变压器监控器（共6篇）
变压器监控器 篇1
0 引言
电力变压器是电力系统中最重要的设备之一。现有的变压器监控装置大多基于单处理器硬件模式,数据采集、算法处理、管理与通信等各种对实时性要求不同的任务都由单一处理器完成。装置的可靠性、灵活性和可扩展性受到了很大制约[1,2,3]。
基于微控制器+数字信号处理器(MCU+DSP)双处理器嵌入式平台的变压器监控器是一种可以满足当前需求的设计方案。利用DSP芯片较强的数据处理能力实现数据的实时采集、复杂算法的处理和与设定值有关的变压器监控任务;用MCU完成管理、通信、人机接口等相对较慢的异步系统管理功能[4,5]。
现以MCF5272微处理器和ADSP-BF527数字信号处理器构建了一种MCU+DSP双处理器嵌入式平台,详细描述了MCU与DSP的接口和程序引导设计。给出了基于该嵌入式平台的新型变压器监控装置的设计和测试方案。
1 嵌入式平台的处理器接口与数据交互
1.1 MCF5272与BF527的接口设计
嵌入式平台采用Motorola公司Cold Fire系列的MCF5272微处理器作为系统主处理器。MCF5272基于第2代Cold Fire V2核心,66 MHz时钟频率,32位数据、地址总线,具有丰富的外部接口资源和很强的通信能力[6]。
DSP采用基于ADI公司和Intel公司联合开发的ADSP-BF527处理器。BF527时钟频率600MHz,支持强大的片上总线系统,并具有多个独立的直接存储访问DMA(Direct Memory Access)控制器,拥有较强的并行数据处理能力。BF527带有一个主机DMA接口(Host DMA Port),可以方便地与外部主机构成一个双处理器架构,更好地完成多种数据处理和控制任务[7]。MCF5272与BF527的接口电路如图1所示。
1.2 BF527的系统引导与数据传输
系统中BF527的引导与程序加载是嵌入式平台设计的重点之一。本设计采用从16位HOST DMA引导模式,BF527启动模式引脚BMODE[3~0]的电平设置为1110。BF527的程序作为MCF5272的数据被写到同一个Flash存储器中。系统加电复位后,BF527开始执行片上Boot ROM的Boot引导核来调用Preboot子程序完成预引导任务。预引导结束后,根据BMODE[3~0]引脚的设置完成引导和程序加载过程。采用HOST DMA引导的设计减少了独立存储器的数量,系统性能得到了提高并降低了成本。
BF527的HOSTDP通过外设接口总线(PAB)写入HOST_CONTROL寄存器中的HOST_EN位使能。使能后,主处理器向HOSTDP发送7个16位的控制字并根据控制字重新配置HOSTDP。本平台设计通过写入控制字将DMA配置为应答模式(Acknowledge Mode),数据传输采用停止模式(Stop Mode),总线宽度为16位,传输顺序采用低位在前方式(Little Endian)。配置完成后,MCF5272将以配置的具体方式进行数据的读写,完成与BF527的数据传输[8]。
2 嵌入式平台的变压器监控器设计
2.1 变压器监控器硬件设计
变压器监控装置主要完成对变压器及所在线路的信息采集、数据的统计与保存、保护和故障报警、无功补偿等功能。变压器监控装置除了以上基本功能外,还需要完成电压骤降(骤升)、电压闪变、谐波及电压不平衡等电能质量的监测功能,为提高供电质量提供直接、有效的信息[9]。
对电能质量中暂态扰动的监测有多种算法。电压均方根值法算法简单但无法得到扰动的准确发生时间。短时傅里叶变换(STFT)算法由于其时-频窗口固定不变,对于含有多个频率分量和暂态过程不连续的信号并不是最适合的。近年来提出的小波变换(WT)具有时域和频域同时局部化的特点,特别适合于突变、非平稳信号的分析。但是小波变换计算量大,并需要与人工智能等方法结合来识别扰动类型,加重了计算负担[10]。
传统的基于单处理器的变压器监控装置无法完成复杂的算法和庞大的数据处理,其硬件本身也很难通过改动来扩展新增的功能。基于MCF5272+BF527嵌入式平台的变压器监控器采用独立的处理器完成实时性要求不同的功能。平台强大的并行数据处理能力和足够的运算速度可以满足电力系统对变压器监控装置的功能和性能要求。变压器监控器分为3部分,基于MCF5272+BF527嵌入式平台的核心单元、变压器监控器功能扩展板和带有液晶显示与键盘输入的人机接口模块。装置框图见图2。
变压器监控器通过扩展板的数据通道采集监控对象的模拟量与状态量数据,根据配置参数和具体算法完成基本监控功能。通过RS-232串行接口或以太网口与现场各设备及主站进行数据交互。监控器的人机接口模块完成电网参数的实时显示和设定值的配置功能。实时时钟模块可以接入电力系统GPS同步时钟或主站系统时钟对装置进行对时。在通信中断的情况下,控制器采用Flash RAM来保存设置参数、累加电度和事件纪录等需要掉电保存的重要数据[11,12]。
变压器监控器除了需要完成基本的功能,还要能够满足电力系统现场对设备的电磁兼容性能要求。嵌入式平台与扩展板将外部信号与内部高频数字电路隔离,使装置可以更容易实现抗干扰措施。对于外部强电磁干扰,采用变压器、飞电容和光电转换等手段进行隔离,并在外部信号及电源的入口处增加电感、电容和压敏电阻等器件防止高频和浪涌等干扰。
2.2 软件设计
