專利名稱：一種全自動電力變壓器溫升試驗系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力變壓器試驗領域，確切地說是指一種全自動電力變壓器溫升試驗系統。
背景技術：
溫升試驗是電力變壓器所有型式試驗和例行試驗中需要人為介入最多，占用時間最長的一項試驗。其目的是檢驗規定狀態下變壓器繞組、鐵心和變壓器油的溫升；油、結構件、引線和套管以及引線和分接開關的連接處有無局部過熱；確定變壓器在工作運行狀態及超銘牌負載運行狀態下的熱狀態及其有關參數。為滿足國標GB1094. 2-1996《電力變壓器第2部分溫升》的要求，變壓器溫升試驗所需時間較長，一般為十幾個小時，大型變壓器的試驗時間甚至更長。而且試驗過程特殊且復雜，需要測量和監控的參數多，往往難以保證試驗準確度，甚至會因誤操作導致事故發生。目前，國內電力變壓器溫升試驗大都處于手工或半自動測量階段，每項性能指標都須由專用儀器進行測量，自動化水平低，保護能力弱，試驗速度慢，效率低下，存在安全隱患；更給測試人員帶來了使用、維護以及管理上的不便。特別是當多臺電力變壓器需要同時進行溫升試驗時，需要配置多臺相同的儀器，造成資源浪費和成本增大。
實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型解決的技術問題在于提供一種全自動電力變壓器溫升試驗系統，能夠對電力變壓器溫升試驗全過程進行實時監控和精準控制，提高測試精度和試驗效率，降低檢驗人員的勞動強度、安全可靠、實時高效地完成試驗。為了解決以上的技術問題，本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統， 包括主電路部分和控制電路部分，其中所述主電路部分包括試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器，所述試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器依次連接；所述控制電路部分包括微控制器、采集監控模塊、信號調理模塊、反饋執行裝置模塊、上位機模塊和GPRS模塊，所述采集監控模塊分別與被試電路變壓器和信號調理模塊連接，所述信號調理模塊與微控制器連接，所述微控制器通過GPRS模塊與通訊工具連接，所述微控制器通過集線器與上位機模塊連接，所述微控制器通過反饋執行裝置模塊控制試驗電源，所述微控制器控制所述智能開關。優選地，所述控制電路部分還包括電容補償控制模塊，所述微控制器通過所述電容補償控制模塊對中間變壓器的一次側和二次側功率因數進行補償。優選地，所述電容補償控制模塊包括控制開關和電容補償器，所述電容補償器連接在所述中間變壓器的兩側。優選地，所述采集監控模塊包括電壓電流傳感器、溫度傳感器、煙霧探測器和聲音傳感器。[0011 ] 優選地，所述反饋執行裝置模塊包括驅動裝置和執行裝置，所述驅動裝置和所述執行裝置連接。優選地，所述執行裝置為步進電機，所述步進電機與所述試驗電源連接。優選地，所述控制電路部分還包括觸摸屏顯示器，所述觸摸屏顯示器與所述微控制器連接。優選地，所述控制電路部分還包括鍵盤，所述鍵盤與所述微控制器連接。優選地，所述控制電路部分還包括視頻監控，所述視頻監控通過所述集線器與所述微控制器連接。優選地，所述微控制器為DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片。與現有技術相比，本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統，能夠對電力變壓器溫升試驗全過程進行實時監控和精準控制，提高測試精度和試驗效率，降低檢驗人員的勞動強度、安全可靠、實時高效地完成試驗。
圖1為本實用新型中全自動電力變壓器溫升試驗系統的結構框圖。
具體實施方式
