干式變壓器智能溫控系統(tǒng)的設計

孟凡利 劉 洋

1.山東電力高等?？茖W校 山東 泰安 271000；2.華北電力大學國際教育學院 北京 102206

0 引言

干式變壓器的安全運行和使用壽命在很大程度上取決于繞組的絕緣和負荷情況，但在非長時間過負荷工作時，起決定作用的是其繞組的絕緣狀況。絕緣繞組損壞的主要原因之一是繞組的實際溫度超過其絕緣的耐受溫度。雖然，按“電力設備運行規(guī)程”規(guī)定，都會定期對變壓器進行耐壓等試驗，但由于沒有對其工作過程中繞組的溫度進行實時檢測，也就不能對運行中的變壓器實施及時有效地保護。為此，設計了以AT89C52單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)，它可以對三相繞組的溫度進行實時檢測和顯示、自動控制冷卻風機的開啟與關閉，并具有超溫報警、超高溫跳閘等功能。

1 硬件設計

溫控系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

1.1 溫度變送電路

溫度變送電路由溫度傳感器及電橋電路和雙積分A/D轉換器組成。本系統(tǒng)中需要測量變壓器三相繞組的溫度，可通過將三只鉑電阻傳感器（Pt100）預埋的方式來獲取。在0℃~800℃范圍內，鉑電阻的阻值與溫度的關系為：

圖1 干式變壓器智能溫控系統(tǒng)的硬件結構

式中R0溫度為0℃時鉑電阻的阻值，分度號為Pt100的鉑電阻，其R0=100Ω；

Rt溫度為t℃時鉑電阻的阻值；

由上式看出，鉑電阻的阻值與溫度之間呈非線性關系。經電橋電路后，輸出電壓與被測溫度之間的關系仍為非線性，若不對其線性化處理，則會造成較大的測溫誤差。處理的方法通常是在數(shù)據(jù)處理中加以修正，如查表法、分段線性法。本設計中采用硬件的方法實現(xiàn)：將電橋輸出電壓經雙積分A/D轉換器ICL7135來實現(xiàn)鉑電阻測溫線性化并實現(xiàn)A/D轉換的(多路開關用于三相測溫的換接)。線性化的關鍵在于使積分器的參考電壓與積分時間成一次線性關系，這可通過在7、8引腳間加一合適阻值的電阻和一合適容量的電容來實現(xiàn)。

1.2 看門狗、電壓監(jiān)視、EEPROM電路

同其它單片機系統(tǒng)一樣，為避免該系統(tǒng)在電磁干擾較強的惡劣環(huán)境中出現(xiàn)死機，使系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地工作，本系統(tǒng)也采用了看門狗技術?？撮T狗分軟件看門狗和硬件看門狗，其中軟件看門狗受單片機資源的限制，但其經濟性好。

低電壓監(jiān)視電路是當電源電壓跌落至預定的最小門限電壓以下時，復位單片機系統(tǒng)，從而避免在電源失效或斷開的情況下，單片機繼續(xù)不正常地工作，提高其可靠性。

EEPROM是電可擦除的可編程只讀存儲器，用于數(shù)據(jù)的存儲，其數(shù)據(jù)不易丟失或更改。

本系統(tǒng)選用的X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)視和串行EEPROM三種功能于一身的可編程電路。它的應用有利于簡化系統(tǒng)的結構、減小對電路板的空間需求 （一片X5045相當于MAX706加24C04的功能，但管腳數(shù)僅與一片MAX706或24C04的管腳數(shù)相同），降低了系統(tǒng)成本，尤其是大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

當系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設置時間時，電路中的看門狗將通過RESET信號向CPU作出反應。當電源電壓降到允許范圍以下時，系統(tǒng)也將復位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的EEPROM與CPU通過串行通信方式接口，共有4096位，可以按512×8個字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設定的數(shù)據(jù)如下：

