一种电力变压器运行监测系统的设计.pdf

经 验 交 流 Tle c hn i c al Comm u n i c at i on s 自动化技 术与应用 2 01 0年第 2 9卷第 2期 一 种 电力变压器运行监测系统 的设计 王天 文 任 小洪 ，贾 书香 梁立飞 ( 四川理工学院自动化与电子信息学院， 四川自贡 6 4 3 0 0 0 ) 摘 要： 电力变压器是电力系统中的一个很重要的设备， 现在对其运行监测采用的是人工方法， 这种方法不仅浪费人力， 又不能实现全 天不问断监测本文对电力变压器运行过程中出现的故障及其原因进行了分析， 提出了基于移动机器人的电力变压器循环监 测系统， 并对系统从硬件和软件两方面进行了阐述 关键词： 电力变压器 ； 移动机器人； 单片机； 故障监测 中图分类号： T P 2 7 4 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 3 7 2 4 1 ( 2 0 0 9 ) 1 2 0 1 l 1 0 3 A De s i g n o f t h e P o we r Tr a n s f o r me r De t e c t i n g Sy s t e m WANG Ti a n - we n ， l i EN Xi a o - h o ng ， J I A S h u- x i a n g ， LI ANG Li - f e i ( I n s t i t u t e o f a u t o ma t i o n a n d e l e c t r o n i c i n f o r ma t i o n ， S i c h u a n Univ e r s i t y o f S c i e n c e&E n g i n e e r i n g ， Z i g o n g 6 4 3 0 0 0 Ch i n a) Abs t r a c t ：P o we r t r a n s f o r m e r i s a n i m p o r t a n t d e v i c e i n e l e c t r i c p o we r s y s t e m s ， i t s wo r k i n g s i t u a t i o n i s d e t e c t e d b y h u m a n b e i n g n O W I t n o t o n l y wa s t e a l o t o f ma n p o we r r e s o u r c e s b u t a l s o c a n t d e t e c t e i t a l l t h e d a y t i me Th i s p a p e r b r i n g s f o r wa r d t h e p o we r t r a n s f o r me r c y c l i n g d e t e c t s y s t e m a c c o r d i n g t o t h e a n a l ys i s o f t h e ma l f un c t i o n a n d e x p l a i n i t f r o m bo t h t h e h a r d wa r e a n d t h e S O f e w a r e Ke y wo r ds ：p o we r t r a n s f o r me r ； a u t o mo b i l e r o b o t ； M CU； m a l f u n c t i o n d e t e c t i o n 1 引言 电力变压器是电力系统中的一个很重要的设备 1， 因而在 电力系统运行中要经常检测 电力变压器的运行 状况， 包括 ： 变压器油的温度 、油速和冷却设备的运转 情况等( 强迫油循环风冷变压器) 。目前这些检测是 由运 行人员来完成的， 但这样常常不能及时发现变压器异常 和故障的问题 ， 造成巨大的经济损失。 本文采用移动机器人【 2 - 3 】 代替人工对电力变压器的 运行情况进行全天不间断循环监测。把电力变压器从 1 到 N 进行编号 ， 机器人从 l号变压器 开始依靠 本身的 红 外超声图像传感系统通过路径规划 4 】 按变压器编号依次 到达共余的变压器 ， 即移动机器人先以 l号变压器为起 点 ， 2号变压器为终点进行路径规划 ， 对 2号变压器运行 状态检测完成以后再 以2号变压器为起点 ， 3号变压器 为终点再次进行路径规划， 到达后进行运行状态检测 。 