為了本領域的技術人員能夠更好地理解本實用新型所提供的技術方案，下面結合具體實施例進行闡述。請參見圖1，該圖為本實用新型中全自動電力變壓器溫升試驗系統的結構框圖。本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統，包括主電路部分和控制電路部分，其中主電路部分包括試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器，試驗電源、 中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器依次連接；控制電路部分包括微控制器、采集監控模塊、信號調理模塊、反饋執行裝置模塊、 上位機模塊和GPRS模塊，微控制器控制智能開關。采集監控模塊分別與被試電路變壓器和信號調理模塊連接，信號調理模塊與微控制器連接，采集監控模塊包括電壓電流傳感器、溫度傳感器、煙霧探測器和聲音傳感器。微控制器通過集線器與上位機模塊連接，上位機為PC機，集線器經嵌入式以太網串口數據轉換模塊iPort與DSP微控制器連接。控制電路部分還包括視頻監控，視頻監控通過集線器與微控制器連接。微控制器通過GPRS模塊與通訊工具連接，通訊工具為手機。微控制器通過反饋執行裝置模塊控制試驗電源，反饋執行裝置模塊包括驅動裝置和執行裝置，驅動裝置和執行裝置連接，執行裝置為步進電機，步進電機與試驗電源連接。控制電路部分還包括電容補償控制模塊，微控制器通過電容補償控制模塊對中間變壓器的一次側和二次側功率因數進行補償。電容補償控制模塊包括控制開關和電容補償器，電容補償器連接在中間變壓器的兩側。控制電路部分還包括觸摸屏顯示器，觸摸屏顯示器與微控制器連接。控制電路部分還包括鍵盤，鍵盤與微控制器連接。[0030]微控制器為DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片，傳輸速度快(主頻40MIPS， 為普通單片機的6-12倍)，控制位數多(56個1/0)，可靠性高(軍品級)，集成度高 (內置算術硬件單元、看門狗，I2C、SPI總線、，脈寬調制(PWM)通道等)，內存空間大 (64KFLASH+4KSRAM+8KFRAM)，儲存時間長(一萬年以上)，可反復擦寫(十萬次以上)的特點，實現整個試驗過程的智能控制和算法執行；采集監測模塊包括電壓電流互感器、溫度傳感器、煙霧探測器、聲音傳感器，所采集監測信號經過信號調理模塊進入DSP微控制器。DSP 微控制器是整個系統的核心控制部件，所有信號的采集、上位機的通訊、控制信號的輸出， 事故處理的智能判斷等都是由此部件完成。本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統的工作原理如下電壓電流傳感器為隔離式高精度霍爾傳感器。電壓電流互感器模塊將被試電力變壓器輸入端的電壓電流信號，經過M位外置ADC芯片，轉換為數字信號，輸入至DSP。溫度采集采用多點模式，以提高溫度的準確度，及全局監控被試品的局部溫度，避免局部過熱的情況。溫度信號通過高精度ADC轉換為數字信號輸入DSP，并計算其溫升值。DSP微控制器讀取電壓、電流及相位等信號，以功率和電流為函數，以功率和電流為函數，以時間和電壓為變量，以溫度和溫升變化率為參考量，以故障為依據，建立數學模型，采用基于STR(self-timing regulation)的自適應控制算法和滯環比較功率及電流跟蹤技術，從而實現恒功率控制、恒流控制、溫升檢測和電容補償控制。其中在恒功率控制階段，當溫升低于70%的預設值時，系統以超額恒功率運行，即溫度小于設定值，通過調整步進電機增大試驗電源的輸出電壓，從而提高功率，縮短試驗時間；反之亦然。其中反饋控制算法采用自適應數字PID算法，實現高精度控制，避免出現超調量過大，同時響應時間最優化，縮短試驗時間。在恒功率控制階段，當溫升變化率超過預設值時，則降低至額定功率，限制溫升變化率，避免因溫度響應較慢而出現過溫情況，損害被試品。根據標準 GB1092. 2-1996《電力變壓器第2部分溫升》，當溫升變化率小于lK/h，即認為被試品工作在穩定狀態，再保持總損耗恒功率試驗三小時，則進入恒流控制階段，以額定電流運行，保持一小時，整個過程系統自動監控及記錄試品溫升信息及環境溫度。當溫升試驗接近結束時，系統根據預設時間自動提前提醒試驗人員，準備繞組電阻測試，當時間到達時，系統自動切斷試驗電源，報警并保存試驗信息，同時通過顯示屏模塊、經嵌入式以太網串口數據轉換模塊IPort上傳上位機模塊、及GPRS遠程通訊模塊，報告試驗負責人。