1、毕业设计开题报告 测控技术与仪器 基于单片机的变压器油温监测装置 1、 选题的背景、意义 大型变压器在输变电系统中起到的作用极其重 要，其是否能安全稳定运行将影响到供电可靠性和系统的正常运行。所以对 变压器的性能进行在线监测就具有非常重要的意义，这样能通过监测设备及时发 现电气设备的安全隐患以防止事故的发生 1。 变压器油温热点温度过高，不仅影响其实用寿命，还会对变压器的安全运行造成威胁。所以变压器油温是变压器安全运行的一项重要因素。温度收到变压器所带负荷以及环境温度等因素的影响。两者都是随机变化的，所以 变压器运行时油温是一个变化量。所以在线监测变压器油温对早期的变压器故障诊断就显得十分重要
2、，但变压器的结构复杂，影响因素较多，使得在线监测存在较大的难度。过去一半采用间接的模拟测量方法，但这种方法准确性和实时性差。因此，准确的测量油温，尤其是热点温度就非常重要 2。 本文提出了一种适于中小型油浸式变压器在线监测与故障诊断的装置，装置以单片机为核心，配以外围测量和控制电路，能实时检测变压器油箱内绝缘油的温度，并将检测结果通过通讯接口送至上位机，以供维修人员参考。 2、 相关研究的最新成果及动态 1）变压器的发 热 变压器的发热过程，在变压器运行时铁心、绕组和金属构建均会发生损耗，这些损耗就会产生热量并组成发热源，然后向外界散发热量，当散热速度或者冷却效果差时，就单位面积的热负荷而言，
3、虽然仍在正常范围，但会由于局部过热而导致异常 3,4。 变压器的发热原因 一般问题有以下几类： （ 1)绕组油道堵塞 当扁线绞编和匝绝缘包扎不紧或者因震动引发绕组导体松动时，会到时采用换位导线的油浸变压器发生“涨包”，导致段间油道堵塞、油流不畅，匝绝缘得不到充分冷却，致使老化发黄、变脆，在长期电磁振动下脱落，形成匝间短路，导致变 压器烧毁 1,5。 （ 2）冷却装置风道堵塞 （ 2.1）长期运行的变压器，由于冷却装置缺少维护和清理，是的散热管堆积物太多引起风道堵塞，致使散热效率降低。 （ 2.2）冷却器的冷却容量不足或错误操作将电源反接或风扇设定值错误，造成顶层油温过高。 （ 2.3）由于水冷
4、却器铜管开裂或冷却器密封不佳，在油泵的抽力下导致变压器上端呈负压状态，变压器进水引发故障。 (3)漏硅胶使油循环不良 由于净油器过滤不严密，经过长久运行使硅胶大量进入邮箱，阻挡了油的循环通路，使变压器过热。 (4)异常运行或诱发因 素引起的过热 当变压器的运行条件与设计时所依据的性能参数标注不同时会导致性能改变，引起变压器故障发热 6。 2)变压器的在线监测 变压器的在线监测打破了以往收集变压器信息的局限性。传统搜集变压器的状态信息的方法是外观检查、理化、高压电气实验和继电保护。这些传统方法实时性差，即只能再事故后才能获得状态信息。与现代化维护发展趋势不符合 6。 随着变压器现代维护技术的发展
5、，出现了状态监测。他打破了传统搜集变压器信息的局限性。采取在线监测，可以即时连续记录各种影响变压器寿命的相关数据，对这些数据的自动化 处理可及早发现故障隐患，实现了基本的状态维护6,7。 国内外应用了各种在线监测装置和方法相继投入到电网和变电站，在实践中积累了更多的经验促使了在线技术的不断成熟。 变压器在线监测技术的优点是以微处理技术为核心，具有标准程序软件，融合了传感器技术、数据收集技术、通信技术和现代分析功能组装成一体，弥补了常规装置和方法的不足。变压器在线监测技术能共及时的捕捉故障的预兆信息，不仅能够防止故障向严重方向的发展，而且还能将故障损失减到到最轻的程度7,8,9。 对绕组热点温度
6、的变压器在线监测有以下几种方式： 2.1)利用传感器直接测量绕组温度，在绕组导线附近放置测量温度用的传感器来监测绕组的温度。这种方法的技术关键决定于传感器的位置布置和数量。 2.2)将光纤嵌入到变压器绕组中实时监测绕组的温度变化。当微机接收到信号时便可显示温度 10,11。 国外变压器在线监测： 巴西在线监测变压器是监测有功部件的工作状态例如，监测负载电流和工作电压，利用套管型电流互感器测量负载电流。将负载电流和顶部油温作为计算老化速率的原始变量。不仅能够评价寿命损耗，而且还能够评估变压器的顺变过负载能力 6。 澳大利亚变压器在线监 测系统是将单独的在线监测装置按在主变压器上。实用传感器来测量
7、各项功能参数。实用了遥控分析装备来分析数据，下载各种数据。其最新研制的综合在线监测系统可监测高压电流互感器和套管等许多的参数。 美国、加拿大、瑞士通过在线监测有载分接开关变换时产生的振动波、电机电流特性和相对湿度等这些数据，可以发现分接开关的缺陷，然后控制延时。当开关故障时，出头表面会产生信号出现异常，利用出头上的传感器可以了解到振动的信息。分接开关组件也会产生振动，然后利用加速计和传感器对有限振动信号进行幅度和模式的分析从而达到在线监测。 美国研 制的绕组温度光前监测系统，其特点是采用稳定的自动标定的荧光传感器，并使用有 14 个独立输出和测量通道的 led 光源。当 led 光源放出的脉冲
