电力变压器在线监测与故障诊断系统研究.docVIP

电力变压器在线监测与故障诊断系统研究 　　摘要：针对电力变压器在线监测系统对数据传输可靠性和实时性的要求，提出了一种基于C8051F020 单片机控制的变压器在线监测系统，进行了电源电路及信号调理电路的设计。建立了基于信息融合技术的变压器智能故障诊断模式，将各种特征信息融合后对变压器的故障进行诊断，提高了诊断的可靠性和准确性。 　　关键词：电力变压器 在线监测 故障诊断 信息融合 　　中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0127-03 　　电力变压器是电力系统的核心设备之一，其安全、可靠运行是保证整个电力系统可靠供电的基础[1-3]。电力变压器发生故障会直接影响电力系统的安全运行，同时会给电力企业及电力用户带来极大的经济损失。目前电力系统向超高压、大电网及自动化方向快速发展，变压器工作故障对电力系统安全、可靠运行的影响和危害与日剧增。由于电力变压器故障的发展过程与运行环境、负荷容量及绝缘状况相关，通过采用预防性维修方法很难及时发现一些潜在故障，预防性维修不仅费用高而且对绝缘等发展性故障反应不够灵敏[4-5]。因此，对变压器运行状态进行实时在线监测是非常必要的，在线监测技术结合变压器故障智能诊断可以及时发现发展中的事故隐患，降低事故风险，防患于未然。 　　1、变压器在线监测系统硬件设计 　　变压器在线监测项目主要有局部放电监测、有载分接开关的监测、套管介损因数的监测、负荷电压、电流、功率的因数的监测、绕组温度的监测、油中微水、溶解气体的在线监测等。通过这些项目的在线监测对变压器进行全方位的监测，获得有关变压器运行状态较为详细的信息，通过这些特征信息结合变压器故障智能诊断系统判断变压器有无异常。变压器状态在线监测系统硬件结构图如图1所示。 　　由变压器状态在线监测系统硬件结构图可知，该系统由多通道传感器数据采集、传感器信号预处理、监视现场显示、上位机监测系统网络数据通讯模块以及核心处理器C8051F020的外围电路组成。通过实时数据采集模块将微水含量传感器、温度传感器以及多路气敏传感器所采集的模拟信号经滤波、放大后送入C8051F020的ADC转换接口，进行模拟量与数字量的转换，并将转换后的数字量存储于单片机的存储器中。通过数据初步判断和简单故障诊断处理，将处理结果在监测现场液晶显示屏上简要显示以便现场信息获取和维护管理，同时处理器将实时采集数据、采集日期信息和预处理结果通过网络数据通讯模块上传给上位机的远程监测和智能诊断系统，然后进行详细的记录、分析和故障诊断。 　　系统核心处理器采用C8051F020单片机，其内有高速的微控制器内核，流水线指令结构，每条指令的执行时间可达25MIPS；片内64K字节的FLASH程序存储器，4352字节内部数据RAM，64K字节闪速存储器，4K字节的内部XRAM数据存储器，无须外加ROM和RAM，有利于电路的微型化设计。片内JTAG和调试电路，通过4线JTAG接口可以实现非侵入式、全速的在线系统调试，片内专用看门狗定时器，可保障系统的可靠运行，64个通用I/O接口，主要完成人机接口功功能。 　　1.1 系统电源电路的设计 　　由于C8051F020的I/O输入输出供电电源为5V，其内核及片内外设供电电源为3.3V，因此系统要使用两组稳压电源。系统稳压5V电源电路如图2所示。 　　220V的交流电首先经过降压变压器降压，将降压后的交流电经整流桥整流为直流，经C1滤波后进入LM7805稳压模块，R1分压后最终输出5V直流电。将5V直流电再使用低压差电源芯片LM1117MPx-3.3芯片稳压输出3.3V，LM1117MPx-3.3芯片具有输出电流大、输出电压精度高、稳定性好等特点。系统3.3v电源电路如图3所示 　　1.2 信号调理电路的设计 　　C8051F020内有12位的逐次逼近型模数转换器，通过软件编程就可以实现模拟量与数字量的转换。电力变压器在线监测系统传感器检测的模拟量都是弱电信号，并且含有混叠的高频噪音信号，因此，在检测信号接入C8051F020的A/D接口前必须经过信号调理电路。电流传感器信号调理电路如图4所示，传感器信号经R2分压作用，在信号输入点转换成电压信号，经R3和C8组成的低通滤波回路，有效滤除信号中混叠的高频噪声信号，最后由高精度运算放大器LM358跟随放大，将放大后的信号输出到单片机的A/D引脚。 　　电压型传感器信号调理电路如图5所示，弱电压信号首先经过初级滤波进入同相输入端，即保证与反向输入端电阻构成跟随放大电路，也可满足线路高阻抗匹配特性，能有效滤除电压噪声干扰。传感器信号调理模块和单片机A/D采样模块共同完成了变压器在线监测原始数据的采集和数字滤波，是监测系统获取有用信息及正确开展智能诊断工作的基础。 　　2、基于