基金项目： 人工智能四川省 ( 高校) 重点实验室项目基金资助 ( 编 号： 2 0 0 7 R 0 1 1 ) 收稿 日期：2 0 0 9 0 9 1 5 再完成对这 N 个变压器运行状态的检测后， 移动机器人 返 回 1号变压器 ， 开始新一轮的监测。用移动机器人代 替人工对 电力变压器运行状态进行监测既可以节省人 力 ， 又可以避免人为原因造成的误差 ， 提高变压器的运 行可靠性 ， 减小变压器的故障损坏程度 ， 提高 电力系统 运 行 的稳 定性 。 2 电力变压器运行故障分析 绕组过热 ； 分接开关动、静触头接触不 良； 引线故障， 引线故障主要有； 漏磁导致过热 ， 风扇工作不正常， 风扇工作不正常 ； 漏硅胶 造成堵塞 ； 异物引起局部过热， 变压器内部残留的异物不 仅可能造成绕组匝问短路 ， 引起局部过热， 而且也可能 在异物 中形成环流， 引起局部过热。 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第2 期 经 验 交 流 T e 一c h n i c a 1 C o m m u n i c a t i o n s 3 监测系统设计方案 本系统利用现代检测技术， 以 AT8 9 C 5 2单片机【 5 为核心 ， 通过数字 式温度传感器把变压器油温值直接 送入单片机 ， 通过模拟量输入通道把冷却风扇的工作 电流送入单片机 ，通过油速信号变换 电路将油速值送 人单片机 ， 并将运行数据与预先设好 的设定值进行 比 较 ， 如不正常则发出报警信号 ， 并将采得数据传送给移 动机器人 ， 通过移动机器人 的无线模块发送给调度 中 心 或 主控 室 。 3 。 1 硬件部分 硬件部分主要包括数据采集 电路、风扇油泵控制 电路、报警 电路、通信 电路和键盘显示 电路 6。 图 1 监测系统硬件框图 P 0口： 作为 8位并行数据线和低 8位地址线使用。 通过输入琐存 电路与机号地址编码电路， 与数据采集电 路、键盘显示电路直接相连 ； 通过多片输出锁存器与存 储电路和时钟路电路、控制 电路相连 。 P1口： 作为一般 I 0 口使用， 其输出P1 1 P1 2作 为 C D 4 0 5 1 的段选信号、P 1 3 作 L F 3 9 8 的控制信号、P 1 7 作为看 门狗芯 片 MAX8 l 3 L的喂狗信号 。其输出 P1 0作为 A D5 7 4 A的转换结束查询信号、P 1 4作为温度 传感器的输入信号、P 1 5作为油速传感器的输入信号。 P 2口： 作为地址线和片选线使用。其中P 2 0 P 2 4 作为高 5 位的地址线； P 2 5 -P 2 7 经一片 7 4 L S 1 3 8 译 码后产生片选信号 S1 s 8 ， 其中S 1 s 3 作为区分三片 输出锁存器 7 4 L S 3 7 3的片选信号， S 4 -$7 分别为 A D 转换器 A D5 7 4 A、键盘显示接口芯片 8 2 7 9 、6 4 k S RAM 6 2 6 4和时钟芯片 MCl 4 6 8 1 8的片选信号， 最后 S 8 作为 机器编码电路输入锁存器 的片选信号。 数据采集 电路对变压器的油温、油速和冷却风扇的 工作电流进行数据采集。对油温检测采用温度传感器采 用了美国DAL L S半导体公司生产的D S 1 8 B2 0型单线智 能温度传感器， 无需 AD转换直接将温度测量值输入单 片机 】 ； 油流继 电器安装在冷却器和油泵之间的联管 上 ， 其挡板伸人到联管中。通过对油流继 电器的状态的 监测可以知道油泵的工作状态是否正常 ； 对风扇的工作 电流， 通过电流互感器、采样保持、A D转换、光电隔 离判断电流有无 ， 及大小方向可判定风扇是否工作正常。 风扇油泵控制 电路根据变压器上层油温的温度高 低 自动调节风扇的运行个数 ， 以确保变压器的温度保持 在正常的工作范围之内， 采用了简单易用 7 4 L S 3 7 3锁存 器将数据总线上的控制信号进行琐存 ， 再通过光电隔离 控 制双 向可控 硅 ， 则 可 以控 制风 扇的停 转 。 报警 电路在检测到 电力变压器运行 出现故 障时发 出声光信号 ， 并将故障变压器的编号与故障类型数据传 送给移动机器人 ， 移动机器人通过无线模块发送给主控 中心和调度室。 主控 中心或调度室与本系统之 间变压器越线油温 的设置 、各个变压器的编号与油温的实际数值这些数 据的发送都是通过移动机器人的无 线模块和监测系统 的 串行通 信 完成 的 。 键盘显示 电路也可对变压器越线油温进行设置 ， 并 且循环将测得 的变压器的编号和油温进行显示。 