沈陽變壓器回收專題基于DSP的配電變壓器在線監測儀的研究
摘要：應用數字信號處理器（DSP）的特殊資源，采用DSP+AT89C51的雙CPU結構,充分發揮了DSP的數據處理能力，通過對實時數據的計算和分析實現了對配電變壓器的監測。
關鍵詞：數字信號處理器DSP變壓器監測儀
1引言
電力變壓器是具有兩個或多個繞組的靜止設備，為了傳輸電能，在同一頻率下，通過電磁感應將一個系統的交流電壓和電流轉換為另一個系統的電流和電壓。在電力系統中變壓器是一個主要的設備。隨著我國經濟的發展，越來越多的配電變壓器投入使用，對于配電變壓器的運行狀況進行監測的工作量也越來越大，以往傳統的離線監測方式已經不能滿足要求，所以我們開發了一種便攜式的配電變壓器在線監測儀。
2監測儀的總體方案設計
變壓器運行的重要參數包括電壓、電流、有功功率、無功功率等，還有故障時的錄波數據，根據錄波數據判斷有無故障出現。在故障判斷中我們采用了目前較為先進的小波變換技術，需要硬件中數字信號處理器的支持，相應的我們在硬件中采用了美國TI公司的帶有片上A/D轉換器的TMS320C240數字信號處理器，在系統功能中它主要完成數據的采集和處理（計算），系統采用DSP+AT89C51的雙CPU結構，AT89C51用來完成鍵盤、結果顯示及結果打印及與上位機通信的功能，DSP與AT89C51之間采用雙口RAM（IDT7132）交換數據，系統總體方案如圖1所示。
圖1監測儀總體方案圖
其中EEPROM采用ATMEL公司生產的AT93C46，具有三線制串行接口，操作指令集包括讀、寫、擦除、全部擦除、寫禁止、解除寫禁止及寫所有地址。它還提供一個可以改變芯片內部結構的引腳ORG，當ORG接高電平時，選擇16位存儲器結構，對芯片的各種操作以字為單位，若接地或懸空，即選擇8位存儲器結構，對芯片的各種操作以字節為單位。我們將ORG接高電平，使DSP可以一次讀取或寫入一個字。
鍵盤我們選用通用鍵盤，包括16個鍵。除了10個數字鍵還有：確認鍵、取消鍵、選擇鍵、打印鍵、開始鍵、復位鍵。我們選擇8279芯片作為鍵盤接口芯片，它能自動完成鍵盤的掃描輸入，能自動清除按鍵抖動，并實現多鍵同時按下的保護，減輕了單片機的軟件負擔。
LCD我們選擇了帶有接口芯片T6963C的點陣式液晶顯示器，它可以直接與AT89C51連接，可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式顯示，具有內部字符發生器，可管理64K顯示緩沖區及字符發生器，允許單片機隨時訪問顯示緩沖區。
我們預留了打印機接口和與上位機的通信接口，以備作進一步功能擴展之用。
3DSP交流采樣實時算法
根據電工原理，周期性變化的電流、電壓的有效值公式：
以上兩式離散化得：
功率的離散化公式為：
當采樣點數時，上述運算表達式具有較高的計算精度。
監測儀除了檢測電流、電壓、功率這些運行參數之外，還對變壓器的絕緣情況進行監測，常規的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學方法等。我們在研究了各種局放檢測方法后，選擇了射頻檢測法，利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號，測量的信號頻率可以達到3萬千赫茲。
4監測儀軟件設計
其中DSP負責數據采集和處理（計算），其軟件流程圖如圖2所示。
圖2DSP程序流程圖
DSP輸出結果即告訴AT89C51可以取結果了，AT89C51可以將結果顯示、打印或上傳。
5監測儀的抗干擾措施
監測儀的工作環境有各種各樣的干擾，回影響其工作可靠性和精度，我們采取了以下抗干擾措施：
（1）我們采取的抑制差模干擾的方法有對輸入信號進行數字濾波，采用雙絞屏蔽線。對輸入信號進行數字濾波，不但可以減少差模干擾的影響，而且不增加硬件開銷，可靠性高，無阻抗匹配問題。
（2）抑制共模干擾的方法有對信號的輸入采用對稱輸入和浮地輸入。
（3）對互感器的外部設有屏蔽罩，避免互感器的電磁波干擾其他模擬數字電路。
（4）在電路中加多個去耦電容。
6結論
傳統的變壓器監測是離線監測，變壓器在線監測是發展方向，本文所設計的監測儀是在此方向上的一個探索，相信在此基礎上增加系統功能，比如利用現場總線技術組成局部網絡，并將數據上傳，建立變壓器實時數據庫和歷史數據庫及故障診斷專家系統是未來的發展方向，我們的工作也會在這個方向下繼續。
參考文獻
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作者簡介：
劉增良（1959-），男，漢族，河北清苑人，副教授，研究方向為電力系統及其自動化。