基于S3C6410电力变压器故障监测系统的研究

康丽杰，李雅丽，张晓博，马　媛(石家庄信息工程职业学院 通信工程系，河北 石家庄050035)

基于S3C6410电力变压器故障监测系统的研究

康丽杰，李雅丽，张晓博，马媛
(石家庄信息工程职业学院 通信工程系，河北 石家庄050035)

变压器是电力系统中重要的电气设备，其安全性对于保证电网的可靠运行具有重要的作用，因此对变压器的运行状态进行在线监测是必要的。采用嵌入式系统，利用信息的融合技术实现了变压器的在线监测及故障诊断功能。整个系统由三个功能模块组成：数据采集模块、数据通信模块、数据处理及故障诊断模块。其中通信模块选用嵌入式芯片S3C6410作为通信网关，提高了电力变压器运行的可靠性。

变压器；在线监测；嵌入式；故障诊断

电力变压器是电能传输和配送环节中进行能量转换的枢纽，是电网中最重要的设备之一。变压器事故不仅会对自身的安全造成损失，还会给电力的供应带来不利的影响。所以，在线监测与诊断电力变压器的运行状态对电力系统的安全运行具有重要意义。

近年来，随着计算机和通信技术的发展，电力变压器在线监测技术得到了快速的发展。本文利用嵌入式系统构建了电力变压器监测系统，可以对变压器的突发性故障进行在线检测和诊断，对设备的安全运行具有一定的借鉴意义。

1 电力变压器常见的故障类型及诊断方法

变压器由器身、油箱、冷却装置、保护装置和出线装置组成。器身包括铁心、绕组(绕圈)、绝缘、引线和分接开关；油箱包括油箱本体和油箱附件(放油阀、接地螺钉、小车、铭牌等)；冷却装置包括散热器和冷却器；保护装置包括储油柜、油标、安全气道、吸湿器、测温元件和气体继电器；出线装置包括高、低

正常运行的变压器会发出均匀的电磁交流声，因此，依靠变压器运行声音来判定其运行状态是过去人工故障诊断的重要方式。但随着检测技术的提高，各种电气检测方式成为变压器故障诊断的主要手段。

变压器的故障类型主要有几种：绕组故障、自动跳闸故障、变压器油温突变、油质变坏、瓦斯保护故障等。这些故障会直接带来变压器油位、油温、声音、颜色、气味、电流、电阻等参数异常变化，因此，加强对这些参数的监控是一种有效的手段。

文献[1]中提出了若干种变压器的在线监测技术，主要有：

(1)气体分析技术：由于变压器在运行过程中内部会产生诸多的气体，这些气体在正常状态和故障状态时从成分和气味上都有所不同，因此利用气体传感器来采集运行变压器中的气体，并对其成分进行分析，就可以对变压器的运行状态及绝缘状态进行诊断。

(2)振动分析技术：变压器铁心与绕组的机械特性变化可以直接反映铁心与绕组的状态变化，利用相应的变压器振动简化数学模型，结合直接检测振动信号，就可以很方便地发现变压器内部的故障隐患。

(3)温度分析技术：运行温度是变压器正常运行的重要指标。在这些温度中，有绕组温度、油温等，这些温度数据的采集可以利用温度传感器来实现，也可以利用红外测温技术来实现。

(4)频率响应分析技术：该方法可以有效地判断变压器绕组或引线结构是否偏移，主要利用的是对相应的电感或电容值进行测量，当电感及电容值发生细微的变化时，说明绕组发生了一定的机械位移。

2 电力变压器故障监测系统总体设计

电力变压器的故障监测是一个完整的体系，如图1所示，主要包括实时在线测量信息、定期预防性电气实验、历史检修记录等信息融合而形成一个基于电气变压器的运行特征信息，与服务器中已在的变压器状态特征库进行对比分析后，生成相应的变压器运行状态报告，从而实现对变压器故障的诊断决策。

