張琦

【摘 要】智能化油位計(jì)能夠做到變壓器油位測(cè)量的數(shù)字化，變壓器油位報(bào)警判斷的智能化和對(duì)變壓器油位進(jìn)行精確測(cè)量，從而對(duì)轄區(qū)內(nèi)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)主變壓器油位進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的檢測(cè)和預(yù)警，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和可靠運(yùn)行。

【Abstract】The intelligent oil level meter can realize digital measurement of transformer oil level， the judgment of intelligent alarm and the accurate measurement of transformer oil level make the oil level meter detect and alarm in real-time， accurately and reliably in power system under its jurisdiction， to ensure the stable， safe and reliable operation of power grid

【關(guān)鍵詞】油位計(jì)；智能化；變壓器

【Keywords】oil level meter； intelligent； transformer

【中圖分類號(hào)】TB472 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）07-0175-02

1 引言

電力系統(tǒng)主變壓器油位計(jì)是用于指示主變壓器儲(chǔ)油柜中油量的儀表，目前，電力系統(tǒng)中的主變壓器油位計(jì)普遍采用機(jī)械式儀表，機(jī)械式油位計(jì)存在不便于精確測(cè)量、輸出為非電量信號(hào)、線性度較差等缺陷，不能夠滿足電力系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化和信息化的方向發(fā)展。變壓器智能化油位計(jì)是在主變壓器儲(chǔ)油柜的出油口安裝精確度較高的壓電傳感器，將油位高度壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集處理終端對(duì)電信號(hào)進(jìn)行高精度數(shù)字化處理，進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化分析，做出高油位和低油位的判斷，并將結(jié)果進(jìn)行本地顯示和遠(yuǎn)程傳輸[1]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

變壓器智能化油位計(jì)作為嵌入式控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)分為硬件和軟件兩部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)思想。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件由微控制器及其最小系統(tǒng)模塊、液位傳感檢測(cè)模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警輸出模塊、LCD顯示模塊和系統(tǒng)電源模塊構(gòu)成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)數(shù)字濾波模塊、油位信息分析模塊、油位報(bào)警判斷及輸出模塊和油位信息及報(bào)警狀態(tài)顯示模塊，系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 微控制器

油位計(jì)應(yīng)遵循體積小、功耗低、可靠性高和性能高的特點(diǎn)。而C8051F350微控制器是美國(guó)Silicon Laboratories 公司推出的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微控制器，因此，C8051F350微控制器是本設(shè)計(jì)的最佳選擇。

3.2 電流電壓轉(zhuǎn)換模塊

采用陶瓷式壓電傳感器，為了提高油位計(jì)對(duì)主變壓器周圍的強(qiáng)電磁干擾，因此陶瓷式壓電傳感器的輸出選用標(biāo)準(zhǔn)電流模式為4～20mA。C8051F350微控制器的工作電壓范圍為2.7～3.6V，內(nèi)部集成的24位A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓需要外部提供，因此參考電壓選用具有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源TL431[2]。

3.3 報(bào)警輸出模塊

驅(qū)動(dòng)采用低壓驅(qū)動(dòng)N溝道增強(qiáng)型MOSFET AO 3400A，AO 3400A在抵達(dá)2.5V的門極驅(qū)動(dòng)電壓下，導(dǎo)通電阻僅有48mΩ，最大電流可達(dá)4.7A，封裝為SOT-23貼片封裝，由其構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器性能遠(yuǎn)非其他驅(qū)動(dòng)電路所能比擬。這樣可以使用C8051F350微控制器的I/O口直接驅(qū)動(dòng)AO 3400A，既簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，又提高了其抗干擾能力。為了使報(bào)警信息明確，故分別用兩組繼電器，每組各兩路I/O口作為超高報(bào)警和超低報(bào)警。

3.4 信息顯示模塊

油位計(jì)顯示內(nèi)容包括油位比值信息和油位狀態(tài)信息，為了便于用戶使用采用中文顯示，同時(shí)為了節(jié)省I/O口資源，故顯示器采用具有串行通信接口，集成中文字庫，顯示內(nèi)容為16字符×2行，白底黑字，帶背光的LCD12232ZA液晶顯示器。

