| 标题 | 一种智能化变压器油位计的设计 |
| 范文 | 张琦 【摘 要】智能化油位计能够做到变压器油位测量的数字化，变压器油位报警判断的智能化和对变压器油位进行精确测量，从而对辖区内运行中的电力系统主变压器油位进行实时、准确、可靠的检测和预警，以保证电网的稳定、安全和可靠运行。 【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 【关键词】油位计；智能化；变压器 【Keywords】oil level meter； intelligent； transformer 【中图分类号】TB472 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0175-02 1 引言 电力系统主变压器油位计是用于指示主变压器储油柜中油量的仪表，目前，电力系统中的主变压器油位计普遍采用机械式仪表，机械式油位计存在不便于精确测量、输出为非电量信号、线性度较差等缺陷，不能够满足电力系统向数字化、智能化和信息化的方向发展。变压器智能化油位计是在主变压器储油柜的出油口安装精确度较高的压电传感器，将油位高度压力信号转换为电信号，通过数据采集处理终端对电信号进行高精度数字化处理，进行实时的智能化分析，做出高油位和低油位的判断，并将结果进行本地显示和远程传输[1]。 2 系统结构设计原理 变压器智能化油位计作为嵌入式控制系统，其结构分为硬件和软件两部分，系统结构采用模块化设计思想。 2.1 系统硬件结构 系统硬件由微控制器及其最小系统模块、液位传感检测模块、电流/电压转换模块、报警输出模块、LCD显示模块和系统电源模块构成，系统硬件结构如图1所示。 2.2 系统软件结构 系统软件由系统初始化模块、A/D转换模块、信号数字滤波模块、油位信息分析模块、油位报警判断及输出模块和油位信息及报警状态显示模块，系统软件流程图如图2所示。 3 硬件系统设计 3.1 微控制器 油位计应遵循体积小、功耗低、可靠性高和性能高的特点。而C8051F350微控制器是美国Silicon Laboratories 公司推出的完全集成的混合信号系统级微控制器，因此，C8051F350微控制器是本设计的最佳选择。 3.2 电流电压转换模块 采用陶瓷式压电传感器，为了提高油位计对主变压器周围的强电磁干扰，因此陶瓷式压电传感器的输出选用标准电流模式为4～20mA。C8051F350微控制器的工作电压范围为2.7～3.6V，内部集成的24位A/D转换器的参考电压需要外部提供，因此参考电压选用具有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源TL431[2]。 3.3 报警输出模块 驱动采用低压驱动N沟道增强型MOSFET AO 3400A，AO 3400A在抵达2.5V的门极驱动电压下，导通电阻仅有48mΩ，最大电流可达4.7A，封装为SOT-23贴片封装，由其构成的驱动器性能远非其他驱动电路所能比拟。这样可以使用C8051F350微控制器的I/O口直接驱动AO 3400A，既简化了驱动电路的设计，又提高了其抗干扰能力。為了使报警信息明确，故分别用两组继电器，每组各两路I/O口作为超高报警和超低报警。 3.4 信息显示模块 油位计显示内容包括油位比值信息和油位状态信息，为了便于用户使用采用中文显示，同时为了节省I/O口资源，故显示器采用具有串行通信接口，集成中文字库，显示内容为16字符×2行，白底黑字，带背光的LCD12232ZA液晶显示器。 3.5 系统电源模块 油位计电源部分需要为陶瓷式压电传感器、液晶显示器和报警输出继电器以及C8051F350微控制器供电，变压器输出的交流电压经整流后要大于12V，因此，T1选用输入220V、输出12V的10W变压器，经全桥整流后的输出电压为12×1.414-1×2≈15V。 4 软件系统设计 4.1 系统初始化模块 本系统的微控制器初始化包括系统时钟初始化、I/O口初始化和A/D转换器初始化。系统时钟初始化是实现内部时钟源的选用配置、时钟频率的PLL值配置，进行振荡器稳定工作的判断工作。I/O口初始化实现将P1口配置为推挽输出。A/D转换器初始化实现ADC外部参考电压源的选择配置、可编程增益放大器放大倍数的配置、输入缓冲器的配置、调制器时钟的配置、差分输入的配置和启动ADC。 4.2 A/D转换模块 C8051F350微控制器内部集成的高精度24位A/D转换器使用时必须按要求的顺序和程序进行。A/D转换数据读取过程是：启动A/D转换后，等待A/D转换完成，当A/D转换完成后，依次读取A/D转换完成后的最高八位、中间八位和最低八位转换结果数据，最后，将其转换成十进制数。 4.3 信号数字滤波模块 由于油位计的工作环境恶劣，电磁干扰严重，再加之ADC转换器的精度非常高，这些因素都导致了每次A/D转换的结果有一定的差异。为了使A/D转换结果既具有高的精度又具有一定的稳定性，在此采用取中间值平均法进行数字滤波方法，经实验检验，其效果超过预期。 4.4 油位信息分析模块 油位信息经A/D转换和信号数字滤波后的数值并不是油位的具体数据，油位值还需要根据陶瓷式压电传感器的零位数值、A/D转换的参考电压、零油位值对应的数值进行计算和校正。 4.5 油位报警判断模块 油位计的油位报警功能是其非常重要的功能之一，当油位计的油位高度值确定后，为了与传统的机械式油位计的指示兼容，还需要将其转换成相对高度值，这样也便于进行异常液位报警判断。 4.6 油位信息与报警状态显示模块 传统的机械式油位计信息通常位于主变压器的储油柜上，对其进行夜间观察难度较大和精准度也较低。为了克服传统的机械式油位计的缺点，本油位计的显示采用显示信息量丰富且便于观察的LCD液晶显示器进行显示[3]。 5 结语 变压器智能化油位计可以实现对油位进行高精度测量（测量精度可达0.31215um），并进行信号数字滤波以确保所测量油位值的稳定性，油位报警既可以进行超高状态报警也可以进行超低状态报警，采用LCD液晶中文信息显示，便于用户读取当前的液位信息和状态。本变压器智能化油位计具有测量精度高，超高状态报警和超低状态报警，便于读取当前液位信息和状态的优点。 【参考文献】 【1】席风沛.磁力式油位计常见故障及处理[J].变压器，2015，52（07）：46-47. 【2】张霁月.主变压器油位非故障异常原因分析及策略[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2013，18（03）：24-27. 【3】吴必瑞，谢善娟.一种变压器温度的无线检测系统设计[J].电气技术，2015，10（11）：61-63+72. |
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