变压器监控器的软件包括MCU与DSP 2部分。MCU软件采用μCLinux嵌入式多任务操作系统,μCLinux内嵌了TCP/IP协议,支持多种文件系统和丰富的外围设备,非常适合MCU的管理、通信功能的需要。DSP软件完成模拟信号的采样、计算,基于傅里叶变换的稳态信号分析,基于小波变换的暂态信号分析以及与设定值有关的变压器保护与报警处理。采用Vxworks嵌入式实时多任务操作系统,其快速多任务切换、抢占式任务调度和循环调度的特点能够满足以上功能的需要。
变压器监控器通过功能扩展板对模拟量、数字量等变压器及所在线路的信息进行采集。模拟输入信号经过模拟信号处理和A/D转换电路后,将采样值数据通过Sport接口传给BF527[13]。根据变压器监控及电能质量监测的需要,模拟量采样频率设为每周期256点。电压、电流和有功(无功)功率的采集和计算过程如图3所示。
BF527利用小波分解的高频系数是否具有模极大值作为区分稳态和非稳态现象的判据。利用快速傅里叶变换(FFT)对谐波、间谐波和纯正弦波等稳态现象进行分析。利用小波变换的快速算法———Mallat算法来确定非稳态扰动的持续时间和扰动波形。采用自适应人工神经网SAANN(Self-Adaptive Artificial Neural Networks)对电能质量扰动进行检测和分类。Mallat算法是根据多分辨率分析理论给出的小波分解和重构的快速算法,分为分解和重构2个互逆的过程。其表达式为
小波基函数的选择是小波应用的关键。常见的小波基函数有B小波、Daubechies小波、Haar小波、Meyer小波和Morlet小波等。Daubechies(db)小波的正交、时频紧支撑、高正规性等特点比较适合电能质量波形和暂态电压干扰信号的分析,db4小波比其他小波有更好的时间分辨率。因此,变压器监控器采用db4正交小波对暂态电压干扰信号进行分析[14]。
DSP根据对变压器及所在线路信号的分析,完成变压器监控器的保护和告警功能。当某相电压过压、欠压及谐波超限时快速切除补偿电容器的保护功能;当电网缺相或零序电流超限时快速切除补偿电容器,同时报警信号输出;当检测到暂态电压扰动时,分析判断干扰类型,启动录波并记录分析结果;当功率因数变化超出设定范围时,采用三相补偿、单相补偿和综合补偿等方式,完成无功补偿功能[15]。无功补偿模块的程序流程图如图4所示。
3 变压器监控器测试
根据变压器监控器的功能和性能要求,对装置的功能和性能进行测试。装置测试系统包括变压器监控器1台、继电保护测试仪1台、电容器12台、微机1台、HUB 1台,装置测试系统接线如图5所示。
测试内容包括变压器监控功能测试和装置电磁兼容性测试2部分。功能测试包括参数配置,模拟量与状态量采集,过压、欠压、谐波超限的报警与保护,电压闪变、电压骤降的检测,无功补偿以及与主站数据传输的正确性。表1为基本输入、输出功能的测试要求与测试结果。
图6为变压器监控器对相间短路造成的电压骤降录波数据,相电流I1~I3分别对应相电压U1~U3。其中,电压、电流单位分别为V、A,时间单位为ms。电压骤降的起始时刻tS为09:48:18.659,持续时间tL=100 ms,电压偏差δU=-53.2%。
系统的测试结果表明,变压器监控器的模拟量采集计算误差在允许范围内。状态量采集、事件顺序记录SOE(Sequence Of Event)、数字输出DO(Digita Output)符合技术要求。各种报警、保护功能以及无功补偿操作可以满足用户具体要求。对电压骤降、电压闪变、谐波等监测满足电能质量监测标准。
4 结语
基于MCU+DSP嵌入式平台的变压器监控器设计为当前日益复杂的电力系统监控任务提供了解决方案。装置通过了系统的测试,实现了设计目的。变压器监控器整体达到了良好的设计性能。
变压器温度监控系统的设计 篇2
大型电力变压器油温过热问题是运行和制造部门都十分关注并需要解决的重要问题之一。变压器运行中执行的一个基本原则是要尽可能的实现对用户连续供电。为保证变压器的连续安全供电,变压器必须保证在一定温度下进行运行[3]。变压器的冷却控制装置,目前大都采用传统的继电器控制模式,通过人工来控制温度控制器机械触点的开闭来驱动交流接触器的线圈,从而接通冷却器的工作回路。这种方式有很多的缺点,如自动化程度低,缺少必要的保护,风机群同时起动,电流过大等。为了有效地解决上述问题,提出了一种以AT89C51单片机和固态继电器SSR为主要控制器件的风冷式变压器冷却系统自动控制装置的原理和实现方法。此系统具有现场温度采集、无触点操作、风机间切换、现场温度显示等功能。
2 硬件电路设计
2.1 温度监控系统
根据变压器冷却的方式与特点,本次设计了可选择油浸风冷式与强迫油循环两种冷却方式,构成风冷式强油变压器降温监控系统,此系统主要采用风机对强油循环系统进行吹风来降低变压器内部的温度。该系统由温度检测电路、A/D转换电路、单片机监控电路、风机控制模块、故障报警与温度显示模块等组成。其中微处理器采用51系列单片机AT89C51芯片作为控制器,以SSR为执行元件。当变压器刚开始工作或变压器内部温度低于某一设定值的下限时,微处理器将使风机全部处于停止状态,当温度高于设定的最高温度时,变压器应当停止工作,随着温度的不同,开启的风机也随之对应。当温度超过80°时,变压器就要停止工作,80°时全部开起,以后每降低10°时,停止两组风机,直至40°时候全部停止,为避免单一风机长时间工作,应当在风机间进行切换。用AD590来对温度进行采集,采集的数据通过AD0809进行模数转换后送往单片机进行处理。并用74LS47来驱动七段数码管来就地显示油温。其原理图如图1所示[5]。
