一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其電量傳感器的輸出端分別與同步方波變換電路和抗混疊低通濾波器相連；抗混疊低通濾器依次通過限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與控制單元相連；同步方波變換電路依次通過過零檢測電路、改進鎖相倍頻電路、采樣控制選擇電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連；控制單元包括通過雙口RAM連接的單片機單元和數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器對A/D轉(zhuǎn)換電路發(fā)送的電氣參量數(shù)字信號進行變壓器短路阻抗計算；單片機單元對上述數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)存儲與顯示，并將其發(fā)送到電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，能夠?qū)ψ儔浩鞫搪纷杩惯M行實時在線監(jiān)測，避免由于變壓器突發(fā)機械故障造成急停，極大的提高了變壓器運行可靠性。
【專利說明】一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變壓器監(jiān)測裝置，具體涉及一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器作為電力系統(tǒng)最重要的樞紐之一，它的安全運行直接關(guān)系到發(fā)電及供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。若一臺大型電力變壓器在發(fā)電及供電系統(tǒng)運行時發(fā)生事故，則可能導致大面積停電，嚴重影響人們的生產(chǎn)、生活。其中，電力變壓器的核心部件繞組是引發(fā)電力變壓器發(fā)生故障較多的部件之一，因此對電力變壓器的繞組變形進行監(jiān)測，是保證電力變壓器正常運行的重要手段，但是現(xiàn)有技術(shù)中對繞組進行監(jiān)測通常采用預防性試驗，定期的預防性試驗不能考慮電力設(shè)備的實際運行狀況，可能出現(xiàn)過多的維修和不必要的停機，又不能及時發(fā)現(xiàn)繞組缺陷。
[0003]電力變壓器在運行過程中，短路電抗的變化直接反應變壓器繞組的變化，即通過監(jiān)測變壓器短路電抗就能夠避免繞組變形導致的變壓器機械故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，所述裝置包括與變壓器繞組連接的電量傳感器，所述電量傳感器的輸出端分別與過零檢測電路和抗混疊低通濾波器相連；所述抗混疊低通濾器依次通過限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與控制單元相連；所述過零檢測電路依次通過同步方波變換電路、改進鎖相倍頻電路、采樣控制選擇電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路相連；所述控制單元包括通過雙口 RAM連接的單片機單元和數(shù)字信號處理器；
[0005]所述數(shù)字信號處理器對所述A/D轉(zhuǎn)換電路發(fā)送的變壓器繞組的電氣參量數(shù)字信號進行有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗計算，并將計算結(jié)果存儲到所述雙口 RAM中；
[0006]所述單片機單元對所述有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗進行數(shù)據(jù)存儲與顯示，并將其發(fā)送到電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺。
[0007]優(yōu)選的，所述抗混疊低通濾器采用二階sallen-key低通濾波器；
[0008]優(yōu)選的，所述限幅電路包括反向輸入端相連的第一放大器和第二放大器；所述第一放大器的輸出端與所述第二放大器的輸出端之間串聯(lián)連接兩個二極管；第三放大器的反向輸入端和輸出端直接相連；
[0009]所述第三放大器的同相輸入端與所述抗混疊低通濾器連接；所述第三放大器的輸出端通過電阻依次與第一放大器的反相輸入端、所述二極管的連接點相連后與所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接；
