引言

  根據(jù)國(guó)標(biāo)GB1094-1996《電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T596-1996中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求,在裝備過(guò)程、安裝前及進(jìn)行大修后需要對(duì)電力變壓器的主接、分接頭的變壓比進(jìn)行測(cè)定。以確保變壓器的電氣和機(jī)械性能達(dá)到 國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。測(cè)量變壓比目的在于:(1)檢查變壓比是否與銘牌相符,以保證達(dá)到要求的電壓變換;(2)檢驗(yàn)電壓分接情況;(3)檢查變壓器繞組匝數(shù)比的正確性;(4)變壓器發(fā)生故障后,常用變壓比來(lái)檢查變壓器是否存在匝間短路;(5)提供變壓比的準(zhǔn)確程度,以判斷變壓器能否并聯(lián)運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)電力變壓器的性能測(cè)試基本上仍處于手工測(cè)量的階段、每項(xiàng)性能指標(biāo)都由專用的儀器進(jìn)行測(cè)量,很多測(cè)試項(xiàng)目仍采用一些指針式儀表,存在讀數(shù)誤差大、費(fèi)工和耗時(shí)等問(wèn)題, 并且測(cè)量的重復(fù)性、可信度也較差。

本文依據(jù)雙電壓表法的基本原理,選用 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)作為測(cè)試系統(tǒng)的控制核心,設(shè)計(jì)了一種對(duì)變壓器變壓比的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用間接方法測(cè)試被測(cè)變壓器原邊電壓和副邊電壓,在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的控制、測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算及顯示等功能。測(cè)得變壓器的變壓比之后,即可計(jì)算變壓比的誤差。

1 雙電壓表法測(cè)量變壓比原理

采用電壓表法, 當(dāng)額定電壓比不大時(shí)(KN<5),可從低壓繞組勵(lì)磁,直接用電壓表同時(shí)測(cè)量低壓和高壓電壓。當(dāng)高壓感應(yīng)電壓比較高(KN>5)不能用電壓表直接測(cè)量時(shí),采用從高壓側(cè)勵(lì)磁,用互感器配合電壓表測(cè)量高壓,而低壓直接用電壓表測(cè)量感應(yīng)電壓(因從低壓加壓,高壓有互感器,使勵(lì)磁電流增加,容易影響測(cè)量精度)。圖1所示的電壓表法測(cè)量電壓比原理接線圖。三相變壓器在絕緣裝配后、引線裝配之前,可以按單相變壓器進(jìn)行單柱試驗(yàn),在引線裝配之后,由于三相繞組的聯(lián)接不同,可單相也可兩相,也可經(jīng)一側(cè)兩相串聯(lián),另一側(cè)兩相并聯(lián)進(jìn)行試驗(yàn)。

2 變壓比測(cè)試儀硬件總體設(shè)計(jì)及各模塊功能簡(jiǎn)介

測(cè)量變壓器變壓比, 在被測(cè)變壓器原邊輸入220V的電壓,并采集副邊輸出電壓,將原邊和副邊電壓量均轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后,即可計(jì)算得出待測(cè)變壓器的變壓比。變壓器原邊是三相正弦電壓,設(shè)計(jì)的測(cè)試儀用于普通變壓器的變壓比的測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)總體框如圖2所示。

由圖可知測(cè)試儀由儀器內(nèi)部三相電壓源、高壓側(cè)測(cè)試電壓選擇控制電路、低壓側(cè)測(cè)試電壓選擇控制電路、信號(hào)濾波、放大和D/A轉(zhuǎn)換等電路組成的信號(hào)調(diào)理電路、中央控制處理器、鍵盤(pán)、圖形液晶顯示器等組成。另外圖中還有被試變壓器。

(1)聯(lián)結(jié)組別、相序切換模塊。此模塊主要完成聯(lián)結(jié)組別和相序選擇,控制相應(yīng)的繼電器動(dòng)作,準(zhǔn)確無(wú)誤實(shí)現(xiàn)相應(yīng)聯(lián)接方式下的變壓比的測(cè)量。功能實(shí)現(xiàn)原理如3圖。

分析圖示可知:當(dāng)Y/Y、△/△聯(lián)結(jié)時(shí),如果測(cè)試AB/ab電壓,則繼電器D0、D1、D2、D3都不動(dòng)作(即為常態(tài));如果測(cè)試BC/bc電壓,則繼電器D3動(dòng)作,其余不動(dòng)作;如果測(cè)試CA/ca電壓,則D2、D3動(dòng)作,D0、D1不動(dòng)作。

同理可分析得知:當(dāng)Y/△,聯(lián)結(jié)時(shí),如果測(cè)試AB/ab電壓,則繼電器D0動(dòng)作,其余D1、D2、D3都不動(dòng)作,此時(shí)bc短路;如果測(cè)試BC/bc電壓,則繼電器D0、D3動(dòng)作,其余D1、D2不動(dòng)作,此時(shí)ac短路;如果測(cè)試CA/ca電壓,則D0、D2、D3動(dòng)作,D1不動(dòng)作,此時(shí)ab短路。當(dāng)△/ Y聯(lián)結(jié)時(shí),如果測(cè)試AB/ab電壓,則繼電器D 1 動(dòng)作,其余D 0、D 2 、D 3 都不動(dòng)作,此時(shí)A C短路;如果測(cè)試BC/bc電壓,則繼電器D 1、D 3動(dòng)作,其余D 0、D 2不動(dòng)作,此時(shí) A B 短 路 ; 如果測(cè)試 CA/ca 電 壓 , 則 D 1 、

D 2、D 3動(dòng)作,D0不動(dòng)作,此時(shí)B C短路。以上分析結(jié)果,可用表1說(shuō)明。

(2)CPLD控制模塊。

此模塊包括5×5鍵盤(pán)輸入、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片及與單片機(jī)CPU的信息交換。本模塊原理圖如圖4所示。

根據(jù)不同情況進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和控制。實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系詳見(jiàn)表2。

本文所述變壓器變比測(cè)試儀系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明,主要有如下特點(diǎn)。

(l)本系統(tǒng)可進(jìn)行普通類(lèi)型變壓器的變壓比測(cè)試工作;(2)選用了可編程邏輯控制芯片CPLD,簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)以及軟件編制,對(duì)變壓器變比測(cè)試系統(tǒng)的精度有了較好的保證。(3)

在測(cè)試儀的設(shè)計(jì)中,在數(shù)據(jù)采集及處理進(jìn)行了綜合考慮。采用了max194A/D轉(zhuǎn)換器。將要測(cè)量的兩路信號(hào)(原邊、副邊電壓信號(hào))同時(shí)送A/D,盡管兩路信號(hào)在測(cè)試中都時(shí)刻在變,但是因?yàn)樽儔罕仁且粋€(gè)比值,所以不影響測(cè)試結(jié)果。(4)本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了MAX232芯片組成的RS232通信轉(zhuǎn)換電路,具備與上位機(jī)的通信接口。(5)整個(gè)變壓器變比測(cè)試儀采用模塊化設(shè)計(jì),易于調(diào)試和改進(jìn)。