电力变压器实时监测系统设计【文献综述】

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[1]。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[6]。

2.2 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）、CO（一氧化碳）、CH4（甲烷）、 C2H6（乙烷）、 C2H4（乙烯）、 C2H2（乙炔）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O2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CO 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以太网通信方式传入服务器中[7][8][9]。

3.2 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C。

3.3 PIC16F877单片机

PIC16F877具有Flash program程序内存功能，属于PICmicro系列单片微机，是由Microchip公司所生产开发的新产品，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。

3.4.2 复位电路设计

单片机在工作之前都要进行复位，如图3-4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Pin11与Pin32，Pin12与Pin31为地线接脚；复位电路连接Pin1，按下Reset后，内部指令重头开始执行，系统重新运作[12]。

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 (RA0/AN0)，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 (RA0/AN0) 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，如果信号超出设定的阀值，通过I/O口 Pin19 (RD0/PSP0)引脚连接的LED管进行报警。

3.6 电力变压器远程监控制模块

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可以构成不同功能的网络终端节点，如网络服务器、远程监控设备等。图3-8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ENC28J60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

4.1 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