ＣＡＮ模块优势，　实现温控器与上位机的ＣＡＮ总线通信．ＣＡＮ总线支　控制器和物理总线问接口，以实现对总线的差动发送　和接收功能．接口电路如图４所示．　持分布式控制和适时控制的串行通信网络，由于ＣＡＮ　ＶＣＣ　ＶＣＣ　图４　ＣＡＮ通讯接口电路　Ａ／Ｄ模块采集来的数据进行内部的算法分析，对键盘　输入的开关量进行相应的参数修改，实现相应模块的　控制功能如风机的驱动、报警器的蜂呜声以及ＬＥＤ显　设计中采用了高速光耦６Ｎ１３７对ＤＳＰ及物理总线　进行隔离，防止信号干扰．上位机接受到了来自ＣＡＮ　总线的数据信息后，通过上位机软件计算分析显示出　来，实现远程监控目的．　２．５其他电路设计　示．同时还把相应的数据传送到上位机上，进行通信　操作．主程序流程图如图５所示．图中Ｔ１＜＇Ｉ＂２＜Ｔ３，温　除了以上基本电路外，其它电路主要包括温控器　的现场ＬＥＤ显示电路和键盘输入电路以及报警电路，　均属于基本的电路．他们都是系统不可或缺的部分．　关于报警电路要提供超温报警和超高温跳闸报警两　种，区别在与报警时间的长短不同，这是设计时需要　考虑的地方．　度逐渐上升，执行动作也不相同．　３系统的软件设计　系统软件主要包括两部分，一部分是ＤＳＰ主程序，　另一部分则是上位机监控软件．本系统采用的基于虚　拟仪器ＬａｂＶＩＥＷ软件开发的上位机界面，该软件具有　编程容易，界面美观，功能强大，开发周期短等特点．　３．１　ＤＳＰ主程序　该部分主要完成对系统各模块的初始化，通过对　２３８研究开发Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　图５主程序流程图　３．２基于ＬａｂＶＩＥＷ的上位机界面　ＬａｂＶＩＥＷ是一种图形化的编程语言，这种编程语　２０１３年第２２卷第２朗ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ—Ｓ—ａ．ｏｒｇ．ＣＦＩ　计算机系统应用　言的特点是用具有框图结构的ＶＩ代替繁琐的程序代　码，产生的程序是框图的形式．ＬａｂＶＩＥＷ里有非常丰　富图形控件，方便编程人员直接调用．基于此特点，　本系统开发出了相应的上位机界面，可实现远程的检　５结语　利用ＴＭｓ３２０Ｆ２８　ｌ２的丰富的内部集成模块，使整　个系统的硬件电路简单了不少，同时由于其高速的运　算性能使得远程监控的实时性和准确性得到了保证．　对于３５ＫＶ干式变压器　铂丝热电阻传感器ＰｔｌＯ０的高　测和相应的控制功能，如温度值的显示，以及温度参　考值的设定等．　精度特性足以满足测温范围，为整个系统的数据分析　和计算提供了可靠的依据．较传统的干式变压器温控　系统，本系统优势明显，硬件结构简单，操作容易，可　远程监控，易于维护，满足电力系统对干式变压器运　行的安全性要求，具有十分广泛的应用前景．　４测试结果　将设计的这套智能温控系统应用于３５ＫＶ干式变　压器，经过现场试验完成了相应的显示、控制和保护　功能，并成功实现了远程监控，实现了智能化控制．　该监控界面截图如图６所示．　参考文献　ｌ张伟民，戴义保，陈伟．干式变压器智能温度控制仪的系统设　计．仪器仪表用户，２００６，５：３９－－４１．　设定参考值时，风机开启温度要小于高温报警温　度，高温报警温度也要小于高温跳闸温度．当三相绕　组温度大于参考温度中其中之一时，运行状态中相应　指示灯会亮．图为正常情况下运行状态．　２巫付专，赵方，牟政忠．基于ＤＳＰ的干式变压器温度监控系　统．变压器，２００７，８：６１－－６３．　３胥军．基于ＣＡＮ总线的远程测量系统设计．电子测量，２００８，　４：６１－６４．　４刘小强，粟梅．基于ＣＡＮ总线的数据采集处理系统的设计．　仪表技术与传感器，２００６，９：２２－２４．　图６基于ＬａｂＶＩＥＷ的监控界面　（上接第１８９页）　４结语　本文介绍了一种机载雷达自检的高低优先级故　障的建模仿真方法，为了贴近实际雷达的故障产生　特点，在模拟过程中采用模糊隶属度方法来分析故　障之间相关性．采用组播通信，结合软件仿真，在　模拟器上显示效果良好，提高操作员对雷达故障应　变和排故能力．　３杨万海．雷达系统建模与仿真．西安：西安电子科技大学出　版社．　４徐吉辉，李建华，李建忠．模糊理论在故障诊断中的应用．仪　器仪表用户，２００９（５）：２９—３０．　５韩立岩，汪培庄．应用模糊数学．北京：首都经济贸易大学出　版社，１９９８．１　８－３０．　６余俊，彭珲，杨志强．基于Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋的雷达ＰＰＩ显示仿真研　参考文献　ｌ初晓军，张乃庆，张欣．机载雷达ＢＩＴ设计研究．航空电子技　术，２００３，１２：３４（４）．　究．电脑应用技术，２００７（７１）：１１－１５．　７李英．Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ抖编程与项目开发．上海：华东理工大学出版　社，２００８．　８徐宏宇，陶然，单涛．一种实时雷达显示控制终端软件的设　计．火控雷达技术，２００２（１）：７—９．　２严利华，姬宪法，梅金国．机载雷达原理与系统．北京：航空工　业出版社。２０１０．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ研究开发２３９