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变压器/变电设备 |
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基于DSP的配电变压器在线监测仪的研究 |
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作者：刘增良 刘淑芬 |
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摘要：应用数字信号处理器（DSP）的特殊资源，采用DSP+AT89C51的双CPU结构,充分发挥了DSP的数据处理能力，通过对实时数据的计算和分析实现了对配电变压器的监测。
关键词：DSP，变压器，监测仪
1引言
电力变压器是具有两个或多个绕组的静止设备，为了传输电能，在同一频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电流和电压。在电力系统中变压器是一个主要的设备。随着我国经济的发展，越来越多的配电变压器投入使用，对于配电变压器的运行状况进行监测的工作量也越来越大，以往传统的离线监测方式已经不能满足要求，所以我们开发了一种便携式的配电变压器在线监测仪。
2 监测仪的总体方案设计
变压器运行的重要参数包括电压、电流、有功功率、无功功率等，还有故障时的录波数据，根据录波数据判断有无故障出现。在故障判断中我们采用了目前较为先进的小波变换技术，需要硬件中数字信号处理器的支持，相应的我们在硬件中采用了美国TI公司的带有片上A/D转换器的TMS320C240数字信号处理器，在系统功能中它主要完成数据的采集和处理（计算），系统采用DSP+AT89C51的双CPU结构，AT89C51用来完成键盘、结果显示及结果打印及与上位机通信的功能，DSP与AT89C51之间采用双口RAM（IDT7132）交换数据，系统总体方案如图1所示。
图1 监测仪总体方案图
其中EEPROM采用ATMEL公司生产的AT93C46，具有三线制串行接口，操作指令集包括读、写、擦除、全部擦除、写禁止、解除写禁止及写所有地址。它还提供一个可以改变芯片内部结构的引脚ORG，当ORG接高电平时，选择16位存储器结构，对芯片的各种操作以字为单位，若接地或悬空，即选择8位存储器结构，对芯片的各种操作以字节为单位。我们将ORG接高电平，使DSP可以一次读取或写入一个字。
键盘我们选用通用键盘，包括16个键。除了10个数字键还有：确认键、取消键、选择键、打印键、开始键、复位键。我们选择8279芯片作为键盘接口芯片，它能自动完成键盘的扫描输入，能自动清除按键抖动，并实现多键同时按下的保护，减轻了单片机的软件负担。
LCD我们选择了带有接口芯片T6963C的点阵式液晶显示器，它可以直接与AT89C51连接，可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式显示，具有内部字符发生器，可管理64K显示缓冲区及字符发生器，允许单片机随时访问显示缓冲区。
我们预留了打印机接口和与上位机的通信接口，以备作进一步功能扩展之用。
3 DSP交流采样实时算法
根据电工原理，周期性变化的电流、电压的有效值公式：
以上两式离散化得：
功率的离散化公式为：
当采样点数 时，上述运算表达式具有较高的计算精度。
监测仪除了检测电流、电压、功率这些运行参数之外，还对变压器的绝缘情况进行监测，常规的电力变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、DGA法、超声波法、RIV法、光测法、射频检测法和化学方法等。我们在研究了各种局放检测方法后，选择了射频检测法，利用罗果夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，测量的信号频率可以达到3万千赫兹。
4 监测仪软件设计
其中DSP负责数据采集和处理（计算），其软件流程图如图2所示。
图2 DSP程序流程图
DSP输出结果即告诉AT89C51可以取结果了，AT89C51可以将结果显示、打印或上传。
5 监测仪的抗干扰措施
监测仪的工作环境有各种各样的干扰，回影响其工作可靠性和精度，我们采取了以下抗干扰措施：
（1） 我们采取的抑制差模干扰的方法有对输入信号进行数字滤波，采用双绞屏蔽线。对输入信号进行数字滤波，不但可以减少差模干扰的影响，而且不增加硬件开销，可靠性高，无阻抗匹配问题。
（2） 抑制共模干扰的方法有对信号的输入采用对称输入和浮地输入。
（3） 对互感器的外部设有屏蔽罩，避免互感器的电磁波干扰其他模拟数字电路。
（4） 在电路中加多个去耦电容。
6 结论
传统的变压器监测是离线监测，变压器在线监测是发展方向，本文所设计的监测仪是在此方向上的一个探索，相信在此基础上增加系统功能，比如利用现场总线技术组成局部网络，并将数据上传，建立变压器实时数据库和历史数据库及故障诊断专家系统是未来的发展方向，我们的工作也会在这个方向下继续。
参 考 文 献
[1] 国家技术监督局，“中华人民共和国国家标准 变压器试验方法”，1996
[2] 章云等．DSP控制器及其应用．北京：机械工业出版社．2001.8
[3] 王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．北京航空航天大学出版社．2000.2
[4] 吴祖航．光纤技术在电力变压器绝缘监测中的应用．高压电器.2001,37(2).32～35
作者简介：
刘增良（1959-），男，汉族，河北清苑人，河北工程技术高等专科学校副教授，研究方向为电力系统及其自动化。(end)
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(3/30/2005) |
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