风冷电力变压器冷却控制系统设计.pdf

l lI1 似 风冷电力变压器冷却控制系统设计 Ai r - cool ed po w er t r ansf or m er cool i ng cont r ol s y st e m des i gn 殷海双，王永安，段志伟，赵志华，姚建红 YI N Ha i s h u a n g ， v ANG Y o n g a n ，DUAN Zh i - wei ，ZHAO Zh i - h u a，Y AO J i a n h o n g ( 东北石油大学，大庆 1 6 3 3 1 8 ) 摘要：变压器是输变电系统中最基础的设施。其运行时的油温变化直接影响其带负载能力。结合单片 机控制技术、传感器技术、通信技术、电机驱动技术 、上位机显示技术设计了一个风冷变压 器冷却控制系统。阐述了油温采集电路、冷却器控制电路、液晶显示电路 ，串行通信电路等 硬件部分的设计思路，给出了系统软件工作流程。通过系统软硬件联机调试 ，实现了变压器 油温检测及冷却器投切控制，能够提高变压器工作效率并减少能耗。 关键词 。 风冷变压器I单片机；D S 1 8 B 2 0 ；串行通信 中圈分类号 ：T P3 6 8 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 -0 1 3 4 ( 2 o i 4 ) 0 9 ( 下) - O l 0 1 -0 3 D o i l 1 0 3 9 6 9 J I s s n 1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 4 0 9 ( 下 ) 2 8 0 引言 变压器 结构复杂 ，是 电力系统 的核心 ，其运 行状 态关 系着整个电力 系统 能否平稳运 行u 。变 压器运行 时，内部铁 心、线圈和金属构件等都要 产生损耗 ，而且所 带负荷发生变化使变压器 的损 耗也相应 发生改变 ，所有这些损耗都将 引起变压 器发热和 温度升 高，过 高的温度将降低变压器的 效率 ，缩短变压器的寿命口 】 ，由以上分析可以看 出，变压 器能否正常工作变压器冷却 系统起 着决 定性 的作用 。传统变压器风冷控制 系统 主要由机 械 触 点的开 闭来 驱动 线 圈， 人工 控制 冷却 器的 投 切 ， 自动化程度低 ，已不能适用 当今无人值 守变 电站的需求 。笔者针对油浸式风冷变压器设计了 一 种基于单片机的变压器冷却控制系统 ，以变压器 冷却油箱的顶层油温为测量参数对变压器的油温进 行控制，实时检测油温变化，根据油温变化控制风 机的启动实现自动调节冷却器投入工作组数。 1 系统总体设计方案 本 系统 由上 位机 和下位机两个子 系统构成 ， 上位机部分 由VB 语言编写的可视化界面组 成，通 过 串口将下位机采 集到 的数 据传到上位机显示 ； 下位机微控制器选用S T C 8 9 C5 2 R C单片机 ，主要包 括油温采集电路、单片机控制电路、L CD1 2 8 6 4 液 晶与单片机 接 口电路 、冷 却机 组控制电路 、串 口 通信电路五大模块 ，如图1 所示。 油温采 集电路 单片机 制 电g 串口通 信 电路 上位机 示界 幽 图1 总体设计方案 系统通过 安装在变压器 冷却 油内部的温度传 感器DS 1 8 B2 0 实 时监 测油温 ，将其测量值送入下 位机 ( 单片机 )后 由软件与上位机设定并发送而 来的油温标准值进行分析 比较 ，若油温测量值低 于设定的标准值 ，则冷却器不工作 ；若油温高于 标准值 ，则 由下位机控制开启冷却器降温 ，并通 过分析高出标准值的程度来控制开启冷却 器的个 数 。通过计数 器累计每个冷却器机组的运行及停 止时间，避免各机组运行时间不均衡。 2 系统硬件资源配置 2 1油温采集电路 油温 采集部分选用单总线接 口、支持 多点组 网、可根据应用场合 改变外观的DS 1 8 B2 0 数 字温 度传感器，其测量范围- 5 5 o C+ 1 2 5 。 C，可编程的 分辨率为9 b i t 1 2 b i t ，具有三个引脚，其引脚定义 为：1 为外接供 电电源输入端 ；2 为数字信号输入 输 出端 ；3 为 电源地 。在本设计 中2 引脚接单 片机 P 2 0 引脚 ，来实现传感器 与单 片机之 间的数 据连 敢日囊：2 0 1 4 - 0 4 - 0 4 基金焉目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目：油田配电网动态无功优化及节能技术研究 ( 1 1 5 5 1 0 1 8 ) 作者簧介：殷海双 ( 1 9 7 9 一 )，女，吉林人，副教授，硕士，研究方向为测试测量和故障诊断。 