[0010]優(yōu)選的，所述A/D轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)連接的兩個ADS8364芯片，用于實現(xiàn)十二路信號的同步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到所述數(shù)字信號處理器；[0011]優(yōu)選的，所述單片機單元包括一個STM32微處理器和一個液晶顯示器；所述雙口RAM采用CY7C026芯片；
[0012]優(yōu)選的，所述同步方波變換電路的輸入端依次通過電阻Rl、R2與放大器的反相輸入端連接；所述反相輸入端通過電阻R3、R4與放大器的輸出端連接；所述放大器的同相輸入端包括三條支路，一條支路通過電阻R6、R4與放大器的輸出端連接，一條支路通過電阻R5接地，一條支路通過電阻R7與放大器的輸出端連接；
[0013]優(yōu)選的，所述改進鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路和計數(shù)器；所述鎖相環(huán)電路與所述同步方波變換電路連接，所述計數(shù)器與所述采樣控制選擇電路連接；
[0014]所述鎖相環(huán)電路采用⑶4046芯片；所述計數(shù)器采用⑶4040芯片；所述采樣控制選擇電路采用⑶405IB芯片；
[0015]優(yōu)選的，所述數(shù)字信號處理器采用遞推最小二乘法獲取所述變壓器短路阻抗。
[0016]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0017]1、本發(fā)明技術(shù)方案中，采用遞推最小二乘法對運行中變壓器短路電抗進行在線辨識，能夠及時發(fā)現(xiàn)繞組缺陷，克服了現(xiàn)有技術(shù)中定期停機檢修帶來的不便；
[0018]2、本發(fā)明技術(shù)方案中，采用DSP+STM32微處理器的雙CPU結(jié)構(gòu)，有效解決單一微控制器處理能力不足及資源有限的問題，可以減輕算法復雜性和系統(tǒng)實時性要求的矛盾；
[0019]3、本發(fā)明技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集部分采用了鎖相環(huán)倍頻電路與雙AD采集芯片相結(jié)合的同步數(shù)據(jù)采集方式，保證了采集數(shù)據(jù)的實時性與有效性，避免了由軟件設(shè)置觸發(fā)脈沖實時性無法保證的缺點；
[0020]4、本發(fā)明提供的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，能夠?qū)ψ儔浩鞲叩蛪簜?cè)電阻及短路電抗進行在線監(jiān)測，通過短路電抗變化量作為繞組是否發(fā)生機械形變或故障的依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0022]圖1是:本發(fā)明實施例中一種變壓器繞組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的應用連接圖；
[0023]圖2是:本發(fā)明實施例中變壓器繞組參數(shù)辨識模型簡圖；
[0024]圖3是:本發(fā)明實施例中變壓器的三相雙繞組等效模型簡圖；
[0025]圖4是:本發(fā)明實施例中一種變壓器繞組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5是:本發(fā)明實施例中抗混疊低通濾波電路圖；
[0027]圖6是:本發(fā)明實施例中限幅電路圖；
[0028]圖7是:本發(fā)明實施例中同步方波變換電路圖；
[0029]圖8是:本發(fā)明實施例中鎖相環(huán)電路⑶4046芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖9是:本發(fā)明實施例中改進鎖相倍頻電路電路圖；
[0031]圖10是:本發(fā)明實施例中A/D轉(zhuǎn)換-控制電路圖；
[0032]圖11是:本發(fā)明實施例中控制單元連接圖；
[0033]圖12是:本發(fā)明實施例中OLED顯示模塊連接圖。
【具體實施方式】[0034]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0035]本發(fā)明提供的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，如圖1所示連接于變壓器與監(jiān)控平臺的工控機之間，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示:
[0036]所述檢測裝置包括電量傳感器、同步方波變換電路、抗混疊低通濾波器、限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制單元、過零檢測電路、改進鎖相倍頻電路、采樣控制選擇電路。
