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单片机变压器故障诊断系统设计.pdf
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单片机变压器故障诊断系统设计.pdf
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陕西理工大学毕业设计
陕西理工大学毕业设计
变压器故障诊断系统研究
[摘要] 大型电力变压器是电力系统中重要的和昂贵的设备之一,其运行状态直接影响系统的安全性。目前,
电力系统的检修体制正由定期检修向状态检修转变,而状态检修是以了解设备的运行状态为基础的。要了解设备状
态,就需要对设备信息进行分析诊断。本文的工作就是在这一背景下开展的,其意义在于为电力变压器的检修提供
技术支持。本文是从变压器的故障原因、类型以及分析入手,设计了基于单片机的变压器故障诊断系统。
在系统的硬件部分,本文以 AT89C52 单片机为核心,将采集来的电压、电流、温度和气体等模拟量信号经过 A/D
转换器转换为数字量信号,然后后送入单片机系统中进行处理,通过处理的结果来判断变压器是否含有故障以及故
障的类型等,然后通过人机交互界面显示出来。
[关键词] 变压器故障;油气体分析;单片机;A/D 转换器
陕西理工大学毕业设计
Research on Transformer Fault Diagnosis System
Abstract: Large power transformer is one of the most important and expensive equipments in power system, and its
operation state directly affects the security of the system. At present, the maintenance system of the electric power system is
being changed from periodical maintenance to state repair, which is based on understanding the operation state of the
equipment. To understand the state of the device, the device information needs to be analyzed and diagnosed. The work of
this paper is carried out in this background, its significance is to provide technical support for power transformer overhaul.
In this paper, a transformer fault diagnosis system based on single chip is designed based on the fault reason, type and
analysis of transformer.
In the hardware part of the system, based on AT89C52 single chip microcomputer as the core, sensor will be collected,
such as voltage, current, temperature and gas analog signal is converted to A digital signal after A/D converter, and then into
the microcontroller in the system after processing, by processing the results to determine whether the transformer containing
fault and the fault type and so on, and then through the human-computer interaction interface display.
Keywords
:
transformer fault
;
oil gas analysis
;
MCU
;
A/D converter
陕西理工大学毕业设计
目 录
1 绪论
.........................................................................................................
1
1.1 课题背景及意义
......................................................................................
1
1.2 国内外研究的现状与发展
.....................................................................
2
1.3 论文主要工作
..........................................................................................
3
2 变压器故障类型及其分析
.......................................................................
4
2.1 变压器的分类
...........................................................................................
4
2.2 变压器故障原因
......................................................................................
4
2.3 变压器故障类型
.......................................................................................
4
2.4 电力变压器的潜伏性故障分析
.............................................................
6
3 基于油中溶解气体分析的故障诊断
......................................................
9
3.1 变压器油中气体的产生与溶解
.............................................................
9
3.2 正常运行变压器油中的溶解气体组分含量
.........................................
9
3.3 特征气体法
............................................................................................
10
3.4 改良三比值法
........................................................................................
12
3.5 大卫三角形
............................................................................................
13
4 变压器故障诊断系统的硬件设计
........................................................
15
4.1 变压器故障诊断系统的结构和主电路的设计
...................................
15
4.2 单片机控制系统
...................................................................................
15
4.3 数据采集
................................................................................................
17
4.4 采样保持电路
........................................................................................
23
4.5 人机交互接口
........................................................................................
24
4.6 变压器保护
............................................................................................
25
5 系统软件部分
.........................................................................................
28
5.1 软件介绍
................................................................................................
28
5.2 软件设计
................................................................................................
28
5.3 系统抗干扰措施
...................................................................................
32
6 仿真结果
.................................................................................................
35
6.1 软件介绍
.................................................................................................
35
6.2 仿真验证
.................................................................................................
36
总结
.............................................................................................................
37
参考文献
.....................................................................................................
38
致谢
........................................................................................