2.2 温度检测电路的设计
温度检测电路是整个控制系统能否完成的前提。温度先由温度采集模块采集变压器油温,经过放大后输入到ADC0809,然后输入单片机,并据此来控制风机的起停。为了获得油温的变化与电流变化间成线形关系,设计中采用了美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源AD590.AD590是一恒流源器件,输出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系,而且其测量的温度范围为-55℃~+150℃,非线性误差为±0.3℃,温度每增加1℃,其电流增加1uA。采集的温度信号经过线性光耦隔离后进入ADC0809的INT0口。
2.3 单片机控制电路的设计
2.3.1 风机起停电路的设计
风机的起停及转换由固态继电器来执行,固态继电器是一种无触点的电子开关,该装置的输入与输出之间采用了高耐压的光电耦合器,实现了输入与输出的电气隔离,保证了控制电路的正常运行。相比传统的机械继电器接触器,固态继电器具有无触点、无火花干扰、寿命长、耐腐蚀,能承受的浪涌电流大,驱动电流小等优点。其原理结构图如图3.风机的起停信号由单片机发出给光电隔离器M O C 3 0 4 1,T 1是双向可控硅,在MOC3041内部不仅有发光二极管,而且还有过零检测电路和一个双向可控硅。当A点有“1”信号来时,MOC3041中的发光二极管发光,由于过零电路的同步作用,内部的双向可控硅在过零后马上导通,从而使得T1导通,风机中就有电流通过。当输入为“0”信号时,风机中就无电流通过。从而达到风机的起停与转换[2.4]。
2.3.2 显示电路设计
为节省I/O口,变压器油温显示电路采用动态显示,采用译码驱动器74LS47来驱动七段共阳数码管。当然由于发光二极管的额定电流较小,需要在数码管上串联小电阻[1]。
3 软件电路的设计
3.1 总体设计思路
温度采集后需要将其进行A/D转化,采用中断方式来判断温度是否转换完成。所有的操作就在中断子程序中完成,主程序就是循环发送数据。通过中断方式来确定是否采集温度转换完成,如果没有转换完成,就通过串行通信不停的发送当前温度单元(如49H)到室内单片机相应单元。如果转换完成,程序会跳入中断,读入当前温度对应的数字量,进行温度处理,然后根据采集的温度确定风机的工作,调用30分钟延时子程序,再次启动ADC0809进行温度采集转换,并返回主程序进行循环发送数据到单片机。
3.2 温度控制设计
采集的温度信号由AT89C51单片机的P1口输入,经过8255的扩展口来控制四组风机,由与AT89C51单片机相连的固态继电器SSR来直接控制风机,AT89C51发送的弱电信号,经过固态继电器SSR来控制风机的起停与切换。在此过程中,首先要将温度采集进来,然后对采集的温度进行处理和比较,根据比较的结果来决定要开启几组风机工作。
3.3 风机切换设计
一般来说变压器温度是在40°~50°之间,这样就可能造成前一组风机连续工作,而变压器其余六组风机几乎不工作。前一组风机易产生发热,易老化损坏比较快。为解决这种问题,就要求在进行软件编程时,每采集一次温度,如果温度在这次采集中,跟上次采集的温度在同一区间,就必须对风机的顺序进行调整,使风机能够轮换工作,风机的轮换工作,是通过表示位来判断选择的。将8组风机分成4组,下表是风机工作在40℃~50℃、50℃~60℃及60℃~70℃时开启情形。
其中R3、R4、R5分别是40℃~50℃、50℃~60℃及60℃~70℃对应的寄存器。每选择一种风机工作后,调用30分钟的延时,返回主程序,再一次温度采集,来确定下一次的风机工作。[7]流程图如图四所示,其中50℃、60℃与70℃相同。
4 结束语
本文以A T 8 9 C 5 1单片机为控制器,完成了变压器油温的检测,根据温度值的不同开启风机组,同时在同一温度下经过一定时间后进行风机间的切换,实现了控制系统的智能化。在现实中具有一定的推广价值。
参考文献
[1]张毅刚主编.单片微机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004
[2]陆坤主编.电子设计技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997
[3]巫付专.基于DSP的干式变压器温度监控系统[J].变压器2007(8):61-63
[4]胡开明.变压器油温冷却系统中风机保护电路的设计[J].科技广场2007(9):209-211
[5]杨再生.单片机温度监控系统简介[J].聚酯工业2006(3):60-61
[6]王卓.基于AT89C51的干式变压器温度监控系统[J].北华大学学报.2007(2):181-184
变压器监控器 篇3
关键词：冷却介质FC,嵌入式系统,以太网,液位监测
0 引言
变压器蒸发冷却技术是一种高效冷却技术,其利用了液体沸腾汽化过程带走大量热量,同时可以自循环相变冷却。冷却介质FC具有不可燃的特性,有利于防火、防爆。该技术应用于城网的电力变压器冷却系统,可提高城网的消防安全水平。其自循环相变冷却的特点可大大降低设备运行噪声,尤其在大城市高层建筑群,负荷密集、设备装设空间狭小的场所,有较大优势。在蒸发冷却电力变压器检修和日常维护作业过程中,进行专用FC气、液体注入及回收作业是必不可少的,电力变压器的蒸发冷却系统的冷却介质FC的液位需要实时监测调整。
