引言
根據(jù)國標GB1094-1996《電力變壓器標準》、DL/T596-1996中華人民共和國電力行業(yè)標準《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求,在裝備過程、安裝前及進行大修后需要對電力變壓器的主接、分接頭的變壓比進行測定。以確保變壓器的電氣和機械性能達到 國家規(guī)定標準和設(shè)計要求。測量變壓比目的在于:(1)檢查變壓比是否與銘牌相符,以保證達到要求的電壓變換;(2)檢驗電壓分接情況;(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,常用變壓比來檢查變壓器是否存在匝間短路;(5)提供變壓比的準確程度,以判斷變壓器能否并聯(lián)運行。
目前國內(nèi)對電力變壓器的性能測試基本上仍處于手工測量的階段、每項性能指標都由專用的儀器進行測量,很多測試項目仍采用一些指針式儀表,存在讀數(shù)誤差大、費工和耗時等問題, 并且測量的重復(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 單片機作為測試系統(tǒng)的控制核心,設(shè)計了一種對變壓器變壓比的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用間接方法測試被測變壓器原邊電壓和副邊電壓,在單片機中實現(xiàn)測試過程的控制、測試數(shù)據(jù)的計算及顯示等功能。測得變壓器的變壓比之后,即可計算變壓比的誤差。
1 雙電壓表法測量變壓比原理采用電壓表法, 當額定電壓比不大時(KN<5),可從低壓繞組勵磁,直接用電壓表同時測量低壓和高壓電壓。當高壓感應(yīng)電壓比較高(KN>5)不能用電壓表直接測量時,采用從高壓側(cè)勵磁,用互感器配合電壓表測量高壓,而低壓直接用電壓表測量感應(yīng)電壓(因從低壓加壓,高壓有互感器,使勵磁電流增加,容易影響測量精度)。圖1所示的電壓表法測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行單柱試驗,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)進行試驗。
2 變壓比測試儀硬件總體設(shè)計及各模塊功能簡介
測量變壓器變壓比, 在被測變壓器原邊輸入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,即可計算得出待測變壓器的變壓比。變壓器原邊是三相正弦電壓,設(shè)計的測試儀用于普通變壓器的變壓比的測試。測試系統(tǒng)總體框如圖2所示。
由圖可知測試儀由儀器內(nèi)部三相電壓源、高壓側(cè)測試電壓選擇控制電路、低壓側(cè)測試電壓選擇控制電路、信號濾波、放大和D/A轉(zhuǎn)換等電路組成的信號調(diào)理電路、中央控制處理器、鍵盤、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)的繼電器動作,準確無誤實現(xiàn)相應(yīng)聯(lián)接方式下的變壓比的測量。功能實現(xiàn)原理如3圖。
分析圖示可知:當Y/Y、△/△聯(lián)結(jié)時,如果測試AB/ab電壓,則繼電器D0、D1、D2、D3都不動作(即為常態(tài));如果測試BC/bc電壓,則繼電器D3動作,其余不動作;如果測試CA/ca電壓,則D2、D3動作,D0、D1不動作。
同理可分析得知:當Y/△,聯(lián)結(jié)時,如果測試AB/ab電壓,則繼電器D0動作,其余D1、D2、D3都不動作,此時bc短路;如果測試BC/bc電壓,則繼電器D0、D3動作,其余D1、D2不動作,此時ac短路;如果測試CA/ca電壓,則D0、D2、D3動作,D1不動作,此時ab短路。
當△/ Y聯(lián)結(jié)時,如果測試AB/ab電壓,則繼電器D 1 動作,其余D 0、D 2 、D 3 都不動作,此時A C短路;如果測試BC/bc電壓,則繼電器D 1、D 3動作,其余D 0、D 2不動作,此時 A B 短 路 ; 如果測試 CA/ca 電 壓 , 則 D 1 、D 2、D 3動作,D0不動作,此時B C短路。
以上分析結(jié)果,可用表1說明。
(2)CPLD控制模塊。
此模塊包括5×5鍵盤輸入、ULN2003驅(qū)動芯片及與單片機CPU的信息交換。本模塊原理圖如圖4所示。
根據(jù)不同情況進行相應(yīng)的計算和控制。實現(xiàn)邏輯關(guān)系詳見表2。
本文所述變壓器變比測試儀系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡明,主要有如下特點。
(l)本系統(tǒng)可進行普通類型變壓器的變壓比測試工作;(2)選用了可編程邏輯控制芯片CPLD,簡化了電路的設(shè)計以及軟件編制,對變壓器變比測試系統(tǒng)的精度有了較好的保證。(3)在測試儀的設(shè)計中,在數(shù)據(jù)采集及處理進行了綜合考慮。采用了max194A/D轉(zhuǎn)換器。將要測量的兩路信號(原邊、副邊電壓信號)同時送A/D,盡管兩路信號在測試中都時刻在變,但是因為變壓比是一個比值,所以不影響測試結(jié)果。(4)本測試系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計了MAX232芯片組成的RS232通信轉(zhuǎn)換電路,具備與上位機的通信接口。(5)整個變壓器變比測試儀采用模塊化設(shè)計,易于調(diào)試和改進。
