變壓器油溫測量及光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (1)2011-05-27 22:40:42作者：韓敏來源:互聯(lián)網(wǎng)

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　　1 引言

　　變壓器的絕緣老化，主要是由于溫度、濕度、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)的影響所致。但老化的速度主要由溫度決定，絕緣的工作溫度愈高，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的愈快，絕緣的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度喪失的愈快，絕緣老化速度愈快，變壓器使用年限也愈短。實(shí)際上繞組溫度受負(fù)荷波動(dòng)和氣溫變化的影響，變化范圍很大。因此，對變壓器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，使其維持在一定的范圍內(nèi)，對變壓器的壽命有重要的意義。

　　在線監(jiān)測變壓器油溫對早期診斷變壓器故障十分重要，但是因變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響其安全運(yùn)行的因素較多，使得在線監(jiān)測的難度很大。油溫測量過去一般是采用間接的模擬測量方法，準(zhǔn)確性差，而且不及時(shí)。文中針對以上問題，提出了采用鉑電阻作為變壓器油溫測量的傳感器，MSP430F449單片機(jī)為核心處理器件，實(shí)現(xiàn)對變壓器油溫測量，采用光纖實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信，在上位機(jī)運(yùn)行油溫監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)的監(jiān)測變壓器油溫。該電力變壓器油溫測量系統(tǒng)代替直接輸入變壓器溫度控制器去控制電力變壓器冷卻系統(tǒng)，具有方便實(shí)時(shí)在線檢測、集中控制等特點(diǎn)。

　　2 變壓器散熱原理分析

　　變壓器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗以熱的形式通過油、油箱壁和散熱器散發(fā)到周圍的空氣中。熱量的散發(fā)通過導(dǎo)熱、對流和輻射三種形式。從繞組和鐵心的內(nèi)部到其表面熱量主要靠導(dǎo)熱形式散發(fā)，從繞組和鐵心表面到變壓器油中熱量主要靠對流的形式散發(fā)。散發(fā)到變壓器油中的熱量使油箱中的變壓器油溫度上升、密度下降、產(chǎn)生熱浮力，而變壓器油在熱浮力的推動(dòng)下，從油箱上部進(jìn)人連接油管，通過油管進(jìn)人散熱器。變壓器油在散熱器中經(jīng)過和外面空氣的熱交換，使散熱器中的變壓器油溫度降低，從油箱下部進(jìn)人連接油管，通過油管重新進(jìn)入變壓器油箱，形成自然循環(huán)。變壓器的散熱量可由式(1)確定：

　　式中，Ql為單位熱負(fù)荷；Q為變壓器的損耗；F變壓器的總散熱面積；C1與變壓器性本身參數(shù)有關(guān)的常數(shù)；ty即變壓器溫升。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　電力變壓器運(yùn)行中，對其油溫的測量是維護(hù)電力變壓器安全運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。電力變壓器冷卻系統(tǒng)的投退和超溫報(bào)警等都由其安裝的溫度控制器來實(shí)現(xiàn)。

　　本變壓器油溫測量系統(tǒng)以MSP430F449為主控制器件，它是TI公司生產(chǎn)的16位超低功耗特性的功能強(qiáng)大的單片機(jī)。MSP430單片機(jī)內(nèi)部具有高、中、低速多個(gè)時(shí)鐘源，可以靈活的配置給各模塊使用以及工作于多種低功耗模式，大大降低控制電路的功耗提高整體效率。首先，電力變壓器油溫經(jīng)過傳感器和信號調(diào)理電路采集放大為適合A／D轉(zhuǎn)換的電壓值。然后，A／D轉(zhuǎn)換器對模擬信號進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號后經(jīng)MSP430作預(yù)處理。 該監(jiān)測系統(tǒng)通過MAX3221電平轉(zhuǎn)換電路采用光纖實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的串行通信，PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對溫濕度值的進(jìn)一步分析和對系統(tǒng)的控制。利用光纖收發(fā)模塊構(gòu)建的光纖通信系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，借助MSP430單片機(jī)和主機(jī)(上位機(jī))之間的串行通信完成人機(jī)交互監(jiān)測，系統(tǒng)框圖如圖1。

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