专利名称：一种全自动电力变压器温升试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力变压器试验领域，确切地说是指一种全自动电力变压器温升试验系统。
背景技术：
温升试验是电力变压器所有型式试验和例行试验中需要人为介入最多，占用时间最长的一项试验。其目的是检验规定状态下变压器绕组、铁心和变压器油的温升；油、结构件、引线和套管以及引线和分接开关的连接处有无局部过热；确定变压器在工作运行状态及超铭牌负载运行状态下的热状态及其有关参数。为满足国标GB1094. 2-1996《电力变压器第2部分温升》的要求，变压器温升试验所需时间较长，一般为十几个小时，大型变压器的试验时间甚至更长。而且试验过程特殊且复杂，需要测量和监控的参数多，往往难以保证试验准确度，甚至会因误操作导致事故发生。目前，国内电力变压器温升试验大都处于手工或半自动测量阶段，每项性能指标都须由专用仪器进行测量，自动化水平低，保护能力弱，试验速度慢，效率低下，存在安全隐患；更给测试人员带来了使用、维护以及管理上的不便。特别是当多台电力变压器需要同时进行温升试验时，需要配置多台相同的仪器，造成资源浪费和成本增大。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种全自动电力变压器温升试验系统，能够对电力变压器温升试验全过程进行实时监控和精准控制，提高测试精度和试验效率，降低检验人员的劳动强度、安全可靠、实时高效地完成试验。为了解决以上的技术问题，本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统，包括主电路部分和控制电路部分，其中所述主电路部分包括试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器，所述试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器依次连接；所述控制电路部分包括微控制器、采集监控模块、信号调理模块、反馈执行装置模块、上位机模块和GPRS模块，所述采集监控模块分别与被试电路变压器和信号调理模块连接，所述信号调理模块与微控制器连接，所述微控制器通过GPRS模块与通讯工具连接，所述微控制器通过集线器与上位机模块连接，所述微控制器通过反馈执行装置模块控制试验电源，所述微控制器控制所述智能开关。优选地，所述控制电路部分还包括电容补偿控制模块，所述微控制器通过所述电容补偿控制模块对中间变压器的一次侧和二次侧功率因数进行补偿。优选地，所述电容补偿控制模块包括控制开关和电容补偿器，所述电容补偿器连接在所述中间变压器的两侧。优选地，所述采集监控模块包括电压电流传感器、温度传感器、烟雾探测器和声音传感器。
优选地，所述反馈执行装置模块包括驱动装置和执行装置，所述驱动装置和所述执行装置连接。优选地，所述执行装置为步进电机，所述步进电机与所述试验电源连接。优选地，所述控制电路部分还包括触摸屏显示器，所述触摸屏显示器与所述微控制器连接。优选地，所述控制电路部分还包括键盘，所述键盘与所述微控制器连接。优选地，所述控制电路部分还包括视频监控，所述视频监控通过所述集线器与所述微控制器连接。优选地，所述微控制器为DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片。与现有技术相比，本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统，能够对电力变压器温升试验全过程进行实时监控和精准控制，提高测试精度和试验效率，降低检验人员的劳动强度、安全可靠、实时高效地完成试验。
图1为本发明中全自动电力变压器温升试验系统的结构框图。
具体实施例方式为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。请参见图1，该图为本发明中全自动电力变压器温升试验系统的结构框图。本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统，包括主电路部分和控制电路部分，其中主电路部分包括试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器，试验电源、 中间变压器、智能开关和被试电路变压器依次连接；控制电路部分包括微控制器、采集监控模块、信号调理模块、反馈执行装置模块、 上位机模块和GPRS模块，微控制器控制智能开关。采集监控模块分别与被试电路变压器和信号调理模块连接，信号调理模块与微控制器连接，采集监控模块包括电压电流传感器、温度传感器、烟雾探测器和声音传感器。微控制器通过集线器与上位机模块连接，上位机为PC机，集线器经嵌入式以太网串口数据转换模块iPort与DSP微控制器连接。控制电路部分还包括视频监控，视频监控通过集线器与微控制器连接。微控制器通过GPRS模块与通讯工具连接，通讯工具为手机。微控制器通过反馈执行装置模块控制试验电源，反馈执行装置模块包括驱动装置和执行装置，驱动装置和执行装置连接，执行装置为步进电机，步进电机与试验电源连接。控制电路部分还包括电容补偿控制模块，微控制器通过电容补偿控制模块对中间变压器的一次侧和二次侧功率因数进行补偿。电容补偿控制模块包括控制开关和电容补偿器，电容补偿器连接在中间变压器的两侧。控制电路部分还包括触摸屏显示器，触摸屏显示器与微控制器连接。控制电路部分还包括键盘，键盘与微控制器连接。
