煤矿行业干式变压器温控仪解决方案
煤矿行业为什么要用干式电力变压器
目前煤矿广泛使用的油浸式变压器存在许多不足。随着科学技术的发展, 新材料、新工艺不断出现, 用环氧树脂浇注的干式电力变压器具有防爆、阻燃、防潮、可在100%湿度环境下安全运行、无环境污染、抗短路、耐雷电冲击、过载能力强、节能低耗、噪音低、体积小、重量轻、经济技术性能好等优点, 将逐步取代油浸式变压器。 在煤矿电力系统中, 供电的可靠性要求较高, 温升是环氧浇注干式变压器在矿山应用需解决的关键问题, 为了保证干式电力变压器能安全运行以及做到无需专门的维护管理人员, 就需要配置温度巡测控制仪 (简称温控仪) 。
智能干变温控仪在煤矿行业使用解决方案
采用单片机控制技术制作成智能型干式变压器用温控仪, 比采用分立元器件技术在性能及误差控制等方面前进了一步, 产品精度高、体积小、功能多、性能好、质量可靠及操作维护方便。
1 测量、控制原理
变压器是否能正常安全运行, 是以其绕组的温升来决定的。干式变压器是三相式的, 由A相、B相和C相3个绕组组成, 每相绕组都需不停地测温, 用3个温控仪非常浪费, 用一个温控仪对A, B, C三相进行巡回测量是最佳方案。
温控仪采用埋设在干式变压器三相绕组中的三只铂热电阻 (Pt100) 作为测温传感器。变压器运行时, 铂热电阻的阻值变化反映着绕组温升的变化。利用集成模拟开关将A、B、C三相巡回选通, 经过采样、放大、信号优化处理及模数转换后, 送入芯片进行处理, 输出两种信号:一种用作温度和状态显示信号;另一种作为相应功能的控制信号。
温控仪具有连续巡回检测并显示三相绕组的温升变化, 自动启停风机, 超温声光报警, 超高温跳闸, 故障报警等功能。因而保障了干式变压器的安全运行和提高了经济效益。
温控仪的检测控制原理 。
2 性能特点、主要技术指标及功能
2.1 性能特点
1) 该温控仪属智能化仪器, 是通过选用微处理器芯片进行设计、生产的新型仪表。具有对测量数据进行记忆、存储、识别、分析、处理、命令和逻辑判断等功能。
2) 微机软件技术与电测量技术相结合, 对测量结果进行及时在线处理, 改善和提高测量准确度, 实现各种误差的计算及补偿, 提高了性价比和可靠性。
3) 考虑到现场使用的恶劣条件, 从软件、硬件和结构以及微机“看门狗”等方面, 全面采用了抗干扰和防死机措施, 保证温控仪正常工作。
4) 设有温度、时间漂移自动补偿电路, 有效地抑制了零点漂移, 确保整体精度和稳定性。
5) 可在电压150~242 V内正常工作。
6) 无调节电位器, 仪器安装后通电即可投入使用。
7) 通过3个按钮就可完成人机对话需要的参数设定和修改。
8) 采用两组四位数码管直观显示三相被测绕组的温升及其相应的工作状态。
2.2 主要性能指标
1) 测量范围:
0~200 ℃;
2) 测量精度:
1.0级 (温控仪0.5级;传感器0.5级) ;
3) 分辨率:
0.1 ℃;
4) 环境温度:
0~50 ℃;
5) 相对湿度:
90% (25 ℃) ;
6) 工作电压:
AC150~242 V, 50 Hz;
7) 参数预置设定范围:
±20 ℃;
8) 传感器分度号:
Pt100;
9) 传感器输入接线方式:
两线制或三线制;
10) 传感器补偿范围:
±9.9 ℃;
11) 抗干扰性能:
共模干扰电压为250 V/ (0~360 ℃) 时; 串模干扰电压为100 mV/ (0~360 ℃) 时; 外界磁场影响 (交流50 Hz) 为400 A/m时; 示值附加误差限的绝对值不大于0.5 ℃。
2.3 功能
1) 三相温度巡测、显示;
2) 最高温度显示;
3) 风机自动起、停;
4) 超温报警;
5) 超高温跳闸;
6) 风机启动人工控制;
7) 故障自诊断;
8) 故障信号远传;
9) 黑匣子;
10) 人机对话参数设定;
11) 工作状态人工干预。
3 仪器的结构及硬件测量电路原理
