电力变压器智能监测仪的设计与研究

吴旭云，吴旭志，胡东洋

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

电力变压器智能监测仪的设计与研究

吴旭云，吴旭志，胡东洋

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

设计采用具有ISP功能的STC89C52RC单片机作为核心，利用了当前最流行的一些新器件构成最小系统。并且外扩模数转换芯片ADC0809，采用温度传感器AD590进行温度采集，通过电动机线圈下线时反串线圈的方式采集电动势的变化，从而测取电机气隙变化，并通过跳线的方式预留所有接口。整个板子的设计体现了结构简洁明了，功能新颖实用的优点。又有性价比高、简单易用的优点。整个设计系统包含了模拟量输入、开关量输入、人机交互、串口通信、供电模块电路、LCD液晶显示电路等模块。应用于电力变压器的智能检测是很好的选择。

ADC0809;AD590;变压器;智能检测

0 引言

协作单位长春诺森电机有限公司，是专为电厂和中大型变电所的中大型电力变压器配套生产潜油电泵电机和强力通风电机的生产企业，长期以来在全国同类行业中占有相当的份额，企业生产效益好。目前国内对强力冷却的装置——异步电动机的实时监测尚属空白。因此，厂家提出请高校的技术人员同企业的科技人员共同研制电力变压器的冷却装置的实时监测系统。

电力变压器随着负载的变化而不断变化，温升也随之时高时低，其变化是动态的，温升直接影响到电力系统的供电可靠性。温升的升高必将引起电气绝缘老化，从而导致变压器的故障。所以，电力变压器的散热是电力变压器可靠运行的重要条件之一。

本装置是相关行业急需的配套设备，其产品的研制与开发必将使企业更好地占领市场，因此产品的市场化是不成问题的，必然为企业创造客观的经济效益。也更加的提高了电力系统安全供电的可靠性。现如今，全国电力行业正处于蓬勃发展中，电厂、变电所的可靠运行是国家电力运行的必要条件，因此其产品的市场需求还是很大的，前景是很有发展的。

1 方案设计

本设计的主体思路是从两个方面考虑的:一个是硬件电路设计方面，另一个是软件编程设计方面。

硬件电路设计方面是以STC89C52单片机作为控制器和数据处理器。如图1所示。集成温度传感器AD590作为现场温度采集器件，通过ADC0809数模转化器将传感器采集的模拟电压转换成数字量显示出来。本设计的显示部分采用LCD1602液晶显示。可以很直观的显示出采集来的数据。采集电机气隙变化的下线预埋反串线圈的方式。通过ADC0809数模转化器将采集来的小于1V的电压值，通过换算得出电机的噪音分贝值，通过液晶显示屏显示出来。另外硬件电路还有显示时间的功能通过单独的时钟芯片进行时钟设置。防止突然掉电带来时钟消失的麻烦。电路还配有四个独立式功能按键及一个单片机复位按键，用户可以根据自己的要求通过按键来实现更改时间、查看历史数据和单独数据显示等功能。

软件编程设计方面是以C语言作为本设计的程序控制语言。由于C语言具有可读性好、可移植性行强、C语言程序生成代码质量高、程序执行效率高等优点。通过C程序控制ADC0809数模转化器的两路输入通道，把采集到的两组数据经过单片机处理后送入液晶显示器显示数据。当采集到的数据超出标准值一定额度后由单片机发出报警信号给蜂鸣器，进行声光报警。

图1 系统框图

2 技术关键、指标及创新

2.1 主要研究内容

(1)潜油电泵电机的信号采集，采取下线预埋反串线圈产生电动势方式。

(2)现场数字或模拟仪表与远程信号传输方式的变换，完成实时采集、实时远程监测。

(3)计算机监测软件的编程与研发。

2.2 技术关键

(1)采集电机气隙变化的下线预埋反串线圈的方式。

(2)电机运行时考虑运行电机内部电势与现场高压电网对本装置的电磁影响。

(3.)现场数字或模拟仪表与远程信号传输方式间的接口方式，数据转换的可靠性保证。

(4)预计达到现场可实时监测，远程控制室可实时监测。

2.3 主要技术指标

(1)实时采集、监测所有的电泵分组的电动机。

(2)实时显示电动机的运行状态，气隙大小，超限报警。

(3)性能稳定，工作可靠，可打印每班记录。

3 软件编制流程

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类:一是监控软件(主程序)，它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件(子程序)，它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。

用C语言进行单片机程序设计，采用结构化程序设计思想:在总体设计中采用“自顶而下”(TOP－DOWN)的方法，在程序设计中采用模块化编程。把整体任务分成一个个子任务，子任务再分子任务，逐层细分，每个子程序都完成其规定的功能，明确输入输出。将这些程序连接起来就构成整体流程图。模块化编程，每个模块结构完整，相互独立的程序段。如液晶模块的写控制指令、写显示数据、清屏;数据处理中的工程量转换，均值滤波等。这些程序可以任意调用、修改，使整个程序结构清晰，组合灵活，维护调试方便。主程序框图如图2所示。

4 结语

通过对样机的测试，其测试数据达到了设计要求。样机软硬件运行稳定，完全符合工程设计的技术要求，其成果应用于电厂和中大型变电所的中大型电力变压器配套潜油电泵及强力通风电机的监视和巡检，必将填补本行业的一个空白，为实现电力系统的可靠运行提供坚实的保证。

图2 主程序流程图

［1］ 何立民.单片机应用技术选编10［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2004.

［2］ 马斌.单片机原理及应用［M］.北京:人民邮电出版社，2009.

［3］ 张毅刚.单片机原理及应用［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］ 王贤勇，郭龙源.单片机原理与应用［M］.北京:科学出版社，2011.

［5］ 吴旭云，吴旭志.专用异步电动机电磁设计软件的数值计算方法［J］.长春大学学报，2005，15(2):12－14.

［6］ 傅丰礼，唐考镐.异步电动机设计手册［M］.2版.北京:机械工程出版社，2011.

Design and Research of Intelligent Monitor for Power Transformer

WU Xu-yun，WU Xu-zhi，HU Dong-yang

(College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China)

This design，taking STC89C52RC single-chip with ISP function as the core，constitutes the smallest system by using the most popular devices，converts chip ADC0809 by external extended modulus and acquisits temperature by adopting temperature sensor AD590.It collects changes of electromotive force through the method of motor opposite connect sensing coils so as to measure the electrical air gap and reserves all interfaces by jumpers.The entire experiment board structure is clear and the function is practical，which has the advantages of high performance-price ratio and simple use.Also，the design contains the modules such as analog input，digital input，human-computer interaction，serial communication，power supply module circuit，LCD liquid crystal display circuit and so on.It is a good choice to apply to the intelligent monitoring of power transformer.

ADC0809;AD590;transformer;intelligent monitoring

TP391.76

A

1009－3907(2011)12－0021－03

2011-05-10

吉林省教育厅“十一五”科技项目(吉教科合字2007第382号)

吴旭云(1963-)，男，河南郑州人，副教授，硕士，主要从事电机设计及电力工程设计的技术工作。

责任编辑:吴旭云