微控制器为DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片，传输速度快(主频40MIPS， 为普通单片机的6-12倍)，控制位数多(56个1/0)，可靠性高(军品级)，集成度高 (内置算术硬件单元、看门狗，I2C、SPI总线、，脉宽调制(PWM)通道等)，内存空间大 (64KFLASH+4KSRAM+8KFRAM)，储存时间长(一万年以上)，可反复擦写(十万次以上)的特点，实现整个试验过程的智能控制和算法执行；采集监测模块包括电压电流互感器、温度传感器、烟雾探测器、声音传感器，所采集监测信号经过信号调理模块进入DSP微控制器。DSP 微控制器是整个系统的核心控制部件，所有信号的采集、上位机的通讯、控制信号的输出， 事故处理的智能判断等都是由此部件完成。本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统的工作原理如下电压电流传感器为隔离式高精度霍尔传感器。电压电流互感器模块将被试电力变压器输入端的电压电流信号，经过M位外置ADC芯片，转换为数字信号，输入至DSP。温度采集采用多点模式，以提高温度的准确度，及全局监控被试品的局部温度，避免局部过热的情况。温度信号通过高精度ADC转换为数字信号输入DSP，并计算其温升值。DSP微控制器读取电压、电流及相位等信号，以功率和电流为函数，以功率和电流为函数，以时间和电压为变量，以温度和温升变化率为参考量，以故障为依据，建立数学模型，采用基于STR(self-timing regulation)的自适应控制算法和滞环比较功率及电流跟踪技术，从而实现恒功率控制、恒流控制、温升检测和电容补偿控制。其中在恒功率控制阶段，当温升低于70%的预设值时，系统以超额恒功率运行，即温度小于设定值，通过调整步进电机增大试验电源的输出电压，从而提高功率，缩短试验时间；反之亦然。其中反馈控制算法采用自适应数字PID算法，实现高精度控制，避免出现超调量过大，同时响应时间最优化，缩短试验时间。在恒功率控制阶段，当温升变化率超过预设值时，则降低至额定功率，限制温升变化率，避免因温度响应较慢而出现过温情况，损害被试品。根据标准 GB1092. 2-1996《电力变压器第2部分温升》，当温升变化率小于lK/h，即认为被试品工作在稳定状态，再保持总损耗恒功率试验三小时，则进入恒流控制阶段，以额定电流运行，保持一小时，整个过程系统自动监控及记录试品温升信息及环境温度。当温升试验接近结束时，系统根据预设时间自动提前提醒试验人员，准备绕组电阻测试，当时间到达时，系统自动切断试验电源，报警并保存试验信息，同时通过显示屏模块、经嵌入式以太网串口数据转换模块IPort上传上位机模块、及GPRS远程通讯模块，报告试验负责人。在整个运行过程中，电压、电流、功率、温度及温升变化率信息均通过DSP数字处理系统和特定IP协议，传送至上位机和视频监控模块，上位机检测操作系统实时显示各项信息，并自动保存记录。同时以上各项信息，通过显示屏模块实时显示，方便现场工作人员操作、运行和查阅信息。总功率、恒电流、预估温升值、结束前提醒时间等参数的预设，试验的开始与紧急停止等均可通过现场、键盘、上位机或远程设备设置和控制。系统的故障保护和报警通过检测烟雾、声音、电压、电流、温度来实现当因故障而产生烟雾或试验过程中声音异常时，对应的探测器将检测到故障信息，通过信号处理模块， 输入至DSP微控制器，DSP微控制器通过模糊神经网络算法，判断该信息是否因故障产生， 若判断确实有故障时，DSP微控制器及时输出保护信号，切断试验电源。其中模糊神经网络算法以学习样本为基础，对故障产生的烟雾、声音进行样本学习，提取其特征，如波长、强度，得出其频谱、频率峰值和强度等信息，并将其权值赋予故障判断模型，故障判断模型根据检测到的信息，通过加权匹配，判断故障，该算法可有效避免因其他噪音而产生误判断。 当电压、电流或温度超过设定阈值时，DSP微控制器及时输出保护信号，切断试验电源。系统的功率因数补偿，则通过检测电压电流的相位，智能投切补偿电容。从而实现功率因数的动态控制，提高功率因数，降低损耗及对电网的污染。与现有技术相比，本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统，具有如下有益效果1、功能全，集成了目前电力变压器温升试验所必须的设备，替代了电容补偿控制器、功率分析仪、温升测试仪、调压装置、视频监控等多台仪器设备，大大降低成本。同时该系统输出端口可扩充，可以多台电力变压器同时进行试验，特别适合检测机构或试验中心。2、符合标准化，该系统解决了目前大部分设备或仪器只能实现恒流控制，但不能同时进行恒功率控制，常常需要人工干预和判断。本系统微控制器根据采集到电压电流信号，实时计算功率损耗，并经驱动装置连接执行机构步进电机，在偏离预定值时自动调整试验电源，从而实现闭环控制。该系统根据标准GB1094. 2-1996《电力变压器第2部分温升》 要求，对电力变压器先实行恒功率控制，稳定三个小时后，再实行恒流控制，完全符合标准试验要求。3、节能且效率高，该系统解决了目前大部分电力变压器试验时间长周期的特点， 根据标准JB/T501-2006《电力变压器试验导则》，为缩短温升时间，试验开始时可以采取提高输入功率或恶化冷却条件的方法，使温度迅速提高，当监视部位的温升达到70%预计的温升时，立即恢复额定发热与冷却状态，但此方法对试验人员专业素质和经验能力要求较高，且需要不断监控试品总功率数值和温升情况，往往容易导致试品局部过热损坏或整体温升过高误判，本发明能实时监控变压器多点温升，并根据温升变化率智能判断功率增减， 实现最佳效率，缩短试验时间，从而节约电能，且大大降低了对试验人员的专业要求。