智能型变压器试验接线箱的研制与应用

智能型变压器试验接线箱的研制与应用

焦志程,姬荣军,周建龙,岳山

陕西汉中变压器有限责任公司   723000

摘要：随着科技的不断发展，电力系统发展迅速。变压器是电力系统中的重要设备，变压器故障会引起大面积停电，造成巨大的经济损失和严重的社会影响，高压试验对于变压器安全稳定运行至关重要。

关键词：智能型；变压器；试验接线箱

引言

在变压器高压试验准备阶段，各种仪器的连接线箱内部摆放杂乱，且试验线过多不便携带，每次都需要人工查找连接线并用万用表检测通断，以避免把损坏的试验线带入工作现场；试验完成后，试验人员又需要将不同仪器的连接线收回到各自线箱，而各试验线箱无标志，极易放错或遗漏，无法直观掌握现场连接线的回收情况，需要试验人员、试验负责人多次检查确认，存在安全隐患。

1智能型有载调容配电变压器的结构和原理

1.1智能型有载调容配电变压器结构

有载调容变压器是一种具有2个不同容量档位的变压器，可根据负载的变化在不停电的情况下自动调整容量运行，当负荷较轻或接近空载时，变压器由大容量调为小容量，可大幅度降低空载损耗，克服无载调容需停电、需人工操作的麻烦，达到节能、智能的目的。这样，既解决了在农忙季节，变压器过载运行现象严重的问题，又解决了用电淡季负载率低，“大马拉小车”致网损、线损增大的问题。智能型有载调容变压器主要由变压器、有载调容开关和安装了有载调容控制器的控制箱组成。包涵数据存储、遥信、遥控、遥调、遥测、智能组网、无功补偿控制、防盗等功能。

1.2智能型有载调容配电变压器原理

有载自动调容配电变压器在大容量时，三相高压绕组接成角形（D形），低压绕组并联结构；在小容量时，三相高压绕组接成星形接法（Y形），低压绕组串联结构。调容变的每相低压绕组由3段组成：27%匝数的线段为I段，另外73%匝数的线段由2（或其倍数）根导线并绕而成2段（Ⅱ、Ⅲ段），每组导线的截面约为I段导线截面的l/2。大容量时Ⅱ、Ⅲ段并联后再与I段串联，小容量时I、Ⅱ、Ⅲ段全部串联，当由大容量调为小容量，低压绕组匝数增加的同时，高压绕组变为Y接法使得每相电压降低，且其匝数增加与电压降低的倍数相当，可以保证配变电压比不变。

1.3有载调容控制原理

有载调容开关的切换是由自动控制器根据检测到的负载大小情况来决定的。有载调容控制器通过监测变压器低压侧的电压、电流，来判断当前负荷电流大小，如果满足调容条件则发出调容指令给有载调容开关，有载调容开关根据调容指令进行容量切换，实现变压器内部高、低压线圈的星、角变换和串、并联转换，完成变压器带负载情况下的容量自动切换。

2智能型变压器试验接线箱结构概述

有载调容控制器在整个智能型有载调容配电变压器中，进行着数据采集、分析判断、记录存储以及发送指令等功能。有载调容控制器的硬件结构图，主要由中央处理单元、采集单元、通信单元、输入单元、输出单元、控制面板单元、电源以及晶振和时钟电路组成。为了提高系统的可靠性和抗干扰能力，有载调容控制器的所有零部件均采用工业级芯片，电路设计时充分考虑电磁兼容性，保证控制装置的可靠性和安全性，从而满足不同恶劣环境下的应用需求。采用PIC32MX360F512微处理器作为有载调容控制器的核心控制器。PIC32MX360F512是32位微处理器，内含有2KB的高速缓冲存储器Cache、32KB的随机存储器RAM和512KB的闪存Flash。为记录调容瞬间数据及其波形，外扩1片FRAM(铁电存储器)FM32256(64KB)存储瞬态数据。扩展1片X1227芯片将看门狗定时器、复位电路、EEPROM(存储保护整定值)及实时时钟集成在内。控制器的输入信号来自TA和TV。为了实现有载调容及有功、无功功率等电力参数的直接计算，需对电流、电压信号进行交流采样。模数采集通过一片AD7657来实现，该芯片是14位并行6通道高速模-数(A-D)转换器，保证采集三相电流和三相电压的同步性，并且6通道采样时采样频率为250Kbit/s。输出信号主要是实现调容开关高、低容投切转换的出口信号，一般是微控制器通过输出锁存器控制驱动电路，使相应的快速继电器动作。实际应用中为防止误动作(一般是上电复位时和外部电磁干扰)，常用输出锁存器的几位组成特定的密码，启动光电隔离与驱动电路，使出口继电器可靠动作。通常还要在软件中设置强电保护功能，以防止操作机构卡死而引起出口继电器触点损坏。Zigbee通信模块采用基于2.4GHz基频，传输速率高达250Kbit/s，微功耗、低成本，具有自组多跳和自愈能力，抗干扰能力强，通信可靠，采用AES-128加密算法，保证数据的可靠性。