1 蒸发冷却系统结构与工作原理
蒸发冷却系统由3个部分组成:蒸发冷却介质循环回路,有散热器、热交换器(变压器油箱内)及相应的管道和测量传感器;FC气、液体储存容器,包括管、阀和测量传感器;液位监测控制模块,接收温度传感器、差压变送器信息,控制阀门和电加热开关,通过RJ45连接以太网与上位机通信。其结构如图1所示。
变压器运行时会产生大量热能,使变压器油箱内油或介质温度升高,当其与冷却介质FC进行热交换后使冷却介质FC汽化蒸发,带走大量热量。冷却介质FC气体由管路上升到散热器又冷却凝结为液态,经管路回流,构成一个自循环相变冷却环路。
2 控制模块的设计
控制模块的功能是在运行工程中能实时监测散热回路的温度、液位(T1、T2、P1、P2);能进行阀门控制、电加热升压控制,实现蒸发冷却介质循环回路的液位调控;并将冷却系统运行数据按TCP/IP协议簇上传。
温度测量采用电阻温度传感器Pt100,误差仅0.01%。测量用运算放大器和电阻组成恒流源电路,产生1mA恒流源作为Pt100的激励,Pt100输出的电压经仪表放大器INA118,送入NE64的10位A/D转换模块。
液位测量采用差压式液位传感器,经光耦器件4N30控制电加热开关和电磁阀,用软件控制液位调节量。
冷却系统控制模块能与上位机进行通信,满足一对多点通信的模式。根据具体情况可选用相应方式实现通信,本系统可提供RS-485、以太网两种数据传输方式。
系统的控制模块以16位单片机MC9S12NE64为核心,MC9S12NE64是基于HCSl2 CPU内核的高性能16位单片机,集成了以太网MAC层和物理层。利用它可以方便地实现单器件以太网连接,构成一个完整的终端节点。
3 上位机软件设计
上位机采用LabVIEW作为编程语言。
系统可以实现多个蒸发冷却介质循环回路的液位调控的远程监控。上位PC机接收各个控制模块的信息,并提供接口用于数据的相关后续处理。数据处理主要完成以下几个功能:将从网口读到、并存放在缓冲区的字符数据转换为可以运算处理的整型数组;提取整型数组中的元素,并将这些元素组合运算为实际采集到的电压值;将电压值换算为实际的温度、液位。数据处理流程如图2所示。
LabVIEW可以指定路径将接收的数据保存为电子表格文件。首先把得到的数值数据按顺序写入到“创建数组”中,形成一维数组,然后将数组输入“写入电子表格文件”。“写入电子表格文件”可以设定为在每执行一次写入电子表格时,新的数据会自动写到表格中的下一行。为方便查找,也可以先获取VI的当前路径,然后与需要保存的文件名进行字符串的合并,从而生成文件保存路径。也可以将控制模块的编号和时间以字符串的形式合并到一个字符串中,再生成路径。
4 结语
本系统实现了多个蒸发冷却装置的远程监控,可对散热装置进行长时间在线监测并记录保存数据,能根据设定调整蒸发冷却装置的液位。
参考文献
[1]吴子岳,张艳乐,许哲.基于PCI-8602和LabVIEW的高速数据采集系统设计[J].微计算机信息,2010,26(10)
变压器监控器 篇4
KJ85煤矿供电远程测控系统, 是根据煤矿企业生产供电的特点和管理模式专门设计的以计算机数字通讯技术为基础的远程分布式监测、控制系统。适用于煤矿高压供电系统的远程监测、监控, 实现地面调度 (指挥) 中心对井下高压供电设备的遥测、遥调和遥控 (三遥) 。本系统可使煤矿井下高压供电管理实现无人职守, 提高煤矿供电智能化调度和信息化管理。唐山矿业分公司安装的KJ85煤矿电力监控系统, 通过井下变电所内安装电力监控系统和摄像系统对井下变电所进行监测、监控、监视, 对井下岳胥区-680首采变压器硐室实现高、低压供电系统监测、监控, 硐室情况视频监视, 地面监控中心不仅能对高、低压开关的运行参数实时监控, 还能实时通过视频观察变电所内的状况, 在地面能全方位的了解井下变电所的各种情况, 提高工作效率, 真正实现井下无人值守变电所。为煤矿供电可追溯性提供第一手数据资料, 进一步推进煤矿供电管理向数字化, 智能化的发展。
1 系统构成
在地面变电站安装一个监视、监控中心站, 包括电力监控系统和视频监视系统, 井下-680变电硐室安装一个隔爆摄像仪和一台电力监控高压分站, 一台电力监控低压分站, 对井下变电硐室内高低压开关进行远程遥控 (远程分、合闸操作) 、遥测 (远程监测电压、电流) 遥调 (远程整定) 、遥信 (远程监测分合闸状态, 故障信息) , 在变压器硐室内安装摄像头, 全天候监视变电硐室内情况, 形成井下供电系统的自动化, 实现无人值守变电硐室。
2 系统结构
KJ85煤矿供电远程测控系统, 采用树型结构, 点对点实时通讯, 适应性强。满足煤矿多支路供电网络及快速反应的要求。井下多台终端 (设备) 分别接在由监控分站引出的相互独立的通讯线上 (又称点对点方式) , 高压开关信息同时传送至分站, 响应时间快。若无命令下发时, 分站便处于接收状态, 保护器将信息随时上报分站, 即使掉电也不丢信息。若有命令下发, 分站立即迫使保护器接受命令, 命令迅速执行。此种系统结构完全满足煤矿供电系统的快速反映的要求, 同时故障点指示明确, 故障范围不扩大。系统分站还具备下分支功能, 便于系统扩展增容。