8、通过光纤送到和绕组接触的传感器，传感器就会产生激励使其产生荧光。然后利用荧光强弱达到在线监测。 德国采用溶气在线监测装置将传感器放置在气体继电器上，如果有未溶解的特征气体进入就可以被监测出来。通过计算就能获得变压器的油温 12,13。 国内西安交通大学电气工程学院对变压器绕组热点智能传感器进行了新的研究。这种新型的智能模糊传感器应用了神经网络方法和理论进行逻辑推理，然后能 够准确的探测到绕组热点的温度 6,9。 3）变压器在线监测研究发展趋势及研究方向 仪器上：发展光学器件如分红气体分析器，红外气体分析器的特点是能够测量多种气体含量。测量范围宽，灵敏度和精度高，响应快，选择性良好及其可靠性高，
9、寿命长，可以实现连续分析和自动控制。红外气体分析器的工作原理是基于吸光度定律 (I.amhert-Beer 定律 )，从物理特征上可以划分成不分光型、分光型、傅立叶红外 (FTIR， Fourier Transform InfraRed)型和基于微机电系统 (MEMS Micro-Electro-Mechanical System)技术的微型红外气体分析器。分光型红外气体分析器利用分光系统将从光源发出的连续红外谱中分出单色光，使通过介质层的红外线波长与被测组分的特征吸收光谱相吻合从而进行测定的。不分光型红外气体分析器 (NDIR)指光源发出的连续红外谱全部通过固定厚度的含有被测混合气体的气体层
10、。由于被测气体的含量不同，吸收固定红外线的能量就不同。 理论工具上：模糊理论，人工神经网络，专家系统及灰色理论在 DGA 的分析中都有应用 14-16。 3 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、 研究难点及预期达到的目标 1、研究内容 （ 1）分析大型变压器状态监测与故障诊断的研究现状，了解其发展趋势。 （ 2）了解几种单片机的工作原理，选择合适的单片机。 （ 3）完成基于单片机控制的变压器在线温度监测装置的设计。 变压器过热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高，具统计表明基于过热性故障所占的比例最大，因此研究变压器的过热故障有很大的实用价值。设计基于温度场的变压器油温在线监测系统
11、，探寻温度变化规律奠定基础。 2、研究方法 （ 1）阅读文献、整理资料 （ 2）系 统硬件选型及设计 （ 3）系统软件设计 （ 4）软硬件结合进行温度测量和控制 3、研究难点 难点是热点位置的不确定性和热点产生机理的复杂性。近些年来，国内外学者已在直接测量和间接测量两方面取得了卓有成效的研究工作。直接测量是把测温元件埋置在绕组最热点处，或采取多点埋置。直接测量方法仅适合于出厂前的变压器采用，而对运行状态的变压器则受到很大限制。另外，绕组热点位置的不确定性，也会引起测量误差。在目前还没有最好监测方法的情况下，根据国际电工技术委员会制定并应用于实际中的计算绕组热点公式，间接监测绕组热点不失为一种实
12、 用方法。基于负载导则计算热点公式确定绕组热点具有一定的准确性， 采集负荷电流与油底层或顶层油温，实时监测变压器绕组热点温度。 4、预期达到的目标 在线温度监测技术可以实时在线监测、记录变压器内温度点的数据，为变压器的维护和检修提供依据，实现了如下功能： （ 1）通过对变压器连续温度监测 , 实现故障的早期预测，防患于未然； （ 2）当发生故障时，提供报警并准确确定故障点位置，指导检修工作； （ 3） 对变压器多点温度进行测量并加以显示； （ 4）系统能够安全稳定可靠的运行； 4研究工作详细进度和安排 2010.11.01-2011.01.10 完成文献综述和外文翻译。 2011.01.11-
13、2011.02.27 完成开题报告。 2011.02.28-2011.03.31 了解几种单片机的工作原理，选择合适的单片机。 完成总体方案的设计和论证。 2011.04.01-2011.05.20 完成基于单片机控制的变压器在线温度监测装置 的硬件和软件流程设计。 2011.05.21-2011.05.26 文档整理，论文评阅、修改和答辩准备。 2011.05.27-2011.05.29 毕业答辩。 5 参考文献 1王亚辉 ,钱东平 ,王希望 ,杨世凤 . 变压器油温在线监测系统 J. 测控技术 ,2005,24(7):66-68. 2麻扶波 ,漆志佳 . 基于单片机的机车主变压器油温监控系
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