基于LabVIEW的换流变压器温度巡检系统设计

林万德 沈洁 王理丽 李渊 马骥

摘  要：换流变压器作为直流输电系统的重要设备，其工作状态对整个交直流电气隔离系统至关重要，温升试验是检验换流变压器品质的重要项目之一。文章设计了一款基于LabVIEW的换流变压器温度巡检系统，该系统通过采集Pt100铂热电阻温度传感器的测温数据，实现对64路通道温度的实时监测。该温升试验的结果表明：顶层油温、绕组温度以及环境温度均可准确获取，同时可实现数据的实时保存和分析。目前，该系统已被东北电力科学研究院有限公司高压试验场运用于换流变压器现场温升试验中，其工作性能稳定，监测数据准确，明显提升了测试效率。

关键词：LabVIEW;温度巡检;换流变压器

中图分类号：TP274+.2      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0031-03

Abstract： As an important equipment of DC transmission system， converter transformer plays an important part of the entire AC and DC electrical isolation system. Temperature rise test is one of the important items to check the quality of converter transformers. One temperature inspection system for converter transformer was designed here based on LabVIEW， which could achieve real-time monitoring of the temperature of 64 channels by collecting temperature data from Pt100 platinum thermal resistance temperature sensor. The results show that top oil temperature， winding temperature and ambient temperature can be accurately achieved as well as real-time data storage and analysis. At present， the system has been applied to the field temperature rise test of converter transformers by the Northeast Electric Power Research Institute Co.， Ltd.， with stable working performance， accurate monitoring data and high test efficiency.

Keywords： LabVIEW; temperature inspection; converter transformer

引言

换流变压器作为电网直流输电系统的重要设备，其作用是向换流器供给交流功率或从换流器接受交流功率，同时将网侧交流电压转换成阀侧所需电压[1，2]。鉴于换流变压器在电网中的重要作用，其安全性备受关注。

温升是影响变压器类产品安全运行的重要性能指标，其对换流变压器产品的重要性不言而喻。目前，国内换流变压器温升测试基本上还是使用温度采集装置如温度巡检仪自带的通用软件进行测量，其主要缺点是测试软件没有针对换流变压器温升试验的特点进行设计。在测试过程中，换流变压器各测点的温度还要靠人员监控，耗时耗力，测试效率较低[3，4]。因此，构建功能完善的换流变压器温度巡检系统，以快速、准确地采集监控测试过程的温度参数，显得尤为重要。

本文针对换流变压器现场温升试验，分别以基于LabVIEW应用软件的Windows平台和温度巡检仪为上位机和下位机，设计了一套换流变压器温度巡检系统，该系统具有实时温度监测、历史数据保存以及温度阈值报警等功能。

1 系統硬件设计

针对换流变压器测温系统，在其工作过程中，首先通过内置LabVIEW应用软件的温度巡检仪（即下位机）来获取温度数据，接着将该数据按照一定的格式进行转换并传送至上位机进行显示。因此，在硬件方面，下位机主要包括温度测量和数据通讯两大模块。

1.1 温度测量模块

由于监测温度为非电量信号，因此需借助测温传感器首先将温度信号转换为电参量信号，再借助信号调节模块最终转换为可以被计算机识别的电量。在测温传感器方面，基于换流变压器温升试验温度通常在100℃以下，故选用Pt100铂热电阻温度传感器，该传感器具有性能稳定、输出特性好、测量精度高等优点[5]，因此被广泛应用于中低温区的温度测量。本系统所用为WZP-187-3PBO型铂热电阻温度传感器。在信号调节模块，采用隔离型温度变送器，该变送器不仅可以实现温度信号的转换，同时具有信号稳定精度高、三端隔离抗干扰等优点。本系统所用为LU-GS11型温度变送器，其与上述温度传感器采用三线制接线法进行连接。

1.2 数据通讯模块

本系统利用LABVIEW编写下位机软件，可通过网口通讯和串口通讯与上位机进行通讯。网口通讯可借助网线将下位机与上位机相连，通过修改下位机的IP地址，使之与上位机处于同一网段;串口通讯则是通过连接下位机和上位机的RS232串口并选择合适的波特率来实现数据通讯。此外，下位机软件可连接多台设备，因此该软件可支持64路通道的实时温度监测。