第3 6 卷第9 期2 0 1 4 - 0 9 ( 下) 1 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 訇 似 接，其与单片机接口电路如图2 所示 。 P ： E 1 P 2 2 P 2 3 P 2 4 P 2 5 P 2 6 E 7 RX D Z X D AL E P s l N 图2 D S 1 8 B 2 0 接 口电路 2 2 冷却器控制电路 该系统 以本次油温采样值与前次油温采样值 进行比较，分析油温变化率： W= 一 0 【 I 一 一 。 f ( 1 ) 其 中0 c 表征变压器 负荷 、温度变化量的调节 系数 ，W表 征油温变 化 率 ，W 表征本 次采 集油 温 ，wK 。 表征上次采集油温。当W的数值不同时， 分别运行不同数数量的冷却设备 。式 - ( 1 )中，当 负荷 发生变 化时 同 ，即使 油温W 还未 达到设 定 值 ，适 当选取调节 系数 0 c 的数值 ，实现根据负荷 的变化量使冷却机组适时提前实现投切 。 系统通过驱动电机控制冷却器启停 ，选用S T 公 司生产 的L 2 9 8 N电机 驱动 芯片，该芯片最高工 作 电压及 瞬间输 出电流都较大 ，分别可达4 6 V和 3 A，额 定功率2 5 W，控制信号为标准逻辑 电平 ， 具有两个控制端 ，能够实现启动或停止独立控箭 j 可 以不 受输 入信号影 响口 】 。电机控制模块 电路如 图3 所示，oUT1 、OUT 2 和OUT 3 、OUT 4 各接一 个电机 ，I N1 、I N2 、I N3 、I N4 J I 脚为电机正反转 控制端 ，该系统 中输入控制信号 由单 片机 发出， E NA、E NB引脚为电机停转控制端 ，也由单片机 发送控制指令 。 2 3 液 晶显示 电路 该 设 计 中 使 用 LCDl 28 6 4液 晶 作 为 下 位 机 显 示 界 面 ， 显 示 每 个 直 流 电机 的 运 行 状 态 及 测量 所 得 的 油温 ，该 芯 片 内 置 8 l 9 2 个 中文 汉 字CGROM( 1 61 6 ) 、 1 2 8 个 字 符 ( AS CI I ) HCGROM( 1 68 ) 、及 1 2 8 6 4 点 阵显 示RAM ( G DR A M)，可显示8 x4 行1 6 l 6 点阵的汉字， 驱动方式为1 3 2 DUT Y、1 ， 5 B I AS 。L C D1 2 8 6 4 与单 片机接 口电路如图4 所示，3 引脚接滑动变阻器滑 动端用于调节显示屏的明亮程度，4 引脚 ( 指令傲 据选择端 )接单片机P 3 4 引脚，5 引脚 ( 读写控制 端 )接单片机P 3 6 iJ I 脚 ，6 引脚 ( 使能信号端 )接 单片机P 3 7 引脚，7 1 4 J l 脚接单片机P 0 口用于单 片机 与液晶的数据传输。 图4 L C D1 2 8 6 4 与单片机 接 口电路 2 4 串行通信电路 系统通过MA X2 3 2 芯片将单片机的T T L电平转 换为R S 一 2 3 2 电平，实现单片机与P C 机之间的通讯 。 MAX 2 3 2 芯片是单电源电平转换芯片 ，是美信公司 专门为电脑的RS 一 2 3 2 标准 串行端 口设计的，其中 l 、2 、3 、4 、5 、6 脚和4 只电容用来为RS 一 2 3 2 串 口 产生+ l 2 V和一 1 2 V两个电源，1 l 、1 2 、1 3 、1 4 iJ I 脚 为第一数据转换通道 ，7 、8 、9 、l 0 引脚为第二数 据转换通道州，该系统 中单片机通过P 3 1 J I 脚r r i J C MOS 数据从N输入转换成R S 一 2 3 2 数据从T 1 OU T 送 到电脑DB 9 插头；D B 9 插头的R S 一 2 3 2 数据从R 输入 转换T r t J C MO S 数据后从R1 J 1 、R 2 oU T 输 出接 单片机e 3 0 J I 脚，接 口电路如图5 所示。 1 0 2 1 第3 6 卷第9 期2 0 1 4 - 0 9 ( 下) 图3 电机驱动模块 电路 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m