[0037]電量傳感器分別與過零檢測電路和抗混疊低通濾波器連接:
[0038]①:抗混疊低通濾器依次通過限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與控制單元相連；
[0039]②:過零檢測電路依次通過同步方波變換電路、改進鎖相倍頻電路、采樣控制選擇電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連；
[0040]③:控制單元包括通過雙口 RAM連接的單片機單元和數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器分別與同步方波變換電路、采樣控制選擇電路相連；
[0041]④:電量傳感器包括電壓傳感器和電流傳感器，分別用于檢測變壓器繞組的三相電壓和三相電流。
[0042]數(shù)字信號處理器對A/D轉(zhuǎn)換電路發(fā)送的變壓器繞組的電氣參量數(shù)字信號進行有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗計算，并將計算結(jié)果存儲到雙口 RAM中；單片機單元對有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗進行數(shù)據(jù)存儲與顯示，并將其發(fā)送到電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺的工控機中，便于監(jiān)控人員通過電氣參量的計算結(jié)果進行變壓器繞組狀態(tài)監(jiān)測。
[0043]所述監(jiān)測裝置中各部分電路的具體結(jié)構(gòu)為:
[0044](I)如圖5所示，本實施例中抗混疊低通濾器采用二階sallen-key低通濾波器，包括一個運算放大器、電阻RA、RB、R、mR、電容C、mC。
[0045]運算放大器的同相輸入端包括兩條支路，一條支路通過電阻R和電容mC與輸出端連接，另一條支路通過電容C接地；運算放大器的反相輸入端也包括兩條支路，一條支路通過電阻與RB輸出連接，另一條支路通過電阻RA接地；其中抗混疊低通濾器的輸入端通過電阻mR連接于電阻R和電容mC之間。
[0046]本實施例中二階sallen-key低通濾波器具有較大的品質(zhì)因數(shù)，可以用較少的有源濾波器級數(shù)獲得較好的準高斯波形輸出，具有非常好的信號濾波效果。
[0047](2)如圖6所示，本實施例中限幅電路包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、二極管D1、D2、電阻R。
[0048]第一放大器和第二放大器的反相輸入端直接連接，第一放大器的輸出端依次通過二極管Dl、D2與第二放大器的輸出端連接；第三放大器的反向輸入端和其輸出端直接相連；
[0049]第三放大器的同相輸入端與抗混疊低通濾器連接；第三放大器的輸出端通過電阻R依次與第一放大器的反相輸入端、二極管D1、D2的連接點相連后與A/D轉(zhuǎn)換電路連接。
[0050]本實施例中限幅電路能夠?qū)崿F(xiàn)雙向限幅，保證A/D轉(zhuǎn)換電路免受損壞以及監(jiān)測裝置的準確測量，克服了基于二極管擊穿特性實現(xiàn)限幅功能的傳統(tǒng)限幅器存在著穩(wěn)壓值不恒定且不易掌握的缺點，其中設(shè)定UR = ±2.5V，外接高精度的基準電平，可以實現(xiàn)±2.5V的限幅功能。
[0051](3)如圖7所示，本實施例中同步方波變換電路包括一個運算放大器、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、二極管 D。
[0052]運算放大器的同相輸入端包括三條支路，一條支路通過電阻R6、R4與放大器的輸出端連接，一條支路通過電阻R5接地，一條支路通過電阻R7與放大器的輸出端連接；運算放大器的反相輸入端包括兩條支路，一條支路通過電阻R3、R4與放大器的輸出端連接，另一條支路依次與電阻R2、Rl連接，其中二極管連接于電阻R2、Rl之間后接地。
[0053]同步方波變換電路采取3.3V單電源的供電方式，使其輸出3.3V的高電平信號，以滿足A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字信號處理器等電路的電平要求；同步方波變換電路用于:
[0054]①:將相同相位的方波信號發(fā)送到數(shù)字信號處理器的CAP捕獲模塊，以實現(xiàn)對電網(wǎng)信號頻率的測量；
[0055]②:將相同相位的方波信號發(fā)送到改進型鎖相倍頻電路中，改進型鎖相倍頻電路基于所述方波信號產(chǎn)生倍頻信號觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換電路進行同步等間隔采樣。