在整個運行過程中，電壓、電流、功率、溫度及溫升變化率信息均通過DSP數字處理系統和特定IP協議，傳送至上位機和視頻監控模塊，上位機檢測操作系統實時顯示各項信息，并自動保存記錄。同時以上各項信息，通過顯示屏模塊實時顯示，方便現場工作人員操作、運行和查閱信息。總功率、恒電流、預估溫升值、結束前提醒時間等參數的預設，試驗的開始與緊急停止等均可通過現場、鍵盤、上位機或遠程設備設置和控制。系統的故障保護和報警通過檢測煙霧、聲音、電壓、電流、溫度來實現當因故障而產生煙霧或試驗過程中聲音異常時，對應的探測器將檢測到故障信息，通過信號處理模塊， 輸入至DSP微控制器，DSP微控制器通過模糊神經網絡算法，判斷該信息是否因故障產生， 若判斷確實有故障時，DSP微控制器及時輸出保護信號，切斷試驗電源。其中模糊神經網絡算法以學習樣本為基礎，對故障產生的煙霧、聲音進行樣本學習，提取其特征，如波長、強度，得出其頻譜、頻率峰值和強度等信息，并將其權值賦予故障判斷模型，故障判斷模型根據檢測到的信息，通過加權匹配，判斷故障，該算法可有效避免因其他噪音而產生誤判斷。 當電壓、電流或溫度超過設定閾值時，DSP微控制器及時輸出保護信號，切斷試驗電源。系統的功率因數補償，則通過檢測電壓電流的相位，智能投切補償電容。從而實現功率因數的動態控制，提高功率因數，降低損耗及對電網的污染。與現有技術相比，本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統，具有如下有益效果1、功能全，集成了目前電力變壓器溫升試驗所必須的設備，替代了電容補償控制器、功率分析儀、溫升測試儀、調壓裝置、視頻監控等多臺儀器設備，大大降低成本。同時該系統輸出端口可擴充，可以多臺電力變壓器同時進行試驗，特別適合檢測機構或試驗中心。2、符合標準化，該系統解決了目前大部分設備或儀器只能實現恒流控制，但不能同時進行恒功率控制，常常需要人工干預和判斷。本系統微控制器根據采集到電壓電流信號，實時計算功率損耗，并經驅動裝置連接執行機構步進電機，在偏離預定值時自動調整試驗電源，從而實現閉環控制。該系統根據標準GB1094. 2-1996《電力變壓器第2部分溫升》 要求，對電力變壓器先實行恒功率控制，穩定三個小時后，再實行恒流控制，完全符合標準試驗要求。3、節能且效率高，該系統解決了目前大部分電力變壓器試驗時間長周期的特點， 根據標準JB/T501-2006《電力變壓器試驗導則》，為縮短溫升時間，試驗開始時可以采取提高輸入功率或惡化冷卻條件的方法，使溫度迅速提高，當監視部位的溫升達到70%預計的溫升時，立即恢復額定發熱與冷卻狀態，但此方法對試驗人員專業素質和經驗能力要求較高，且需要不斷監控試品總功率數值和溫升情況，往往容易導致試品局部過熱損壞或整體溫升過高誤判，本實用新型能實時監控變壓器多點溫升，并根據溫升變化率智能判斷功率增減，實現最佳效率，縮短試驗時間，從而節約電能，且大大降低了對試驗人員的專業要求。4、安全可靠，該系統實行了硬件和軟件雙重保護，當硬件比較電路檢測到過流或過壓時，無需經過軟件判斷，迅速切斷電源，防止事故進一步擴大，同時，系統增加了溫度傳感器、煙霧探測器、聲音傳感器、視頻監測器，當試品局部溫度異常，或試驗區冒出煙霧，或試品內部異響如局部放電、或非試驗人員突然進入試驗區域，系統立即報警且做出智能判斷處理，防止事故進一步惡化，大大提高了系統的可靠性。5、可擴充性強，該系統可以在現場通過鍵盤和觸摸顯示屏直接設置，單獨運行，也可擴展輸出口，適應多臺電力變壓器同時溫升試驗，另外，系統也可通過集線器與PC機連接，實現遠程設置和監控，由于引入了集線器，所以，可以實現多臺PC機聯網控制和監視。6、測試精度高，該系統由于集成度高，實現統一管理和監控，采集數據經16位AD 轉換器進入微控制器后進行科學處理和計算，同時進行系統修正和校準，從軟硬件多方面保證了測試精度。7、智能化，該系統采用基于STR(self-tuning regulation)的自適應控制算法和滯環比較功率/電流跟蹤技術，確保每一試驗階段符合標準，精準控制，且效率最優化，將試品過溫、過熱、短路、觸電等故障發生率降到最低值。系統內置的GPRS模塊，定時定向對相關的工作人員的通訊設備手機發送試驗狀態或故障信息等，方便工作人員不在現場時也可以監視和控制，大大降低了試驗人員的工作強度和因疲勞導致的犯錯幾率。