基于变压器套管在线监测系统的设计与应用

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1、基于变压器套管在线监测系统的设计与应用党园石海珍马众赵海鹏（国网新疆电力公司检修公司）摘要：为了实时监测变压器套管的绝缘状态，设计了一套在线监测变压器套管绝缘性能的测试系统。该系统通过采集变压器套管末屏和电压互感器N端电流计算出相对介损和相对电容量来判断套管绝缘性能的优劣。系统主要由DSP微处理器控制，实现对变压器套管相对介损及电容量测量、数据存储和实时数据显示的功能。试验表明，系统运行稳定可靠，可满足在线监测变压器套管绝缘性能的要求，为变压器套管绝缘在线监测的应用提供了依据，并对在线监测系统的

2、研宄具有重要的理论意义和实践价值。关键词：变压器；套管；相对介损；微处理器引言电力变压器是电力系统中的核心部分，其运行可靠性对整个电力系统的运行有着至关重要的作用。而变压器套管有是电力变压器的一个核心部件，近年来由于变压器套管绝缘故障造成的事故频发，因此对变压器套管绝缘状态的监测有着极大的意义。基于上述背景，木项目设计一套在线监测变压器套管绝缘性能的测试系统，通过高精度电流传感器采集变压器套管末屏及同相母线电压互感器N端电流信号，经过控制系统分析处理，计算出变压器套管的相对介损及电容量,进而达到

3、变压器无需停电即可实时监测套管的绝缘性能的目的，具有较高技术先进性和较好的实用性。1工作原理变压器套管通常釆用电容屛均压方式的绝缘结构，介质损耗tgδ及电容量是衡量变压器套管绝缘性能优劣最直接、有效的参数，在设备的运行过程中准确监测变压器套管介损和电容量的大小尤为重要。因此，该系统采用了嵌入式计算机系统，具备极强的数学运算功能，并且专门设计和使用了一种以快速傅里叶变换为核心的纯数学方法，来准确求取两个电流信号基波分量的相位差。即从冋相母线PT的N端采集电流信号In作为基准电流，从变压

4、器套管末屏采集电流信号lx。在中央监控器的控制下，对两路电流信号经滤波、放人、采样等数字处理，利用谐波分析法分别提取其基波分量，计算出其相位差和幅度比，从而获得被试套管和参考设备的相对介损差值和电容量比值。基本测量原理如图1所示。图1测试原理图2硬件部分该监测系统采用模块化设计结构，主要包由传感器模块、数模转换模块、控制系统模块和通讯模块四部分构成。2.1微处理器模块DSP嵌入式微处理器模块是监测系统的核心部件，具备强人的数据处理及端U控制功能。绝缘监测系统的信号处理模块采用0前性能最优良的32

5、位数字信号处理芯片，TI公司的TMS320F2812DSP芯片，并根据其特点精心设计了DSP核心及外围电路，对2812的功能进行了充分的扩展并预留相应的功能扩展接口，可以满足绝缘监测系统的需要。微处理器硬件系统结构如图2。2.2高精度的电流传感器模块电流传感器是监测系统的关键部件，直接影响电容型设备介损耗参数参数的测量精度。为保证信号取样的安全性，通常应采用穿芯结构的零磁通电流传感器。零磁通电流传感器的工作原理可用下式表示：I1W1+I2W2=I0W1,其中激磁磁势I0W1的存在是造成传感器误差

6、的主要原因。降低铁芯激磁磁势的传统方法是采用截面较大、磁路较短的高导磁铁芯，并适当增加二次线圈的匝数。由于变压器套管末屏电流通常为毫安级信号，传感器的激磁阻抗很小，而且又必须采用穿芯取样方式，故传统的无源传感器通常无法保证相位变换误差的精确度和稳定性，难以满足介损参数的测量要求。因此，监测系统采用了先进的自动补偿式电流传感器，除了选用起始导磁率较高、损耗较小的坡莫合金作铁芯处，还采用了独特的深度负反馈补偿技术，能够对铁芯的激磁磁势进行全自动补偿，保持铁芯工作在理想的零磁通状态。图2硬件系统结构图

7、2.3数模转换模块为了能准确的采集电流值，本系统选用片外高度集成CS5522模数转换器(A/D)，它采用电荷平衡技术达到24-bit的性能。本A/D冇八个通道可以同吋采集八组数据，内部还集成一个低输入电流、斩波稳定仪表放大器和一个可编程增益放大器，为了应用于低基准热电偶，芯片内还集成了一个电泵驱动电路来提供负偏置电压，满足本系统的精度要求。2.4通讯模块通讯模块是监测系统的基本部件，本系统采用光纤通信，实吋将DSP控制系统处理的数字信号转换为光信号，通过光纤传输到后台计算机，供数据的处理及显不。

8、3软件部分3.1嵌入式系统设计本系统主要由按键功能处理、A/D采集、数据显示、数据存储和上位机通信等模块组成。键功能是对系统的“幵始”、“停止”、“复位”以及相应参数的设定；A/D采集程序用于将传感器的电流信号转换为数字信号再传送到单片机进行分析；数据存储是将采集的电流值、单片机处理分析的相对介损及电容量数据进行SD卡存储；上位机通信实现上位机对系统的控制，并将采集的数据在后台实吋显示。整个系统程序运行稳定可靠、结构简单。主程序流程图如图3:图3主程序流程图3.2上位机模块系统应用Microso