图1　监测系统功能框图

对变压器的监测首先要从变压器运行状态的信息采集开始。在信息采集过程中，需要借助的技术手段主要是利用各种传感器和继电器，传感器用来采集状态信息，继电器用来产生动作。这些传感器和继电器主要包括温度传感器、电压互感器、电流互感器、瓦斯气体继电器、差动继电器、过电流继电器等。此外变压器的运行负荷、有功、无功功率等参数也是监测所需要关注的对象，最终这些数据将汇总成为实时在线测量信息。

根据国家《电力变压器运行规程》、《电力设备预防性试验规程》等规定，周期性地开展变压器电气特性实验是了解设备状态的重要手段。目前，主要的电气实验是变压器色谱、水分、局部放电等的检测，这些检测数据来自于专业性的检测设备。

最后，历史的检修记录也是监控系统所必须考量的数据之一。

将以上数据进行融合后，生成变压器运行特征信息，并将这些信息与变压器运行特征库中的数据进行对比分析后，得出相应的变压器运行状态诊断结果，利用相应的继电器执行相应的指令动作，从而完成对变压器的总体控制。

3 监控系统通信层设计

变压器故障监控系统是一个由三个层次组成的完整系统。这三个层次分别为数据采集模块、数据通信模块、数据处理及故障诊断模块。在这三个层次中，数据通信模块是信息和指令的中转站，将采集系统的数据上传至数据处理及故障诊断模块，并且将控制指令由数据处理及故障诊断模块下达至电力变压器的各个继电器中。

本设计中的数据通信主要由两种部分组成，如图2所示，一部分是数据采集模块中的分散传感器数据，依靠CAN总线来进行数据的传输。CAN总线通信方式选择CAN控制器SJA1000T来完成，采用CAN2.0B协议，每个SJA1000T的8条数据线连接至51单片机，51单片机引用串口与嵌入式系统相连；图中的嵌入式系统由嵌入式芯片S3C6410来担当。芯片S3C6410具有两个作用，一个是对由CAN总线传输上来的数据进行融合处理，另一个作用是对CAN总线通信和Internet网进行连接，充当网关的作用，将CAN2.0B协议转换为TCP/IP协议。

图2　监控系统三层结构

通信层上传的数据传送给数据处理及故障诊断模块。这一模块由中央处理器组成，以数据库的形式存储变压器状态特征信息，并与上传的融合数据进行对比分析，得出变压器实时状态分析诊断结果，当数据进入故障临界点后，发出告警信息及控制命令，完成远程监控功能。

4 总结

电力变压器的安全，是电力系统自动化的必要条件。为了适应电力系统的高速发展，开发出更加智能化、直接化的变压器在线监测系统成为了本课题研究的重点。该监测系统以嵌入式系统为核心，以传感器为触角，构建了以CAN总线结构为通信主体的监测方式，并通过后台中央处理器实时进行变压器的诊断情况，得出相应的监测结果，从而实现对电力变压器更为可靠、经济的在线监测。

[1]刘明武.电力系统变压器常见故障分析与诊断[J]．电力与能源，2010(9)：768-769.

Research of power transformer fault monitoring system based on S3C6410

KANG Li-jie,LI Ya-li,ZHANG Xiao-bo,MA Yuan
(Department of Communication Engineering,Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang Hebei 050035,China)

Transformer was the important electrical equipment in the power system.The reliable operation of the transformer which ensure the safety operation of power grid played an important role.Therefore,it was necessary to carry out on-line monitoring the running status of transformer.Embedded systems and information fusion technology were used to realize the function of on-line monitoring and fault diagnosis of transformer.The whole system was composed of three functional modules:data collection module,data communication module,data processing and fault diagnosis module.Embedded chip S3C6410 was chosen by the communication moduleas communication gateway,so as to improve the reliability of the power transformer operation.

transformer;on-line monitoring;embedded;fault diagnosis

TM 41

A

1002-087 X(2016)01-0211-02

2015-08-12

康丽杰(1980—)，女，河北省人，学士，讲师，主要研究方向为通信、电子。压套管。这些电力变压器元件是一个统一的整体，任何一个部件的故障都会引起电力事故。