3 系统功能
3.1 KJ36A电力监控系统
KJ36A电力监控系统由监控计算机、变电所监控站、综合保护单元等组成, 采用三层结构, 第一层为监控计算机, 第二层为电力监控站, 第三层为智能隔爆高压开关。
3.2 系统采用工业以太网加现场总线的结构模式
主干信道是以光纤太环网到各变电所, 通过网络交换机的数据接口将变电所开关数据接入主传输系统;在变电所内安装电力监控站, 采用现场总线RS485方式采集变电所开关设备的运行参数和状态, 实现就地集中数据监测和设备控制的功能, 主站对采集到的信息进行处理, 集中上传到系统主机。井下变电所内开关设备的运行参数和状态通过综合保护单元采集并输出, 电力监控站和开关综合保护单元之间采用RS485接口 (隔爆设备信号输出需通过安全隔离器作本安隔离处理) , 变电所的电力参数数据通过以太网传输到矿井电力监控系统后台。
3.3 遥控功能
遥控功能包括由地面远程控制高压开关完成分闸动作 (实时监测开关是否拒分) ;由地面远程控制高压开关完成合闸动作 (实时监测开关是否拒合) ;由地面远程控制高压开关综合保护器复位。
3.4 遥测功能
遥测功能包括对各高压开关当前的整定状态进行监测;对各高压开关进线电压实时监测;对各高压开关负载侧电流实时监测;对各高压开关负载侧出现故障跳闸的原因实时监测;实时监测高压开关综合保护器是否自检错误。
3.5 遥调功能
遥调功能包括由地面远程设定高压开关的整定权属于地面调度中心或者属于井下现场, 当设定为井下优先时, 按井下现场整定值进行保护;当由地面远程设定高压开关整定权为井上优先时, 井下现场整定无效, 由地面调度中心控制高压开关的整定值;地面调度中心可随时根据井下用电负荷对高压开关重新整定, 通讯型电脑综保在高压开关负荷侧未出现过载和漏电时接受重新整定命令, 自动修改整定值。
3.6 遥信功能
遥信功能包括对各高压开关的分/合闸状态实时监测;实时监测高压开关分/合闸时是否拒分或拒合。
3.7 保护器保护功能
系统中高压开关综合保护器具有过载反时限保护, 短路速断保护和时限保护、电流型漏电保护、功率方向型漏电保护, 高电压、低电压、低电压延时保护屏蔽电缆监视开路、瓦斯电闭锁、屏蔽电缆监视短路和开路的保护功能、记录短路故障电流功能。保护器为菜单式整定方式, 只需两个按键就可完成整定, 无需打开防爆门, 可实现不停电整定。显示方式:LCD蓝屏全中文显示, 分为工作界面和操作界面。操作界面下可进行参数整定, 时钟校时, 仿真试验, 功能选择, 可根据现场情况选择各种功能是开通或关闭等。保护器其他功能:故障跳闸保持功能;故障原因记忆功能;发生故障时间记忆功能;显示电压、电流功能;循环显示整定值功能;循环显示故障原因功能;显示分合闸状态功能;显示整定优先权功能。
3.8 系统原始数据记录功能
系统原始数据记录功能主要包括井下高压供电异常时可在地面调度中心实现声音报警;地面调度实时监测井下高压供电运行的原始数据, 并按指定时间记录、打印;当监测到运行状态改变、发送命令、出现报警等情况时, 进行实时记录;系统提供实时的电流曲线、电压曲线查询。
3.9 系统数据报表功能
系统数据报表功能包括故障月报:系统将监测到的故障内容实时显示并填入本月故障月报保存供工作人员随时查看本月系统故障;操作月报:系统记录远程操作的操作内容、操作人员、操作时间, 同时系统记录现场的整定操作、分合闸操作和操作时间填入本月操作月报;电力日报:内容包括有功用电量、无功用电量、高峰比例、低谷比例、功率因数等;电力月报:内容包括有功用电量、无功用电量、高峰比例平均值、低谷平均值、功率因数平均值等。
4 系统特点
4.1 先进性:
充分利用计算机网络技术和先进的通信、控制方式, 建立一套技术先进、功能完整、管理简便的煤矿井下电力监控系统。该系统预具有多种通讯接口, 充分考虑系统的扩展和兼容。
4.2 实用性:
满足用户的业务需求, 具有监控信息收集、处理、查询、统计、分析等功能, 实现煤矿供电系统的远程监控和井下变电所的无人值守。系统既可以独立运行也可以采用OPC方式与全矿井自动化监控系统连接。
4.3 可靠性:
在硬件设计、选型, 软件环境和应用系统的建设中充分体现系统在特殊环境下使用的可靠性。经济性:在考虑供货商的资信度和维修服务能力的基础上, 设备的选型与配置遵循性能价格比最优的原则。
4.4 扩展性:
预留硬软接口资源, 为以后电力系统扩展用, 以后增加变电所监控时, 只需增加低层设备, 软件设置一下即可, 同时通信网络可提供给其他通信系统通信通道。
5 结束语
唐山矿业分公司井下-680变电硐室高低压开关远程监视、监测、监控系统安装运行情况良好, 不仅维护维修、试验简捷方便, 而且大大降低事故率, 缩短高低压事故处理时间, 效益显著。
摘要：通过在井下变电所内安装电力监控系统和摄像系统, 实现高、低压供电系统的监测、监控, 硐室情况视频监视, 提高工作效率, 实现井下变电所无人值守。为煤矿供电可追溯性提供数据资料, 推进煤矿供电管理向数字化和智能化发展。
关键词：变压器,高低压供,监视监控,系统
参考文献
[1]陆奎, 张文轩.煤矿采区电力设备监控信息系统设计[J].工矿自动化, 2006 (4) :63-65
[2]贺建军.配电变压器在线监控装置 (TTU) 的研究与实现[D].武汉理工大学, 2007.
