智能变电站变压器在线监测系统的设计与实现

张智杰

摘要：变压器是电力系统中的核心设备，其运行安全性直接影响着整个电网的安全可靠运行。目前，变压器在线监测普遍存在以下问题：一台变压器有多种监测装置，各监测装置兼容性差，监测信息各自孤立，未得到全面综合的利用。为了提高变压器状态评估与故障诊断的水平，本文对变压器综合在线监测技术进行研究，主要从智能感知技术和状态监测数据分析处理算法两方面开展。

关键词：智能变电站;变压器在线监测系统;设计;实现

1变压器监测技术及应用现状

变压器正常运行或故障前后均伴有“点、声、光、化、热”等多种特征信息，通过对这些特征信息的在线监测，感知并分析變压器状态，从而可发现和消除变压器的缺陷和隐患，进而避免变压器故障引发的电网安全事故。目前，大多数监测系统厂家的设备都是对单一参数进线监测，而靠单一的性能指标只能从某一侧面反映变压器的绝缘状态。为此，亟待推动多种感知手段与变压器设备融合设计，多种参数综合判定，实现数据融合互补，对于提高变压器在线监测的可靠性尤为重要。

2变压器在线监测系统软件设计

2.1主控板软件功能

（1）数据采集。主控板每个周期采样多次，可以定期采集96路高电压信号模拟量，数据存储在RAM中，可以作为监控量数据传至PC机。主控板上使用数字信号处理器完成数字信号采样。数字信号处理器的电路输入和输出具有线性关系，可以通过调整电阻器来调整信号间隔。随着转换电路放大系数的变化，信号的零点（对应4mA的输出电流）会相应地改变。当输入输出比调整到250时，4～20mA的输入电流可以转换成1～5V的电压信号。LM317是一款输出电压可调的芯片，其输出值可以通过调节其中的电阻R7来改变。在数据采样完成后，还应计算存储器中储存的采样数据。（2）确定系统的运行状态。主控板通过读取采样间隔内的开入量或开出量，可以确定系统的运行状态。（3）数据传输。主控板遵循“先进先出”原则，通过控制器局域网可以将数据传至管理板。

2.2局部放电采集单元

局部放电虽然时间短，能量也很小，但具有很大的危害性，它的长期存在将对绝缘材料产生较大的破坏作用。局部放电检测能够提前反映变压器的绝缘状况，及时发现设备内部的绝缘缺陷，从而预防潜伏性和突发性事故的发生。变压器内部发生局部放电时，其信号的频谱很宽，放电过程可激发出数百甚至数千兆赫兹的特高频电磁波信号。通过在变压器本体安装传感器获取特高频电磁波信号，可实现对局部放电的检测。特高频法抗干扰能力强、灵敏度高、实时性好且能进行故障定位，具有较好的感知效果，可根据特高频电磁波的变化情况确定变压器是否发生局部放电。

2.3管理板软件功能

仪表板可以接收来自主仪表板的数据，并将参数信息存储在RAM存储器中。数据由数字信号处理器（TMS320F206）处理，并根据需要传输到输出板、显示板或上位机通信系统。另外，管理板内有一个8路开放信号，可发送至主控板同步信号，保证各主机运行有序，无混乱。在条件允许的情况下，董事会可以查询主控板的设定值，并在取得相应权限后修改主控板的设定值。无运行状态参数监控时，管理板有权查询主控板的运行状态。当检测到主控板故障时，管理板能迅速做出反应，记录各种异常参数。在调试状态下，可以使用驾驶模式测试数据或手动模拟数据来简化装置的测试。管理委员会可发出指令，允许主控制板收集数据。为了使主控板能够同步开始收集数据，管理委员会可以在一定的时间间隔内同步每个主控板，以同步每个主控板接收到的指令。

2.4通用变压器性能在线监测

变压器发生故障时造成的影响很大，因此变压器保护必须非常完善，反映变压器本体内部故障的非电量保护（如变压器的油温、绕组温度、油位、压力释放等）也必须引起足够重视。变压器油温关系到变压器绝缘材料寿命，当变压器内有机绝缘材料老化时，其机械强度降低，无法承受正常工作的外力，因此需设置变压器油温监测，通过传感器将温度信号转换为标准的4～20mA电信号接入采集单元。有资料统计表明，变压器铁芯问题在变压器故障中占比是第三位，因此设置铁芯电流传感器，传感器输出转换为标准的4～20mA电信号接入采集单元，实现铁芯接地监测。

2.5上位机管理软件功能

上位机管理软件在Windows操作系统中运行。一台上位机可以配置多台下位机。上位机管理软件的功能主要包括监控数据显示、变压器故障原因分析和启动参数设置。特别是变压器参数数据处理、变压器在线状态诊断分析、自动定时、远程传输、接收下位机发送的监测数据、向下位机发送新的整定参数，是上位机管理软件的功能。运营管理。当电气设备正常运行时，管理软件可对设备状态和运行参数进行监控，通过实时计算和显示交流频率值和通道波形（根据电流、电压信号进行跟踪）来控制各开关的开、关。此外，管理软件还可以检查和更改设备设置，并管理数据内存分配。调试管理。当电气设备停机需要进行维护调试时，管理软件可对仿真通道进行检查和调整，检查监控环境和监控数据的存储状态，查询监控设备的运行状态，读取和修改时间和日期，完成监控数据记录和系统调试。

3结论

本文详细分析了基于单片机的在线监测系统的装置结构和工作原理，并详细分析了装置各部分在系统中的功能。系统硬件包括电源电路、模拟数据采集电路、开关量输入输出电路、显示模块、键盘模块和通信模块。输入模拟值包括变压器的电压、电流和频率。每个设备和结构都有自己的工作任务。变压器可根据主机设置程序进行监控。监测结果可以通过显示器直接显示，也可以将数据传输到单片机上。整个过程是自动化的。通过各部分的协调配合，建立了变压器在线智能监测系统。

参考文献

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