2 系统软件设计

在换流变压器测温系统中，下位机主要负责温度测量和数据传输，而上位机在实现数据显示和传输的基础上，还支持如下功能：

（1）通道选择与设置。该软件共支持64路通道（8只8通道模块）的温度测量，故主界面可直观显示各通道信息。

（2）温度报警。当通道的采集数据大于该通道的上限或小于其下限时，系统会通过外部报警设备向管理员发送报警信息。

（3）数据显示。该系统可实时显示下位机传送的测温信息，通过后台界面随时查询所测设备的温度变化情况以及告警信息。

（4）历史数据保存与导出功能。

结合上述功能，该应用软件前面板的具体设计如图1所示：

可以看到，左侧为64路通道温度显示模块，右侧为功能设置模块，界面简洁，易于使用。温升试验过程中，上位机通过接收下位机所传数据对各路通道的温度进行实时监测。此外，其还支持某时段内温度曲线的直观显示。因此，在软件方面，上位机主要包括数据通讯和数据显示两大模块。

2.1 数据通讯模块

结合硬件系统属性，上位机和下位机可以采用两种方式进行通讯，即网口通讯和串口通讯，这里主要介绍网口通讯。网口通讯过程分三步：第一步，上位机与下位机建立TCP连接，即TCP检测;第二步，上位机向下位机发送数据请求命令，即数据请求;第三步，上位机解析由下位机发来的数据并将其按照一定的格式取出，即数据解析与提取。图2所示是TCP检测模块的程序框图。

由图可知，上位机每隔0.5秒会尝试对地址为192.168.191.101：8899的下位机进行一次TCP连接的建立，同时设定建立连接完成的最长时限为3秒，超出该时长即认为建立连接失败，并抛出错误。若连接建立成功，则进入下一步。

在数据请求过程中，上位机按照通信协议对指令字节码进行组装，随后通过TCP连接，将其发送至下位机。若发送成功，则记录本次操作，同时为下次指令发送做准备;若发送失败，则标记“命令超时”。具体程序框图如图3所示。

数据请求命令发送成功后，上位机根据所接收的命令读取下位机传送的不同字节长度的数据。接着，通过Modbus CRC算法确认该串字节码的完整性和有效性。最后，取出该字节码的实际数据部分并进行相应处理。如图4所示，针对上位机所接收数据，根据预先设定的小数点后位数并结合相应的运算规则，即可得到实际温度测量值，并将该数值发送到前面板进行显示。

2.2 数据显示模块

通过系统前面板，不仅可以实时显示通道温度值，还可以选择观测单一或多路通道在某一时段内的温度变化曲线。结合图5可以看到：工作过程中，上位机首先根据更新间隔和显示时间来确定一个二维数组的长度。然后，将所接收的新数据不断地追加到该数组结尾，同时将部分旧数据删除。最后，将该数组送至图6所示曲线图界面进行显示。该设定有助于全面监测换流变压器在整个温升试验中的温度变化情况。

3 结束语

本文引入了一种基于LabVIEW的换流变压器温度巡检系统，该系统通过将下位机所采集的温度信息传输至上位机进行解析，实现对所测通道温度的实时显示与监测。文中分别從硬件和软件两个方面介绍了该系统的设计理念以及设计方法，并通过东北电力科学研究院有限公司高压试验场现场温升试验予以证实。研究结果表明，该系统具有操作界面简洁、易用，数据获取准确、快速等优点，可广泛适用于各类换流变压器温升试验项目。

参考文献：

[1]刘恩洲，王连鹏.两种不同换流变油流温升技术浅析[J].变压器，2018，55（8）：48-51.

[2]周峰，张丹丹，刘弘景，等.温度对换流变压器绕组端部电场分布的影响研究[J].高压电器，2020，56（1）：80-86.

[3]杨洁民，王振.换流变绕组温度测量装置故障原因分析及测量装置原理介绍[J].变压器，2014，51（8）：48-51.

[4]赵宇，张邦民，蔡珍.基于LabVIEW的变压器温升数据采集系统[J].现代电子技术，2015，38（4）：155-158.

[5]刘振全，王汉芝.金属热电阻温度传感器在多路温度监控系统中的应用[J].传感器世界，2006，12：25-27+36.