该温控仪在电路原理上是模拟电路和数字电路相结合, 在结构上是硬件和软件相结合, 以微处理器为主体, 工作以软件控制为特点。
硬件测量电路原理, 温控仪输入信号是铂热电阻Pt100温度传感器的电阻值。铂热电阻传感器因其测温范围宽 (-200~850 ℃) 、响应时间短、物理尺寸小、稳定性好、线性特性和分辨率高等特点最适合作干式变压器温度传感器。
Pt100传感器经选通采样及电阻—电压转换后信号微弱, 通过数据放大器进行放大。设计的数据放大器特点是:输入阻抗高、抗共模能力强、频带宽、增益高、线性好、漂移和失真度低、输出阻抗低。
电压—频率转换采用功耗小、温度稳定性好、动态范围宽的LM331集成块, 其转换的线性度可达0.01%。
温控仪CPU软件由按键识别处理模块、信号测量模块、通讯模块、运算、判断、处理控制主模块、定时模块、显示模块、输出控制模块组成。
软件是该仪器的技术核心, 几乎所有的重要技术性能如误差计算、修正、补偿、干扰的抑制或消除;准确性、稳定性、可靠性等都是依靠软件技术来完成和提高的。同样, 对于功能如风机起停、超温报警、跳闸、零漂自动校准、上电自动检测、故障自诊断、人机对话参数设定、黑匣子等也必须依靠软件技术才能实现。软件技术是隐性的, 其水平由整机技术性能、功能、质量等指标来反映和确定。
4 干扰和干扰的抑制
干扰对数字仪器来说, 会使显示读数不准确, 精度下降, 工作不稳定, 以至于不能正常运行, 甚至失去使用价值。因此, 在温控仪的研制中, 应注重干扰的抑制。
干扰分为仪器外界干扰和内部干扰。外界干扰有:磁场、电场、静电、冲击性快速瞬变脉冲、空间射频、电源瞬时中断、电源电压降低、串模干扰和共模干扰等。内部干扰有:电子元器件的热噪声、时间漂移、温度漂移、量化误差和抖动等。
温控仪一般安装在安全保护隔离网罩上, 或者钢结构架上, 长期受到强磁场、强电场和高温等影响, 无疑增加了干扰抑制的难度。
磁场和电场的干扰, 经过交变电磁场作用, 其性质已转化为串模干扰。
静电干扰, 可采取屏蔽加接地来解决。
冲击性快速瞬变脉冲干扰, 在温控仪220 V电源输入端, 跨接一个470P/2 kV瓷片电容, 将该快速瞬变脉冲旁路掉, 在三端稳压器的输入端和输出端均接有0.01 μF独石电容对快速瞬变脉冲再次旁路, 同时三端稳压器本身对干扰脉冲也有一定抑制作用, 这样快速瞬变脉冲就得到很好的抑制。
空间射频干扰有两种, 一种是通过长的信号传输线感应而形成的空间射频干扰, 可采用屏蔽双绞传输线加接地得到抑制;另一种是空间射频干扰信号已叠加在有用信号上进入温控仪输入端, 属于串模干扰。
电源瞬时中断的干扰, 在温控仪三端稳压器输入端和输出端均设计有1 000 μF, 470 μF和100 μF电解电容, 其充电容量可以保证工作电源中断40 ms时, 温控仪能正常工作, 不受影响。
若电源电压降低到150 V时, 通过合理设计, 仍保证温控仪正常工作。
串模干扰, 温控仪在取样后的被测信号接入随后的跟随器之前, 采用了两组双节R—C滤波电路;另外, 在运算放大器接入随后的A/D转换器之前也采用了三组双节R—C滤波电路来抑制串模干扰。
共模干扰, 采用4块独立的印制电路板组成4个独立的接地系统, 并将其总的连在一起, 以抑制共模干扰。
为了提高抑制干扰的能力, 在软件中增加了数字滤波技术。将被测信号利用软件程序重复测试10次, 去掉两个最大值和最小值后取其平均值。这样也能起到很好的抑制干扰作用。
电子元器件的热噪声, 采取补偿措施和尽量减小电源阻抗, 加大放大器的反馈和输入阻抗。量化误差, 通过选用LM331集成电路来解决。
抖动引起的仪器不稳定, 主要从提高元器件焊接质量, 不出现虚焊, 提高所有部件的固定强度来避免抖动。
对使用中的总体误差, 软件技术可自动校准和对传感器线性误差进行修正, 使温控仪的误差控制在0.1 ℃以内。
通过使用单片机控制技术取代温控仪的电位器控制, 有效地抑制了干扰, 自动修正各种误差, 使温控仪功能强、精度高、可靠性好, 操作和维护方面, 用户反映良好。