4、安全可靠，该系统实行了硬件和软件双重保护，当硬件比较电路检测到过流或过压时，无需经过软件判断，迅速切断电源，防止事故进一步扩大，同时，系统增加了温度传感器、烟雾探测器、声音传感器、视频监测器，当试品局部温度异常，或试验区冒出烟雾，或试品内部异响如局部放电、或非试验人员突然进入试验区域，系统立即报警且做出智能判断处理，防止事故进一步恶化，大大提高了系统的可靠性。5、可扩充性强，该系统可以在现场通过键盘和触摸显示屏直接设置，单独运行，也可扩展输出口，适应多台电力变压器同时温升试验，另外，系统也可通过集线器与PC机连接，实现远程设置和监控，由于引入了集线器，所以，可以实现多台PC机联网控制和监视。6、测试精度高，该系统由于集成度高，实现统一管理和监控，采集数据经16位AD 转换器进入微控制器后进行科学处理和计算，同时进行系统修正和校准，从软硬件多方面保证了测试精度。7、智能化，该系统采用基于STR(self-tuning regulation)的自适应控制算法和滞环比较功率/电流跟踪技术，确保每一试验阶段符合标准，精准控制，且效率最优化，将试品过温、过热、短路、触电等故障发生率降到最低值。系统内置的GPRS模块，定时定向对相关的工作人员的通讯设备手机发送试验状态或故障信息等，方便工作人员不在现场时也可以监视和控制，大大降低了试验人员的工作强度和因疲劳导致的犯错几率。
8、自动化程度高，该系统大大减少了试验过程中人工干预和判断，对于试验过程中出现的任何状况包括异常情况，系统都能做出最优选择和判断，从而达到最优控制和科学处理，降低了人工成本和提高了工作效率。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，包括主电路部分和控制电路部分，其中所述主电路部分包括试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器，所述试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器依次连接；所述控制电路部分包括微控制器、采集监控模块、信号调理模块、反馈执行装置模块、 上位机模块和GPRS模块，所述采集监控模块分别与被试电路变压器和信号调理模块连接， 所述信号调理模块与微控制器连接，所述微控制器通过GPRS模块与通讯工具连接，所述微控制器通过集线器与上位机模块连接，所述微控制器通过反馈执行装置模块控制试验电源，所述微控制器控制所述智能开关。
2.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述控制电路部分还包括电容补偿控制模块，所述微控制器通过所述电容补偿控制模块对中间变压器的一次侧和二次侧功率因数进行补偿。
3.根据权利要求2所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述电容补偿控制模块包括控制开关和电容补偿器，所述电容补偿器连接在所述中间变压器的两侧。
4.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述采集监控模块包括电压电流传感器、温度传感器、烟雾探测器和声音传感器。
5.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述反馈执行装置模块包括驱动装置和执行装置，所述驱动装置和所述执行装置连接。
6.根据权利要求5所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述执行装置为步进电机，所述步进电机与所述试验电源连接。
7.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述控制电路部分还包括触摸屏显示器，所述触摸屏显示器与所述微控制器连接。
8.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述控制电路部分还包括键盘，所述键盘与所述微控制器连接。
9.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述控制电路部分还包括视频监控，所述视频监控通过所述集线器与所述微控制器连接。
10.根据权利要求1所述的全自动电力变压器温升试验系统，其特征在于，所述微控制器为DSP微控制器，其使用TMS320F2407芯片。
全文摘要
本发明公开一种全自动电力变压器温升试验系统，包括主电路部分和控制电路部分，其中所述主电路部分包括试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器，所述试验电源、中间变压器、智能开关和被试电路变压器依次连接；所述控制电路部分包括微控制器、采集监控模块、信号调理模块、反馈执行装置模块、上位机模块和GPRS模块。与现有技术相比，本发明提供的全自动电力变压器温升试验系统，能够对电力变压器温升试验全过程进行实时监控和精准控制，提高测试精度和试验效率，降低检验人员的劳动强度、安全可靠、实时高效地完成试验。
文档编号G01R31/00GK102565569SQ20111036657
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者何东升, 林志力, 苗本健 申请人:东莞市广安电气检测中心有限公司, 何东升, 林志力, 苗本健