設定的第二個數(shù)據(jù)為冷卻風機的開啟溫度（系統(tǒng)的默認值為90℃），即當任一相繞組的溫度超過該值時，冷卻風機啟動。

設定的第一個數(shù)據(jù)為冷卻風機的關閉溫度（系統(tǒng)的默認值為80℃），即當三相繞組的溫度都低于該值時，冷卻風機關閉。

設定的第三個數(shù)據(jù)為超溫報警溫度（系統(tǒng)的默認值為130℃），即當任一相繞組的溫度超過該值時，啟動報警器。

設定的第四個數(shù)據(jù)為超高溫跳閘溫度（系統(tǒng)的默認值為150℃），即當任一相繞組的溫度超過該值時，啟動一次線路開關的跳閘裝置，將變壓器從線路上切除。

以上數(shù)據(jù)存于EEPROM中，同時，為防止數(shù)據(jù)丟失以及數(shù)據(jù)恢復的需要，將其備份存于另外一個區(qū)段中。正常工作時不用備份數(shù)據(jù)，對工作數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可隨時進行調用或輸入密碼后人為進行修改。為防止意外寫操作，將設定的數(shù)據(jù)更改，在軟件中設置了寫保護。

1.3 鍵盤輸入電路

除系統(tǒng)設定的溫度值外，用戶還可根據(jù)需要重新設定該值。其方法是：按動“溫度設定”鍵，顯示器第一位顯示“H”，要求輸入密碼后進行操作，密碼為三位 （與溫度顯示復用，溫度顯示為三位，0℃~200℃），通過鍵“+”、鍵“－”輸入（共有 8 種組合），不論密碼輸入為何值，三位密碼顯示均為“日 ”字，當輸入的密碼與EEPROM中存儲的密碼一致時，系統(tǒng)就會將第一個要設定的值調出來并在顯示器上顯示出來，按動“+”或“－”鍵，即可對該值進行重新設定，再次按動“溫度設定”鍵，就可設定第二個溫度值，依次第三個、第四個，最后再按一次后，重新設定成功。若密碼不正確，就進不了系統(tǒng)來重設數(shù)據(jù)。按鍵之間的按動時間間隔設定為10s，若在此時段內沒有按動下一個按鈕，則系統(tǒng)自動回到默認值，繼續(xù)進行循環(huán)檢測和控制。

1.4 顯示及控制電路

電路由顯示器、工作指示燈、繼電器輸出組成。顯示器一是用于正常工作時三相繞組溫度的循環(huán)顯示，由 4位組成，第一位顯示相別A、B、C，后三位顯示檢測的溫度值；二是修改設定的數(shù)據(jù)時，顯示密碼提示、輸入的密碼和重設的數(shù)據(jù)值（在數(shù)據(jù)設定期間，數(shù)字一直為跳顯）。

指示燈有4個，分別指示風機的啟動、停止、高溫報警和超高溫跳閘。

繼電器輸出點有4個，分別控制風機的啟動、停止、高溫報警和超高溫跳閘。另外，由于在風機的二次控制回路中加裝了控制按鈕，不論控制系統(tǒng)處于怎樣的工作狀態(tài)，都可以用手動進行風機的啟、停控制。

2 軟件設計

本控制系統(tǒng)由主程序、鍵盤處理程序、溫度測量采樣程序、判斷輸出程序和濾波程序組成，主程序流程框圖如圖2所示。在溫度采樣處理中采用了ICL7136雙積分式A/D轉換器，它具有較好的干擾抑制作用，但為使測量的溫度值更準確，本系統(tǒng)中還采用軟件對采樣值進行了濾波，即每相溫度連續(xù)采樣4次，去掉1個最大值和1個最小值，計算剩余2個數(shù)據(jù)的平均值作為其溫度值，這樣可有效地消除采樣過程中由尖脈沖干擾引起的溫度誤差。通過采用雙積分A/D及數(shù)字濾波，實測溫度誤差值在0.1℃以下。

圖2 主程序流程框圖

3 結束語

本智能溫控系統(tǒng)具有精確、可靠、靈活、先進之特點，是傳統(tǒng)模擬儀表控制所不能比擬的。

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