[0056](4)如圖9所示，本實施例中改進鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路⑶4046芯片和計數(shù)器⑶4040芯片；鎖相環(huán)電路⑶4046芯片與同步方波變換電路連接，計數(shù)器⑶4040芯片與采樣控制選擇電路⑶405IB芯片連接；
[0057]鎖相環(huán)電路⑶4046芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8所示，包括相位比較器(PhaseComparator,PC)、低通濾波器(Low Pass Filter,LPF)和壓控振蕩器(Voltage ControlledOscillator, VC0)；
[0058]改進鎖相倍頻電能夠保證數(shù)字信號處理器避免同步采樣的干擾，實時地跟蹤采樣頻率，減少軟件工作量，提高同步采樣的可靠性和準確性。
[0059]①:鎖相環(huán)電路⑶4046芯片是一種通用型CMOS鎖相環(huán)集成電路，具有電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、動態(tài)功耗小等諸多特點；鎖相環(huán)電路能夠?qū)^零檢測電路的輸出信號進行自動跟蹤；
[0060]②:計數(shù)器⑶4040芯片和采樣控制選擇電路⑶405IB芯片用于設(shè)置采樣信號的頻率，具體過程為:
[0061]當鎖相環(huán)電路⑶4046芯片處于鎖定狀態(tài)時，計數(shù)器的輸出信號頻率和⑶4046芯片的鎖相環(huán)輸入信號頻率是相等的，在計數(shù)器的輸入端CLK引腳可以得到倍頻輸出信號f。=NXfi ;若一個基頻周期內(nèi)采樣64點，則采樣信號的頻率為基頻的64倍頻，通過⑶4040芯片的Q6引腳設(shè)置采樣點數(shù)為64點，此時⑶4040芯片的Q6引腳和⑶4046芯片的鎖相環(huán)輸入端引腳連接形成64次倍頻電路；
[0062]當接收到修改采樣點數(shù)的指令時，控制單元中的STM32微處理器通過1/0輸出控制采樣控制選擇電路⑶4051B芯片的三位地址碼，執(zhí)行對應的通道切換，以實現(xiàn)不同的分頻控制，得到不同倍頻的輸出信號作為A/D轉(zhuǎn)換電路的觸發(fā)信號，同時通過STM32微處理器修改運算數(shù)組的大小，最終實現(xiàn)同步采樣點數(shù)的實時修改控制功能。通過以上鎖相倍頻電路的改進設(shè)計，使得信號采樣方式更靈活，也使裝置具有更好的適應性。
[0063](5)如圖10所示，本實施例中A/D轉(zhuǎn)換電路包括運算放大電路、電平自舉電路、兩片ADS8364芯片；ADS8364芯片每個通道的差分輸入信號均需要通過運算放大器和電平自舉電路實現(xiàn)將雙極性交流信號轉(zhuǎn)換為O?5V的信號。每片ADS8364芯片可以實現(xiàn)六路信號的同步采集，因此系統(tǒng)采用了兩片ADS8364芯片來實現(xiàn)十二路信號的同步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到數(shù)字信號處理器；本實施例中數(shù)字信號處理器采用TMS320F28335
-H-* I I
心片；
[0064]其中運算放大電路包括通過輸出端與ADS8364芯片的CHAO+連接運算放大器以及周邊電阻電路；電平自舉電路包括通過同相輸入端與ADS8364芯片的REF_0UT連接的運算放大器以及周邊電阻電路。
[0065]ADS8364芯片的數(shù)據(jù)讀取方式包括直接地址讀方式、循環(huán)讀方式和FIFO讀方式；本實施例中監(jiān)測裝置采用直接地址讀方式。兩個ADS8364芯片的片選信號CS分別由外部擴展口 CS_6AD、CS_7AD控制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的地址分別映射到數(shù)字信號處理器TMS320F28335芯片的區(qū)域6和區(qū)域7的范圍內(nèi)。在TMS320F28335芯片讀取A/D數(shù)據(jù)時，地址/模式選擇信號可以選擇從ADS8364芯片中讀取數(shù)據(jù)的方式。
[0066]ADS8364芯片具有如下優(yōu)點:
[0067]①:提供最高250ksps的同步轉(zhuǎn)換速率，具有超低功耗^9mW/通道)的六個輸入通道的轉(zhuǎn)換，使得每個通道的單位平均成本較低；
[0068]②:多通道相互獨立能夠提高硬件裝置的并行處理速度；
[0069]③:具有SOdB的良好共模抑制能力的全差分輸入通道；
[0070]④:數(shù)據(jù)輸出接口可以與數(shù)字信號處理器接口直接相連，節(jié)省了中間的電平轉(zhuǎn)換電路；
[0071]本實施例中將其REF_IN和REF_0UT引腳接到一起，可以為差分電路提供2.5V的參考電壓；采用單端輸入:將-1N端接共模電壓2.5V，+IN端接前端限幅電路的輸出。