3.5 系統(tǒng)電源模塊

油位計(jì)電源部分需要為陶瓷式壓電傳感器、液晶顯示器和報(bào)警輸出繼電器以及C8051F350微控制器供電，變壓器輸出的交流電壓經(jīng)整流后要大于12V，因此，T1選用輸入220V、輸出12V的10W變壓器，經(jīng)全橋整流后的輸出電壓為12×1.414-1×2≈15V。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)初始化模塊

本系統(tǒng)的微控制器初始化包括系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、I/O口初始化和A/D轉(zhuǎn)換器初始化。系統(tǒng)時(shí)鐘初始化是實(shí)現(xiàn)內(nèi)部時(shí)鐘源的選用配置、時(shí)鐘頻率的PLL值配置，進(jìn)行振蕩器穩(wěn)定工作的判斷工作。I/O口初始化實(shí)現(xiàn)將P1口配置為推挽輸出。A/D轉(zhuǎn)換器初始化實(shí)現(xiàn)ADC外部參考電壓源的選擇配置、可編程增益放大器放大倍數(shù)的配置、輸入緩沖器的配置、調(diào)制器時(shí)鐘的配置、差分輸入的配置和啟動(dòng)ADC。

4.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

C8051F350微控制器內(nèi)部集成的高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器使用時(shí)必須按要求的順序和程序進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀取過程是：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，等待A/D轉(zhuǎn)換完成，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，依次讀取A/D轉(zhuǎn)換完成后的最高八位、中間八位和最低八位轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)，最后，將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。

4.3 信號(hào)數(shù)字濾波模塊

由于油位計(jì)的工作環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，再加之ADC轉(zhuǎn)換器的精度非常高，這些因素都導(dǎo)致了每次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果有一定的差異。為了使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果既具有高的精度又具有一定的穩(wěn)定性，在此采用取中間值平均法進(jìn)行數(shù)字濾波方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，其效果超過預(yù)期。

4.4 油位信息分析模塊

油位信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)數(shù)字濾波后的數(shù)值并不是油位的具體數(shù)據(jù)，油位值還需要根據(jù)陶瓷式壓電傳感器的零位數(shù)值、A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓、零油位值對(duì)應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算和校正。

4.5 油位報(bào)警判斷模塊

油位計(jì)的油位報(bào)警功能是其非常重要的功能之一，當(dāng)油位計(jì)的油位高度值確定后，為了與傳統(tǒng)的機(jī)械式油位計(jì)的指示兼容，還需要將其轉(zhuǎn)換成相對(duì)高度值，這樣也便于進(jìn)行異常液位報(bào)警判斷。

4.6 油位信息與報(bào)警狀態(tài)顯示模塊

傳統(tǒng)的機(jī)械式油位計(jì)信息通常位于主變壓器的儲(chǔ)油柜上，對(duì)其進(jìn)行夜間觀察難度較大和精準(zhǔn)度也較低。為了克服傳統(tǒng)的機(jī)械式油位計(jì)的缺點(diǎn)，本油位計(jì)的顯示采用顯示信息量豐富且便于觀察的LCD液晶顯示器進(jìn)行顯示[3]。

5 結(jié)語

變壓器智能化油位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油位進(jìn)行高精度測(cè)量（測(cè)量精度可達(dá)0.31215um），并進(jìn)行信號(hào)數(shù)字濾波以確保所測(cè)量油位值的穩(wěn)定性，油位報(bào)警既可以進(jìn)行超高狀態(tài)報(bào)警也可以進(jìn)行超低狀態(tài)報(bào)警，采用LCD液晶中文信息顯示，便于用戶讀取當(dāng)前的液位信息和狀態(tài)。本變壓器智能化油位計(jì)具有測(cè)量精度高，超高狀態(tài)報(bào)警和超低狀態(tài)報(bào)警，便于讀取當(dāng)前液位信息和狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】席風(fēng)沛.磁力式油位計(jì)常見故障及處理[J].變壓器，2015，52（07）：46-47.

【2】張霽月.主變壓器油位非故障異常原因分析及策略[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，18（03）：24-27.

【3】吳必瑞，謝善娟.一種變壓器溫度的無線檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2015，10（11）：61-63+72.