错误!未定义书签。
附录A 系统程序代码
附录B 外文资料和翻译
陕西理工大学毕业设计
第
1
页 共 39 页
1 绪论
1.1 课题背景及意义
变压器是整个电力系统的发、变、送、用环节中最重要、最昂贵的设备之一,其运行的安全性
和可靠性直接影响整个电力系统的运行链完整性,关系到变电企业、广大用户利益和人民群众的生
活。因此,研究和应用大型变压器的状态监测与故障诊断技术,保证变压器安全可靠运行,保障送
变电的安全,这不仅仅是局部的经济问题,也是社会公共利益问题,必然成为学术界和产业界关注
的重大课题。变压器是电力系统中最关键的组成设备,在电力的产生,传送和按用户电量需求进行供
给中起到了非常重要的作用。
根据工业安全要求,变压器使用寿命一般在至年通过适当的维护,实际上可延长到年。据有关数
据显示,目前我国电力系统中使用的变压器很多接近理论设计寿命的期限,如果不采取适当的预防
性措施或者更新设备,由变压器故障所导致的停电、漏电、爆炸等风险将会大大增加。由于变压器
故障所带来的损失是巨大的、甚至是灾难性的,不但会影响到供电部门的服务,还会影响到附近区域
的工厂正常运行和人们的生活,甚至对人们的生命带来威胁。近年来随着变压器发生故障事故的增
多,对变压器故障的分析和监控将变得越来越重要。而现有的预防性措施是维护人员在固定的期限
根据变压器的已使用年限和运行历史对变压器进行定点、定时检查。但这种维护方式预防成本高,
造成的停电时间长、预防不是很准确等一系列弊端己经成为了我国工业可待续发展的瓶颈。其实,
我国电力部门每年用于设备预防性试验、大修、小修等费用约占其固定资产的,而变压器的故障率
约为,这说明我国每年在预防性试验中投入的人力、物力相当一部分是没有必要的们又由于近年来
更多的电力设备投入运行,而各电网公司的检修人员并未增加反而减少,这势必加剧了人力资源矛
盾。而随着传感技术、计算机技术、通信技术以及人工智能的进一步成熟,国内外越来越多的学者
开始尝试利用神经网络、模糊数学、粗糙集理论等原理与方法对电力系统的实时监控进行研究。变
压器在线监控即利用传感技术、计算机技术和通信技术,实时获取运行中的变压器各种运行状态物
理量,并进行分析处理,进而对变压器的运行状况进行预测,必要时提供报警和故障诊断。通过变压
器在线监控能尽量避免故障的进一步扩大而导致严重事故,减少停电试验次数,指导变压器的最佳
维修时机,为状态检修提供实时数据和重要参考依据。但是在二十世纪前期由于相关技术与理论的
不够成熟,人们只停留在对变压器的材料、变压抗干扰效果、设备可靠性等方面的研究,当时只有很
少的人提出了对变压器的在线监控问题。随着传感器技术、检测技术、信号处理技术、网络传输技
术等相关技术与理论的飞速发展,二十世纪后期人们逐步解决了变压器抗干扰效果不理想、设备可
靠性差、不能进行故障判断等技术难题。在总结以往数十年经验教训后,人们开始把精力投入在变
压器在线监控系统等方面的问题。新近开发或更新的监控系统自身可靠性、数据可信度等都有显著
提高,软件界面及数据处理等都相对简化,适合了电力运行人员的现场操作及判断变压器在线监控
参量、识别故障的方法等都由原来的单一参数向多种参数综合判断转变,很大程度上提高了变压器
故障识别的准确度`而且在线监测的硬件成本也在逐步下降,性价比有了显著提高。这都为在线监控
的应用及推广在技术层面、经济层面等奠定了较好的基础。
长期以来,人们结合变压器的结构参数、运行工况和环境因素,研究了各种状态监测和故障诊
断的方法和技术手段,以期对可能发生的故障进行预测,对已经发生的故障确定其故障的性质、类
型和严重程度。目前局部放电试验、油中溶解气体分析以及绝缘油的特性试验等在变压器状态监测
和故障诊断中得到广泛的研究和应用。这些方法和技术对于发现变压器的早期故障或故障趋势,防
止事故发生起着很重要作用。虽然变压器的状态检测与故障诊断技术已经取得了一定的进展,但还
不能很好地满足实际送变电安全的需要,因此,利用现代科技发展的最新成果,进一步研究开发大
型变压器的状态监测与故障诊断技术与系统,保证变压器以及电网的长期、安全、可靠、高效运行,
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