基于S3C6410電力變壓器故障監測系統的研究

康麗杰，李雅麗，張曉博，馬　媛(石家莊信息工程職業學院 通信工程系，河北 石家莊050035)

基于S3C6410電力變壓器故障監測系統的研究

康麗杰，李雅麗，張曉博，馬媛
(石家莊信息工程職業學院 通信工程系，河北 石家莊050035)

變壓器是電力系統中重要的電氣設備，其安全性對于保證電網的可靠運行具有重要的作用，因此對變壓器的運行狀態進行在線監測是必要的。采用嵌入式系統，利用信息的融合技術實現了變壓器的在線監測及故障診斷功能。整個系統由三個功能模塊組成：數據采集模塊、數據通信模塊、數據處理及故障診斷模塊。其中通信模塊選用嵌入式芯片S3C6410作為通信網關，提高了電力變壓器運行的可靠性。

變壓器；在線監測；嵌入式；故障診斷

電力變壓器是電能傳輸和配送環節中進行能量轉換的樞紐，是電網中最重要的設備之一。變壓器事故不僅會對自身的安全造成損失，還會給電力的供應帶來不利的影響。所以，在線監測與診斷電力變壓器的運行狀態對電力系統的安全運行具有重要意義。

近年來，隨著計算機和通信技術的發展，電力變壓器在線監測技術得到了快速的發展。本文利用嵌入式系統構建了電力變壓器監測系統，可以對變壓器的突發性故障進行在線檢測和診斷，對設備的安全運行具有一定的借鑒意義。

1 電力變壓器常見的故障類型及診斷方法

變壓器由器身、油箱、冷卻裝置、保護裝置和出線裝置組成。器身包括鐵心、繞組(繞圈)、絕緣、引線和分接開關；油箱包括油箱本體和油箱附件(放油閥、接地螺釘、小車、銘牌等)；冷卻裝置包括散熱器和冷卻器；保護裝置包括儲油柜、油標、安全氣道、吸濕器、測溫元件和氣體繼電器；出線裝置包括高、低

正常運行的變壓器會發出均勻的電磁交流聲，因此，依靠變壓器運行聲音來判定其運行狀態是過去人工故障診斷的重要方式。但隨著檢測技術的提高，各種電氣檢測方式成為變壓器故障診斷的主要手段。

變壓器的故障類型主要有幾種：繞組故障、自動跳閘故障、變壓器油溫突變、油質變壞、瓦斯保護故障等。這些故障會直接帶來變壓器油位、油溫、聲音、顏色、氣味、電流、電阻等參數異常變化，因此，加強對這些參數的監控是一種有效的手段。

文獻[1]中提出了若干種變壓器的在線監測技術，主要有：

(1)氣體分析技術：由于變壓器在運行過程中內部會產生諸多的氣體，這些氣體在正常狀態和故障狀態時從成分和氣味上都有所不同，因此利用氣體傳感器來采集運行變壓器中的氣體，并對其成分進行分析，就可以對變壓器的運行狀態及絕緣狀態進行診斷。

(2)振動分析技術：變壓器鐵心與繞組的機械特性變化可以直接反映鐵心與繞組的狀態變化，利用相應的變壓器振動簡化數學模型，結合直接檢測振動信號，就可以很方便地發現變壓器內部的故障隱患。

(3)溫度分析技術：運行溫度是變壓器正常運行的重要指標。在這些溫度中，有繞組溫度、油溫等，這些溫度數據的采集可以利用溫度傳感器來實現，也可以利用紅外測溫技術來實現。

(4)頻率響應分析技術：該方法可以有效地判斷變壓器繞組或引線結構是否偏移，主要利用的是對相應的電感或電容值進行測量，當電感及電容值發生細微的變化時，說明繞組發生了一定的機械位移。

2 電力變壓器故障監測系統總體設計

電力變壓器的故障監測是一個完整的體系，如圖1所示，主要包括實時在線測量信息、定期預防性電氣實驗、歷史檢修記錄等信息融合而形成一個基于電氣變壓器的運行特征信息，與服務器中已在的變壓器狀態特征庫進行對比分析后，生成相應的變壓器運行狀態報告，從而實現對變壓器故障的診斷決策。