3智能型变压器接线箱的设计

3.1线箱箱体

一台变压器的高压试验包括绕组直流电阻试验、有载分接开关试验、绕组短路阻抗试验、介损及电容量试验、绝缘电阻与绕组变形试验等[9-10]。绝缘电阻试验中兆欧表试验接线随仪器放置在一起，无需单独收纳，绕组变形试验为诊断性试验项目，在常规试验中使用不频繁。对此，设计线箱中存放的连接线种类包括直流电阻线（有载分接开关试验、绕组短路阻抗试验可通用）、介损线、短接铜线、电源线与接地线，即可满足变压器的试验要求。按照连接线占用体积，选择规格为长555mm、宽520mm、高250mm，材质为铝合金的航空箱作为线箱箱体。箱体内部分为上下两层布置，分别为各连接线设置单元格并放置文字标签。

3.2核心电路

以STC89C52单片机为基础设计线箱核心控制电路，采用C语言编程。由4个连接线检测接口采集连接线的回收情况，即无损坏的连接线放置回线箱则电路导通，通过各指示窗口的LED指示灯指示每根连接线的回收状态。以直流电阻线为例，单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别采集直流电阻线L1相、L2相、L3相和O相的缺失与损坏情况，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7对应输出TTL电平驱动LED指示灯。如L1相缺失或损坏，则P1.4输出以1s为周期的高低电平交替信号，驱动指示灯LED1以1s为周期闪烁；连接线放置完好，则对应指示灯常亮。若4根直流电阻线齐全，则直流电阻线完备指示（P2.3）输出为低电平，LED16常亮，否则输出高电平，完备指示灯灭。其他检测接口与此原理相同。若所有连接线齐备无损坏，则P2.0口输出高电平至开箱触发单元，否则输出低电平。开箱触发单元可实现内外显示装置交替工作功能，达到电路合理化、资源化及节省电能的目的。霍尔开关由安装在箱盖上的磁铁触发，箱盖闭合时磁铁触发两个霍尔开关同时动作输出低电平。若单片机P2.0口输出高电平，可用指示灯亮，报警蜂鸣器不动作，表示各连接线完好齐备；若单片机P2.0口输出低电平，则可用指示灯灭，蜂鸣器动作报警，提示连接线有损坏或遗漏情况。利用该功能试验人员可在不开箱盖情况下一键检测连接线是否完好，节省了时间。

3.3控制面板

按照箱体尺寸及核心电路功能设计了控制面板。控制面板分为内外两块，采用2mm厚闪光银渗透印刷。内部控制面板布置各连接线完好指示灯及充电电池电量指示窗等，外部告警面板布置总电源、可用指示灯及报警蜂鸣器。内外显示面板由布置在箱盖的开箱触发单元控制交替工作，当箱盖闭合时，内面板停止工作，可通过外面板查看内部连接线是否齐备，打开箱盖后，外面板停止工作，内面板指示灯显示每根连接线的详细情况。

结语

智能型有载调容变压器节能效果显著，技术经济性较好，在小容量状态下，空载损耗低，空载电流小，对于农村等用电负荷季节性变化明显的情况有较好的适用性。选用调容配电变压器，要注意根据负荷情况，合理选择容量组合，由于智能型有载调容变压器在大、小容量时的短路阻抗基本上是接近于标准值的，从此角度出发，将小容量选为大容量的1/3左右，可以有效解决“大马拉小车”问题。

参考文献

[1]范闻博，韩筛根．有载调容变压器安全经济运行控制策略

[2].电力系统自动化，2011，35(18):98-102，107．〔2〕王金丽．有载调容变压器综合经济性分析及应用研究〔J〕．高压电器，2009，45(3):32-35．

[3]徐兴华，刘伟．配电网重构的研究与展望［J］．山东电力高等专科学校学报，2000(3)．