变压器监控器 篇5
近年来, 攀枝花供电公司多管齐下加强设备缺陷管理, 二次检修人员采取多种消缺措施, 但变压器测温装置的缺陷依然居高不下, 特别是集控中心监控显示主变温度误差大, 给运行监控带来不便, 给二次检修人员也带来较大工作压力。2013年1月以来, 攀枝花供电公司220k V桐子林、庄上等站主变监控温度频繁报警, 二次检修人员多次到现场检查、处理。本文结合缺陷处理情况, 将做进一步的分析, 旨在找到彻底解决主变温控器远传温度误差大的原因, 并提出可行的整改措施。
2 缺陷统计
根据攀枝花供电公司缺陷管理部门统计, 变压器测温装置的缺陷占整个仪表专业缺陷很大比重, 2013年测温装置缺陷由2012年的91.9%下降为72.2%, 有明显改善, 而监控温度异常缺陷占测温装置缺陷76%以上, 2013年还呈上升趋势, 缺陷明细见表1。2013年1月1日至2013年12月31日, 攀枝花供电公司发生变压器测温装置缺陷共6类26次, 缺陷明细见表2。
例:2012年3月20日, 运行汇报220k V桐子林变电站2号主变绕组温度远方显示超差, 监控机为-37℃, 温度无变化。现场检查发现绕组温控器内温度变送器无电流输出, 且端子排上接入数显表的直流电流4~20m A信号接反。由于该绕组温控器的温度变送器复合在温控器内部, 致使该缺陷无法及时得到处理。直至2013年8月15日, 2号主变停电后缺陷才得到处理。从故障发生到缺陷消除该温控器带病运行近17个月之久。
3 监控温度异常原因分析
根据上述缺陷统计、分析, 变压器远方监控温度异常的原因主要有温控器温度变送器损坏、温度信号插件损坏、两表偏差不合格、传输误差大等, 2013年的数据显示温度变送器损坏占30.8%, 对于内置温度变送器的温控器, 一旦是温度变送器损坏就需要停电维护, 这将影响公司的输变电设备可靠性指标。
变电站现场运行时, 主变压器温控器安装在油箱壁上, 温包位于变压器油箱顶部, 温控器发生故障时必须在变压器停电后从油箱顶部取下温包才能完成, 也就是说在变压器运行时无法更换。一般情况下温控器有十五年或更长的使用寿命, 但是配套使用的温度变送器会因雷击、室外高温等原因随时可能出现故障或失效, 导致远方监控温度异常。温度变送器有两种安装方式:
一种是组合式温控器, 是将安装变压器油箱顶部的测温元件, 通过三线制电缆将温度变化对应的电阻变化量传递至测控屏内的温度变送器, 这种安装方式可满足国家电网440标准要求:可在主变不停电的情况下对温度变送器进行调校或更换等各种维护。
另一种是机电一体温控器, 是将温度变送器复合在温控器内部, 直接输出与温度值对应的 (4~20) m A电流信号, 供计算机监控系统和二次仪表使用, 实现无人值守变电站管理。一旦温度变送器发生故障损坏, 只能等待主变停电后才能从油箱顶部取下温包进行温控器更换, 缺陷才得到处理。有的严重缺陷是导致主变被迫停电检修的主要原因。目前, 机电一体化温控器功能强大、成套性好, 它的应用已经很普遍。
4 改进措施
2013年, 攀枝花供电公司主变测温装置缺陷处理26次, 其中由于温度变送器故障引起监控机主变温度显示与现场温控器指示不一致的缺陷8次, 有7次造成主变压器非计划停电, 对输变电系统可靠性造成了一定的影响, 可靠率指标下降。攀枝花供电公司主变压器有60%左右使用的是大连世有电力科技有限公司的BWY-804J (TH) 油面温控器和BWR-04J (TH) 绕组温控器, 针对其使用情况, 结合近几年对变压器测温装置的检修维护实践, 创新地提出以下改进措施:
4.1 实现温度变送器在不停电条件下更换
现场检查一旦发现是温度变送器输出异常导致远方温度显示误差大的情况, 可以仅更换温度变送器。绕组温控器一般有四组及以上开关接点, 第三、四组接点用做高温报警和跳闸信号, 第一、二组接点一般备用, 那么可借用一组接点来实现拟更换的温度变送器与温控器内电流变换器之间的物理连接, 只要连接可靠, 不会引起误差。对于油面温控器, 需要在实验室进行改装。将大连世有的BWY-804J (TH) 油面温控器内置的温度变送器拆除安装在表内左下方, 在原安装位置增加一组转换接点, 现场运行一旦出现温度变送器损坏, 即可方便更换。图1为BWR-04J (TH) 绕组温控器改进后接线图, 图2为BWY-804J (TH) 油面温控器改进后内部结构图。
带电更换温度变送器, 必须确保现场作业安全。更换温度变送器之前, 需先关断温度变送器的交流电源, 将温控器的风扇启停转换开关切换至手动位置, 并将高温报警和跳闸信号保护压板退出。温度变送器更换好后, 如监控与本体温度误差较大, 需要对温控器从0-150℃每10℃刻度线进行调校。
4.2 对温控器厂家提出改进建议