[0072]ADS8364芯片的最大時鐘頻率為5MHz，通過MS320F28335芯片的PWMl輸出口提供，ADS8364芯片的ADD和BYTE位設(shè)為低電平；
[0073]改進鎖相倍頻電路的輸出信號作為A/D轉(zhuǎn)換電路的觸發(fā)信號，其中同步倍頻信號HOLD為ADS8364芯片內(nèi)三對采樣保持放大器的觸發(fā)信號，當ADS8364芯片每對通道轉(zhuǎn)換完成后，將由EOC 口向MS320F28335芯片的XINTl發(fā)出外部中斷請求信號，MS320F28335芯片響應外部中斷請求后啟動讀A/D子程序，通過地址線選通對應通道，并將A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換所得數(shù)字量由數(shù)據(jù)線讀入，保存到數(shù)組中。
[0074](6)如圖11和12所示，本實施例中單片機單元通過雙口 RAM與數(shù)字信號處理器連接；單片機單元包括一個STM32微處理器和一個液晶顯示器；其中，雙口 RAM采用CY7C026芯片，液晶顯示器為SSD13050LED驅(qū)動器的VGY12864C顯示模塊，數(shù)字信號處理器采用TMS320F28335芯片。VGY12864C顯示模塊的接口方式采用直接訪問方式，STM32微處理器通過外設(shè)I/O 口對VGY12864C顯示模塊進行并行訪問和控制。
[0075]①:本實施例中監(jiān)測裝置中的控制單元包括單片機單元與數(shù)字信號處理器構(gòu)成的雙CPU結(jié)構(gòu)，不僅能夠處理周期性任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、分析計算等，以及突發(fā)性任務(wù)，如人機交互、數(shù)據(jù)通信等，同時還能夠保證監(jiān)測裝置的實時性。其中，
[0076]數(shù)字信號處理器負責數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算和處理等任務(wù)；
[0077]單片機單元負責數(shù)據(jù)的存儲、人機交互以及與監(jiān)控平臺工控機進行通訊等功能。
[0078]采用本發(fā)明提供的監(jiān)測裝置與電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺結(jié)合的變壓器繞組在線監(jiān)測方法，能夠有效解決單一微控制器處理不足及資源有限的缺陷，減輕了算法復雜性與監(jiān)測實時性要求的矛盾問題，實現(xiàn)了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理和友好的人機監(jiān)控界面。
[0079]監(jiān)控平臺工控機負責對控制單元上傳的數(shù)據(jù)的進行后續(xù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)曲線的實時顯示、下行指令的發(fā)送、變壓器繞組故障的診斷、告警提示、故障信息記錄和歷史數(shù)據(jù)查詢等。
[0080]②:TMS320F28335芯片與CY7C026芯片采用直接連接方式；STM32微處理器與CY7C026芯片通過總線擴展連接，利用鎖存器的鎖存功能，通過使能控制，采用I/O 口分時復用的方式來實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的讀寫。
[0081]TMS320F28335芯片與STM32微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，為避免對同一地址進行寫操作而產(chǎn)生沖突，將CY7C026芯片的地址空間分為兩個區(qū)域，分別分配給TMS320F28335芯片和STM32微處理器使用，二者只能在分配給自己的空間內(nèi)進行寫操作，在對方區(qū)域內(nèi)進行讀操作，從而避免產(chǎn)生沖突提高數(shù)據(jù)交換可靠性。
[0082]③:VGY12864C顯示模塊具有以下優(yōu)點:
[0083]VGY12864C顯示模塊為128列X64行點陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊；與傳統(tǒng)IXD顯示模塊相比，OLED采用3.3V低工作電壓，可以自身發(fā)光，亮度高，高對比度，不需要背光源，功耗更低；環(huán)境溫度范圍更寬-40?+85°C ;可視視角更寬達165° ;響應速度更快，外形更薄，利用OLED顯示模塊提升了本實施例公開的監(jiān)測裝置的就地顯示能力，也擴展了其應用環(huán)境范圍。