[0046]8、自動化程度高，該系統大大減少了試驗過程中人工干預和判斷，對于試驗過程中出現的任何狀況包括異常情況，系統都能做出最優選擇和判斷，從而達到最優控制和科學處理，降低了人工成本和提高了工作效率。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，包括主電路部分和控制電路部分，其中所述主電路部分包括試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器，所述試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器依次連接；所述控制電路部分包括微控制器、采集監控模塊、信號調理模塊、反饋執行裝置模塊、 上位機模塊和GPRS模塊，所述采集監控模塊分別與被試電路變壓器和信號調理模塊連接， 所述信號調理模塊與微控制器連接，所述微控制器通過GPRS模塊與通訊工具連接，所述微控制器通過集線器與上位機模塊連接，所述微控制器通過反饋執行裝置模塊控制試驗電源，所述微控制器控制所述智能開關。
2.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述控制電路部分還包括電容補償控制模塊，所述微控制器通過所述電容補償控制模塊對中間變壓器的一次側和二次側功率因數進行補償。
3.根據權利要求2所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述電容補償控制模塊包括控制開關和電容補償器，所述電容補償器連接在所述中間變壓器的兩側。
4.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述采集監控模塊包括電壓電流傳感器、溫度傳感器、煙霧探測器和聲音傳感器。
5.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述反饋執行裝置模塊包括驅動裝置和執行裝置，所述驅動裝置和所述執行裝置連接。
6.根據權利要求5所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述執行裝置為步進電機，所述步進電機與所述試驗電源連接。
7.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述控制電路部分還包括觸摸屏顯示器，所述觸摸屏顯示器與所述微控制器連接。
8.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述控制電路部分還包括鍵盤，所述鍵盤與所述微控制器連接。
9.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述控制電路部分還包括視頻監控，所述視頻監控通過所述集線器與所述微控制器連接。
10.根據權利要求1所述的全自動電力變壓器溫升試驗系統，其特征在于，所述微控制器為DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片。
專利摘要本實用新型公開一種全自動電力變壓器溫升試驗系統，包括主電路部分和控制電路部分，其中所述主電路部分包括試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器，所述試驗電源、中間變壓器、智能開關和被試電路變壓器依次連接；所述控制電路部分包括微控制器、采集監控模塊、信號調理模塊、反饋執行裝置模塊、上位機模塊和GPRS模塊。與現有技術相比，本實用新型提供的全自動電力變壓器溫升試驗系統，能夠對電力變壓器溫升試驗全過程進行實時監控和精準控制，提高測試精度和試驗效率，降低檢驗人員的勞動強度、安全可靠、實時高效地完成試驗。
文檔編號G01R31/00GK202330586SQ20112045806
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者何東升, 林志力, 苗本健 申請人:東莞市廣安電氣檢測中心有限公司, 何東升, 林志力, 苗本健