国家电网440标准附录C温度计采购规范规定, 温度变送器应能不停电维护。而现在很多厂家生产的油面温控器和绕组温控器, 无法实现不停电维护。大连世有的BWY-804J (TH) 油面温控器内置的温度变送器安装在表盘右上方, 且温度变送器输入电阻连接线在表盘正下方, 现场焊接线存在一定的安全风险, 建议厂家将温度变送器安装在温控器的左下方, 在现安装位置增加一组转换接点, 以方便实现温度变送器的现场不停电更换。
5 实施效果
变压器温度测量的准确可靠对分析、判断主变压器运行状态、性能指标提供依据, 变压器测温装置的完好率对变电站安全稳定运行有着直接的影响。通过对变压器温控器实施上述改进措施后, 可在现场方便地对主变压器温控器内置温度变送器进行不停电更换, 提高温度测量的准确性、可靠性以及主变非电量保护的正确动作率, 从而在根本上消除因为测温装置的故障造成大型电力变压器计划外停电检修, 提高输变电设备的可靠性。
摘要：结合现场实际情况, 分析监控温度异常的原因以及变压器温控器存在的缺陷, 提出有效的改进措施, 实现温度变送器的不停电更换。
关键词：监控温度,缺陷,温度变送器,改进
参考文献
配电变压器远程监控系统的设计 篇6
在配电变压器远程监控系统中,远程终端通过对配电变压器低压侧线路上的三相电压和三相电流的交流采样,计算出低压侧的线电压,三相电流,有功功率,无功功率,功率因数,频率,并能计算有功电度电量,无功电度电量,测量变压器温度;四路脉冲计数,记录配电变压器低压侧出口处有功脉冲电度表和无功脉冲电度表的脉冲数,由脉冲数测量出电量;八路遥信量,可检测配电变压器各种事故和开关变位;二路遥控,可对变压器的开关和电容器进行远方控制;配有RS-422接口同智能电度表集抄器进行通讯,实现远程抄表;并将所有遥测数据由RS-232接口与TC35i进行通讯,通过GSM网络以短信息传送给后台主站,实现多台配电变压器远程终端组网运行。
2 配电变压器远程终端的设计
配电变压器远程终端包括6个功能单元电路:N80C196KB单片机存储器扩展电路;遥测电路;开关量输入电路(遥信);脉冲量输入电路;遥控电路;通讯接口电路。这6个单元电路构成整个远程终端系统。
2.1 N80C196KB单片机存储器扩展电路
该电路由单片机,程序存储器,数据存储器,地址锁存器,地址译码器,系统时钟组成。N80C196KB为16位单片机,系统所有操作都由其完成[1]。因为N80C196KB内部没有程序存储器和数据存储器,所以需要在单片机外部对存储器进行扩展。如图1所示。
程序存储器D3选用E P R O M 2 7 C 2 5 6(3 2 K)存放应用程序和检查程序,数据存储器D4选用RAM61C256(3 2 K)存放采集数据,计算中间结果及设置参数,地址锁存器D2为单片机提供寻址地址。地址译码器D5确定了所有I/O口的地址。12MHZ晶振为系统时钟。这样单片机寻址能力可达6 4 K B空间,并且R O M、R A M统一编址[2]。
2.2 遥测电路
该电路由单片机,地址译码器,输入缓冲单元,A/D转换单元,路选单元,采样保持单元,2个电压互感器(PT),3个电流互感器(CT)组成。电路框图如图2所示。0-380V交流电压和0-6A交流电流,经PT和CT互感器变成0-5V的交流电压经采样电阻分压加到采样/保持器的输入端,进行采样保持,然后经过多路模拟开关对信号进行切换。把每路信号送到A/D转换器的输入端进行A/D转换,转换后的信号存放在输入缓冲器中,单片机从缓冲器中读取转换值,再利用交流算法完成有关电力参数的计算。
电网频率的检测是通过PT把0-380V正弦交流电压变成0-5 V的正弦交流电压经过电压跟随器及过零比较器进行过零比较,把正弦波形转换成方波(即图中的周波检测单元),单片机对方波进行采集计算出相应的频率值。
2.3 遥信电路
在配电变压器远程终端中,有8路遥信量(开关量)输入,对变压器断电、缺相等事故信号及刀闸开合信号进行显示,并通过GSM网络传送给后台主站,使操作员及时发现变压器故障及开关状态。该电路由单片机、地址译码器、输入缓冲器和光电耦合器及保护电路组成。电路框图如图3所示。
外部开关状态经光电耦合器光电隔离后,把状态反映到输入缓冲器的输入端,CPU对输入缓冲器进行读操作把状态读入C P U,完成遥信功能。
2.4 遥控电路
该电路由单片机、输出锁存器、电平转换器、继电器组成。电路框图如图4所示。
T C 3 5 i通讯模块由GSM网络接收到后台主站下发的遥控命令后,首先通过R S—2 3 2标准总线向远方终端发出遥控命令,CPU接到遥控命令后将与遥控合继电器或跳继电器相连的输出锁存器的相关位置成有效,此信号再经电平转换器转换成可以驱动继电器的信号,驱动合或跳继电器动作,完成遥控功能。