[0084]④:單片機單元通過雙口 RAM連接與數(shù)字信號處理器連接解決了數(shù)字信號處理器和單片機單元之間大量數(shù)據(jù)交換的問題，提高了數(shù)據(jù)通信和資源共享的效率和可靠性；
[0085]控制單元根據(jù)實際工況要求選用Rs-485總線、GPRS無線或以太網(wǎng)方式與監(jiān)控平臺工控機通信。
[0086](7)將本發(fā)明提供的變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置進行工業(yè)實施時，應采取下述措施:
[0087]①:隔離和屏蔽措施；
[0088]輸入、輸出電路通過光耦合器進行有效隔離；二次回路布線時將強、弱電信號線分開，實現(xiàn)隔離，避免了回路間相互感應和互擾影響，印刷電路板的布線將信號線與電源線分開、數(shù)字電路與模擬電路分開，保證電路的隔離效果；
[0089]②:監(jiān)測裝置模塊化設(shè)計措施；
[0090]利用插板連接的方式實現(xiàn)監(jiān)測裝置中各模塊的靈活配置選擇，將電量傳感器、同步方波變換電路、抗混疊低通濾波器、限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制單元、過零檢測電路、改進鎖相倍頻電路和采樣控制選擇電路通過中間連接板單元進行連接，充分利用空間使監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)更緊湊，各模塊相對獨立又相互聯(lián)系，便于擴展和模塊的更新，隔離模塊間的相互干擾，提高監(jiān)測裝置的可靠性；
[0091]③:電源電路的處理措施；
[0092]在電源電路的正、負極間并接大容量的電容；監(jiān)測裝置各模塊中芯片的電源和地之間設(shè)有退耦電容；其中，電源零線浮空從而盡量減少電源線與監(jiān)測裝置外殼之間的分布電容，避免干擾。
[0093]所述監(jiān)測裝置對變壓器繞組機械狀態(tài)進行在線監(jiān)測的工作過程為:
[0094]一、數(shù)據(jù)采集部分:[0095](I)監(jiān)測裝置上電復位并初始化，包括，控制單元內(nèi)部各種控制寄存器的初始化、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的初始化、相關(guān)變量的初始化等，完成低速及高速外設(shè)時鐘頻率的設(shè)定、I/o設(shè)備的設(shè)置、通信方式的設(shè)定以及各軟件模塊的參數(shù)初值設(shè)置等，為監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集和處理作好準備；
[0096](2)控制單元調(diào)用PWM初始化程序，設(shè)定PWM的周期和占空比，設(shè)置捕獲單元CAP時基T的輸入時鐘分頻數(shù)、周期等，并啟動對應的定時計數(shù)器；初始化外設(shè)擴展中斷PIE，使能程序使用的外部中斷XINT1、捕獲中斷CAP1、串口中斷、定時器中斷等，清相應的中斷標志位，啟動全局中斷；
[0097](3)對A/D轉(zhuǎn)換電路進行復位和初始化；等待外部中斷響應，當有外部中斷觸發(fā)信號時，通過數(shù)據(jù)總線讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 ，完成一個周波信號的數(shù)據(jù)采樣。
[0098]二、數(shù)據(jù)處理部分:
[0099](1)A/D轉(zhuǎn)換電路完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，向數(shù)字信號處理器的外部中斷口發(fā)出一個脈沖信號；
[0100](2)數(shù)字信號處理器響應外部中斷，通過數(shù)據(jù)總線讀取每個通道映射的存儲區(qū)域地址中的A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果；
[0101](3)數(shù)字信號處理器完成一個周波信號的采樣后計算電壓有效值、電流有效值、電流相位差、電壓相位差、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗，并將計算結(jié)果存儲到雙口RAM中；單片機單元讀取、存儲、顯示雙口 RAM中的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺的工控機中，便于監(jiān)控人員通過電氣參量的計算結(jié)果進行變壓器繞組狀態(tài)監(jiān)測。
[0102]數(shù)字信號處理器采用遞推最小二乘法獲取所述變壓器短路阻抗:
[0103]一、遞推最小二乘法的工作原理為:
[0104]假設(shè)一個兩端口線性系統(tǒng)y = P1 Θ !+P2 Θ 2+...+Pn Θ n, y為輸出變量，P =(P1, P2,, pn)為輸入變量，中間參數(shù)集Θ = ( Θ !, Θ 2,..., Θ n)是一個未知常數(shù)集；在t1;t2,...，tn時刻引入向量矩陣Y及Φ ,測量得到的Y可用y (i)表示，P可用P1 (i)，p2(i)..,Pn(i)，i = 1、2、...、m 表示；
[0105]因此上述兩端口線性系統(tǒng)為:y (i) = Θ lPl⑴+ θ 2p2⑴+...+ Θ nPn(i)，i = 1、2、...、m,其中，
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，所述裝置包括與變壓器繞組連接的電量傳感器，其特征在于，所述電量傳感器的輸出端分別與過零檢測電路和抗混疊低通濾波器相連；所述抗混疊低通濾器依次通過限幅電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與控制單元相連；所述過零檢測電路依次通過同步方波變換電路、改進鎖相倍頻電路、采樣控制選擇電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路相連；所述控制單元包括通過雙口 RAM連接的單片機單元和數(shù)字信號處理器； 所述數(shù)字信號處理器對所述A/D轉(zhuǎn)換電路發(fā)送的變壓器繞組的電氣參量數(shù)字信號進行有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗計算，并將計算結(jié)果存儲到所述雙口 RAM 中； 所述單片機單元對所述有效值、相角、有功功率、無功功率和變壓器短路阻抗進行數(shù)據(jù)存儲與顯示，并將其發(fā)送到電力系統(tǒng)監(jiān)控平臺。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述抗混疊低通濾器采用二階sallen-key低通濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述限幅電路包括反向輸入端相連的第一放大器和第二放大器；所述第一放大器的輸出端與所述第二放大器的輸出端之間串聯(lián)連接兩個二極管；第三放大器的反向輸入端和輸出端直接相連； 所述第三放大器的同相輸入端與所述抗混疊低通濾器連接；所述第三放大器的輸出端通過電阻依次與第一放大器的反相輸入端、所述二極管的連接點相連后與所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)連接的兩個ADS8364芯片，用于實現(xiàn)十二路信號的同步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到所述數(shù)字信號處理器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述單片機單元包括一個STM32微處理器和一個液晶顯示器；所述雙口 RAM采用CY7C026芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述同步方波變換電路的輸入端依次通過電阻Rl、R2與放大器的反相輸入端連接；所述反相輸入端通過電阻R3、R4與放大器的輸出端連接；所述放大器的同相輸入端包括三條支路，一條支路通過電阻R6、R4與放大器的輸出端連接，一條支路通過電阻R5接地，一條支路通過電阻R7與放大器的輸出端連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述改進鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路和計數(shù)器；所述鎖相環(huán)電路與所述同步方波變換電路連接，所述計數(shù)器與所述采樣控制選擇電路連接； 所述鎖相環(huán)電路采用CD4046芯片；所述計數(shù)器采用CD4040芯片；所述采樣控制選擇電路采用⑶405IB芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器繞組機械狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述數(shù)字信號處理器采用遞推最小二乘法獲取所述變壓器短路阻抗。
【文檔編號】G01R27/02GK103954865SQ201410187215
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】陳江波, 李輝, 徐建源, 王奕飛, 蔡勝偉, 尹晶, 張彬, 郭慧浩, 許晶, 邵苠峰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院