当移 动机器人监测过程中可按下急停按钮对油温进行设置 或观察油温读数。 3 2 软件部分 软件部分分为移动机器人部分和监测系统两部分 部分 。移动机器人部分主要包括路径的规划和急停按 钮检测子程序。路径规划使得机器人可以按照电力变 压器编号顺序无碰最优的到达各个变压器 9 1 0 1 ； 急停按 钮 检 测子 程 序用 于移 动 机器 人 行进 过程 中对 测量数 据 的随时观察和设定变压器油温越限值。系统框图如图 2 。监测系统部分包括监测系统部分包括 DS 1 8 B 2 0电力 变压器油温测量程序【 1 、风扇电流测量程序 、油速测 量程序、键盘显示程序、报警程序以及与机器人的通讯 程序。这些程序完成对变压器油温、风扇 电流以及油速 的测量 ， 并把这些数据送去显示及通过机器人无线模块 传送值调度 中心。当测量值超出越限值时， 发出报警信 号。系统框图如图 3。 经 验 交 流 Te c hn i c a I Co m m U n i c a t i on s 自动化技 术与应用2 01 0年第 2 9卷第 2期 图2 机器人系统软件框 图 图 3 监测系统软件框图 4 结束语 用移动机器人代替人工对 电力变压器运行状态进 行监测解决了很多问题 ， 提高了监测的效率和精度 ， 能 提高电力变压器运行的稳定性 。但 由于移动机器人的 路径规划需要一定的时间且到达每一个路径终点也需 要时间， 当需要监测的电力变压器数 目很多时 ， 对于每 一 个变压器的监测的间隔时间就会变长 ， 在电力变压器 出现故障时可能不能及时的检测到。这个问题可以通 过改善移动机器人的路径规划算法 ， 提高规划效率 ， 减 少规划时间； 采用高性能的移动机构 ， 提高机器人移动速 度等 方面 来 解决 。 参考文献： 1 王小英等 变压器故障与监测【 M】 北京： 机械工业出版 社 ， 2 0 0 4 2 】张炳达等 智能信息处理技术基础【 M】 天津大学出版社， 2 0 0 8 3 】 肖南峰 智能机器人【 M】 广州： 华南理工大学出版社， 2 0 0 8 【 4 张毅等 移动机器人技术及其应用【 M 北京： 电子工业 出版社 ， 2 0 0 7 5 马忠梅等 单片机的 C语言应用程序设计 M】 北京： 航 空航天出版社 ， 2 0 0 7 【 6 乔蕊， 崔春英 大型电力变压器热保护系统的研究与实 现 J 福建电脑， 2 0 0 8 ， ( 5 ) ： l 1 5 -1 1 6 7 丁赞成 变压器油温智能测控系统的设计构想【 J 】 新疆 电力 ， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： 4 3 ： - 4 4 8 】杨丽娟 电力变压器热保护系统硬件的研究 J 】 自动化 技术与应用， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 1 4 -1 1 6 9 】刘天孚 基于遗传算法的移动机器人路径规y tj j 】 计算 机工程 ， 2 0 0 8 ， ( i 7 ) ： 2 1 4 - 2 1 5 【 l 0 】涂俊 ， 易 畅， 涂进 变 电站巡检机器人路径规划及视觉 系统设 J 】 云梦学刊， 2 0 0 7 ， 2 8 ( $t ) ： 1 8 5 -1 8 6 1 1 陈雷， 杨国梁 电力变压器温度数据测量子系统的设计 J 自动化技术与应用， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： l 1 7 -1 2 0 作者 简介：王 天文 ( 1 9 8 4一)，男，硕 士研 究生，研 究方向 为智 能 控 制 。 ( 上接第 1 0 6页) 本温度控制系统 ， 在上位通过参数“ 加热器设定温 度”可以整体调整加热温度 ， 通过参数 “ 板材温度模式” 和 “ 加热器温度模式”可以调整加热器在每一段的加热 效果， 通过参数 “ 点火率”可以调整每一块加热瓦P WM 输出的脉宽 ， 实现了温度的整体、区间和个别的全方位 可调整性。串级控制的引入 ， 减少了干扰的影响 ， 增强 了温度控制 自动调节的智能性 ； 分段控制思想的引入 ， 给 操作员提供了一个开放的操作环境 ， 使操作员丰富的操 作经验发挥作用。系统 自投入使用以来 ， 运行稳定、可 靠， 废品率控制在 2左右 ， 受到厂方好评。 作者简介： 李志丹 ( 1 9 8 0 一 ) ， 女， 硕士研究生， 助教， 机械电子 工程 专 业 ，主要 研 究 方 向 ：机 电控 制 。