2.5 接口电路
配电变压器远程终端有两个通讯接口,一个是R S—232、另一个是RS—422,RS—232用于与GSM通讯模块进行通讯,通过G S M网络与后台计算机交换数据,RS—422与智能电度表集抄器进行通讯,采集每个用户电度表中的电度数,通过G S M网络传给后台主机,实现远程抄表功能,电路框图如图5所示。
RS—422接口:由单片机、光电隔离器和通讯接口芯片D8、D9(75LBC184)组成,收发信号通过光电隔离器后,由D8完成收发功能。当选用RS—422方式时,D8完成发送功能。D9完成接收功能,实现对集抄器中的数据运行传输。
RS—2 3 2接口:由单片机、D10(82C50)、D11(MAX232)GSM模块构成[3]。GSM通讯模块的异步通讯适配器的核心是TC35i,它是GSM无线双频调制解调器,主要是为语音传输,短消息发送提供无线接口。仅支持异步通讯,且采用标准的R S—232接口,由于R S—232接口采用EIA电平逻辑,而N80C196KB单片机串行口采用T T L电平逻辑,所以G S M通讯模块与单片机通讯时必须通过电平转换,这种转换通过D10(82C50)、、D11(MAX232)来完成[4]。
3 主站监控系统软件的设计[5]
主站管理监控系统负责对远程终端设备的监测、控制和管理,其主要功能包括:通讯管理、远程终端管理、台区设备监控三部分。其系统结构框图如图6所示。
3.1 通讯管理
通讯管理模块主要用于管理和后台计算机相连的GSM通讯设备,连接、断开设备以及对收到的短信息进行管理等,该模块包括通讯参数设置、通讯信息管理和其他信息管理
通讯参数设置:设置和GSM通讯设备相连的RS232端口通讯参数。
通讯信息管理:查询、删除收到的原始通讯短信息。
其他信息管理:查询、删除收到的其它短信息。
3.2 远程终端管理
该模块包括远程终端设置、遥测参数设置、遥信遥控参数设置、定时传送设置等。
远程终端设置:系统所管理的每个远程终端设备都必须在此增加,该单元用于增加、修改或删除远程终端设备,设置的项目包括:设备编码、设备名称、规格型号、所在台区、S i m卡号、报警卡号等。
遥测参数设置:该单元的功能是设置远程终端设备遥测参数的上限值、下限值、标准值;P T、C T变比系数;电度脉冲系数和底数等。
遥信遥控参数设置:系统有8个状态量和2路遥控。该单元用于设置每个状态量的类型和名称以及每路遥控对应的开关项。
定时传送设置:远程终端设备定时向主站上传遥测、遥信或SOE数据,该单元设置远程终端设备向主站自动传送数据的时间间隔和主站的电话号码。
3.3 台区设备监控
该模块包括台区设备监控、事故/事件查询、历史数据查询、设备遥控等。
台区设备监控:该单元通过查看每个远程终端设备上传的最新遥测、遥信、SOE数据,监测台区变压器的运行状况。若台区设备发生事故或事件即遥信变位,远程终端设备立即将事故或事件数据包发送到主站,主站以声音报警、屏幕弹出事故窗口显示的方式进行报警,并同时将事故信息以短信息的方式发送到有关人员的手机中;另外若发生某些遥测值越线,主站也以同样的方式报警。
事故/事件查询:该单元主要查询历史的事故、事件、遥测值越线等数据。
历史数据查询:主要查询遥测、遥信数据。“台区设备监控”显示的是最新数据;“历史数据查询”显示的是所有接收到数据,可根据日期范围和台区设备进行组合查询。
设备遥控:遥控操作用于控制远程台区断路器的分、合,实现远程遥控操作。系统提供了2路遥控功能,一路用于电容器的投切、一路用于断路器的分、合,本单元的功能就是下发遥控命令。
4 结束语
本文从硬件和软件两个方面详细地介绍了配电变压器远程监控系统的设计和工作原理,并对其核心单元进行了细致的论述,该系统从根本上解决了长期以来配电变压器无法监控的问题,为实现配电变压器远程监控探索出一条新路。
摘要：本文介绍了配电变压器远程监控系统的设计及工作原理。包括现场远程终端的数据采集、运算、处理、远程传输和后台监控等几个方面。并以硬件框图和软件框图的方式描述整个系统的工作过程。
关键词：遥控,遥测,遥信,远程终端
参考文献
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[2]何熙文,徐成深等.Intel 8XC196MC/MD高档单片机原理及使用设计[M].大连:大连理工大学出版社,1995:79-83
[3]袁瑞舜,丁晓明等.美国国家半导体公司线性集成电路特性与应用手册(上下册)[M].上海:上海半导体器件研究所,1982:137-146
[4]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002:22-30