圖1　監測系統功能框圖

對變壓器的監測首先要從變壓器運行狀態的信息采集開始。在信息采集過程中，需要借助的技術手段主要是利用各種傳感器和繼電器，傳感器用來采集狀態信息，繼電器用來產生動作。這些傳感器和繼電器主要包括溫度傳感器、電壓互感器、電流互感器、瓦斯氣體繼電器、差動繼電器、過電流繼電器等。此外變壓器的運行負荷、有功、無功功率等參數也是監測所需要關注的對象，最終這些數據將匯總成為實時在線測量信息。

根據國家《電力變壓器運行規程》、《電力設備預防性試驗規程》等規定，周期性地開展變壓器電氣特性實驗是了解設備狀態的重要手段。目前，主要的電氣實驗是變壓器色譜、水分、局部放電等的檢測，這些檢測數據來自于專業性的檢測設備。

最后，歷史的檢修記錄也是監控系統所必須考量的數據之一。

將以上數據進行融合后，生成變壓器運行特征信息，并將這些信息與變壓器運行特征庫中的數據進行對比分析后，得出相應的變壓器運行狀態診斷結果，利用相應的繼電器執行相應的指令動作，從而完成對變壓器的總體控制。

3 監控系統通信層設計

變壓器故障監控系統是一個由三個層次組成的完整系統。這三個層次分別為數據采集模塊、數據通信模塊、數據處理及故障診斷模塊。在這三個層次中，數據通信模塊是信息和指令的中轉站，將采集系統的數據上傳至數據處理及故障診斷模塊，并且將控制指令由數據處理及故障診斷模塊下達至電力變壓器的各個繼電器中。

本設計中的數據通信主要由兩種部分組成，如圖2所示，一部分是數據采集模塊中的分散傳感器數據，依靠CAN總線來進行數據的傳輸。CAN總線通信方式選擇CAN控制器SJA1000T來完成，采用CAN2.0B協議，每個SJA1000T的8條數據線連接至51單片機，51單片機引用串口與嵌入式系統相連；圖中的嵌入式系統由嵌入式芯片S3C6410來擔當。芯片S3C6410具有兩個作用，一個是對由CAN總線傳輸上來的數據進行融合處理，另一個作用是對CAN總線通信和Internet網進行連接，充當網關的作用，將CAN2.0B協議轉換為TCP/IP協議。

圖2　監控系統三層結構

通信層上傳的數據傳送給數據處理及故障診斷模塊。這一模塊由中央處理器組成，以數據庫的形式存儲變壓器狀態特征信息，并與上傳的融合數據進行對比分析，得出變壓器實時狀態分析診斷結果，當數據進入故障臨界點后，發出告警信息及控制命令，完成遠程監控功能。

4 總結

電力變壓器的安全，是電力系統自動化的必要條件。為了適應電力系統的高速發展，開發出更加智能化、直接化的變壓器在線監測系統成為了本課題研究的重點。該監測系統以嵌入式系統為核心，以傳感器為觸角，構建了以CAN總線結構為通信主體的監測方式，并通過后臺中央處理器實時進行變壓器的診斷情況，得出相應的監測結果，從而實現對電力變壓器更為可靠、經濟的在線監測。

[1]劉明武.電力系統變壓器常見故障分析與診斷[J]．電力與能源，2010(9)：768-769.

Research of power transformer fault monitoring system based on S3C6410

KANG Li-jie,LI Ya-li,ZHANG Xiao-bo,MA Yuan
(Department of Communication Engineering,Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang Hebei 050035,China)

Transformer was the important electrical equipment in the power system.The reliable operation of the transformer which ensure the safety operation of power grid played an important role.Therefore,it was necessary to carry out on-line monitoring the running status of transformer.Embedded systems and information fusion technology were used to realize the function of on-line monitoring and fault diagnosis of transformer.The whole system was composed of three functional modules:data collection module,data communication module,data processing and fault diagnosis module.Embedded chip S3C6410 was chosen by the communication moduleas communication gateway,so as to improve the reliability of the power transformer operation.

transformer;on-line monitoring;embedded;fault diagnosis

TM 41

A

1002-087 X(2016)01-0211-02

2015-08-12

康麗杰(1980—)，女，河北省人，學士，講師，主要研究方向為通信、電子。壓套管。這些電力變壓器元件是一個統一的整體，任何一個部件的故障都會引起電力事故。