（嘉兴恒创电力设计研究院有限公司 浙江嘉兴 314000）
摘要：为对变压器内部温度进行有效监测，设计了一套变压器温度在线监测系统。首先建立变压器的三维温度场模型，通过对模型的仿真分析，发现变压器器绕组热点温度出现在顶端部，由此，确立该系统传感器的布置位置，即变压器绕组的上端部及油层顶部、中部和底部，并通过设计的基于stm32的温度采集器对传感器数据进行采集，送到Labview编写的上位机进行分析处理。实验表明本系统监测精度高，可对变压器温度进行有效监测。
关键词：在线监测；变压器；绕组；温度场
引言
电力变压器是电能传输中的重要设备之一，其可靠性关系着电网能否安全、可靠、经济、高效运行。变压器的绝缘性能决定了其运行寿命，而变压器运行时的温度直接影响其绝缘性能，因此，对变压器运行时的温度进行实时精确的监测就显得很重要。
对于变压器的顶层油温，可以直接通过温度传感器进行测量。而对于绕组的温度， 总起来讲，目前主要有三类获取方法 [1]：直接测量法、模型计算法和预测法。直接测量法是通过在变压器的不同部位安装温度传感器直接测得温度，主要是通过安装光纤温度传感器，然而由于并不能准确定位绕组上的热点位置，因此测量的结果会存在误差。模型计算法[2-4]是在综合考虑影响变压器绕组热点温度的因素下，建立绕组热点温度的数学模型，求解模型就可以得到绕组热点温度，然而由于影响变压器绕组热点温度的因素很多，因此不可能将所有影响绕组热点温度的因素都包含到模型中去，且各因素与热点温度间的关系也并不十分明确，所以此种方法的准确度受到所建立的模型限制。预测法是利用智能算法对绕组热点温度进行预测，由于通过智能算法找到各因素与热点温度之间的抽象关系，因此可保证结果的准确性。
本文研制的变压器温度在线监测系统就是基于预测法的原理设计的。通过上位机中的智能算法找到温度传感器测量的温度信息与绕组热点温度之间的内在关系，从而能得到绕组热点温度的准确数值。
1 变压器温度场分析
为确立变压器温度在线监测系统温度传感器的布置方案，利用ansys软件建立了变压器三维温度场模型。通过模型分析了解变压器运行时内部温度情况。
对上述模型仿真求解后，得到变压器运行时的横切面温度分布情况，如图1所示，图中，左侧是温度标示，即用不同颜色表示不同的温度值，右侧便是变压器的温度场，从图中得到如下规律：变压器的上部温度高于底部，绕组上的温度最高，次之是铁芯上的温度。
3监测系统硬件设计
由于铂电阻在一定的温度变化范围内，其阻值与温度的线性关系好，准确度高，因此，被广泛用于0-500℃温度的测温元件，且铂的化学性质稳定，在空气中不易被氧化，从而其电阻-温度特性就比较稳定，重复性好，对温度变化敏感。在工业测量中得到了广泛的应用。本文监测系统采用6个PT100铂热电阻温度传感器，其中3个用的是铠装，型号WZP-230，插深分别为400mm、700mm和1050mm，用来测量顶部、中部和底部油温；另外3个采用的是进口镀银三芯四氟线式的PT100铂热电阻，用来测量三相绕组顶端温度。
铂热电阻传感器接到三线制SBWZ温度变送器，将电阻信号转换为4-20mA电流信号。温度变送器的量程为：0-300℃，精度为0.2%FS，温度系数≤150ppm/K F.S.。
为将变送器的电流信号转化为电压信号，供单片机的AD进行采集，设计了4-20mA电流转0-5V电压电路，如图4所示，在实际应用中将开关K1闭合，则就可以把4-20mA电流转为0-5V。
4监测系统软件设计
本系统单片机程序是在KEIL开发环境下编写的，采用模块化程序设计。单片机设置在低功耗工作模式，软件由主程序、采样程序、滤波程序、通信程序、显示程序等子程序构成。主程序实在对各个模块的初始化，初始化后进入低功耗模式，通过定时器来唤醒，并完成AD采集、滤波、上传等工作。
PC上位机是基于Labview软件开发的，其界面如图6所示。
5 系统运行测试
为检测系统的运行情况，对一台型号为S11-1250kVA 10/0.4kV的变压器运行温度进行监测，发现该系统的测量精度为0.01℃，误差在正负0.1℃，满足实际需要。试验中，还发现在监测系统运行前，须对温度变送器进行准确校准，才能保证测量结果的精度。
6 结论
(1) 在对变压器运行时的温度场进行仿真分析的基础上，确立监测系统温度传感器的安装位置，即三相绕组上端部、变压器油顶层、中层和底层。
(2) 设计了监测系统的信号转换、AD采集、显示、报警、通信等硬件电路，在KEIL软件上开发了下位机程序，在Labview上开发了上位机程序。
(3) 在一台10kV的变压器上对监测系统进行了测试，结果显示该监测系统测量精度高，能满足现场运行的要求。
参考文献
[1]陈伟根，奚红娟，苏小平等. 广义回归神经网络在变压器绕组热点温度预测中的应用[J]. 高电压技术，2012，38（1）：16-21
[2]陈伟根，滕黎，刘军等. 基于遗传优化支持向量机的变压器绕组热点温度预测模型[J]. 电工技术学报，2014，29（1）：44-51
[3]王永强，张晓霞， 欧阳宝龙等. 基于反传热模型的干式变压器绕组热点温度计算[J]. 电测与仪表，2016，53（10）：115-121
[4]滕黎. 一种简化的油浸式变压器绕组热点温度计算模型[J].变压器，2016，53（2）：7-11
基金项目：嘉兴恒创电力设计研究院集体资产中心科技项目
论文作者:李树卿,陈鼎,仇群辉,史建立,徐伟明,宋晓
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/14
标签：温度论文; 绕组论文; 变压器论文; 热点论文; 模型论文; 监测系统论文; 测量论文; 《电力设备》2016年第23期论文;