干式变压器温控器的设计

江 丽，张晓天

(湖南高速铁路职业技术学院,湖南 衡阳 421002)

1 温控器的硬件设计

干式电力变压器具有系统结构简单、维护方便、使用寿命长、可靠性高等多数优点,其广泛应用于大型建筑工业和其他现代化工业城市的基础建设中。干式电力变压器的安全稳定运行和长时间使用寿命的安全可靠性在很大程度上主要还是取决于采用干式电力变压器供电绕组的热绝缘的安全稳定运行和使用可靠性。本设计主要模块包括温度采集和测控模块，信号放大与模数转换、显示和报警模块。测温传感器采用热敏电阻 Pt100，放大传感器 LM324， MCP3204转换器，测控系统采用单片机控制器ATmega16，数字显示，声光报警器采用三极管c9013驱动。

当干式变压器发生温度异常，温度传感器收到异常信号，超出单片机系统预设值，由温度传感器向单片机发出信号，再由单片机向声光报警器发出信号，指示灯常亮，并且蜂鸣器发出声音，来提醒操作人员变压器异常。图1为温度控制器原理方框图，图2为控制器硬件实现设计图。

图1 温控器原理方框图

图2 温控器硬件设计原理图

1.1 温度采集和测控模块

本设计的温度采集模块中，主要采用三个铂电阻(热阻)元件作为温度传感器，预埋在干式变压器三相绕组线包中，测量干式变压器三相绕组的工作温度。其中铂电阻的电阻值随工作温度的升高和变化而发生变化。其中铂电阻值与工作温度的变化速率成正比。随着工作温度的升高,呈不断地增长的变化趋势。铂电阻的测温过程是传感器在测量时将铂电阻值放在一个测量点上的一个过程。

Pt100铂电阻工作原理：

Pt100铂电阻温度仪表用于直接测量介质中的金属铂在介质温度发生变化时的平均温度,其电阻值也随之发生变化。温度显示仪表用于直接显示金属铂电阻的电阻值及其对应的介质温度显示值。当被测介质中存在一定的温度梯度时,被测介质的温度值表示为感温元件范围内所有介质层的平均温度。

Pt100铂电阻振动元件产品采用的是从德国原装公司进口的一种薄膜新型铂电阻振动元件,具有电压振动强度偏差小、电气稳定振动性能好、耐剧烈振动、可靠性高、精度高、灵敏度高、稳定性好、产品质量使用寿命长、安装方便等一系列重要优点。

Pt100铂热电阻的优点:

1) 压力弹簧式感温元件，抗振能力好；

2) 无需使用补偿导线，节省费用;

3) 测量精确度高;

4) 进口薄膜的交流电阻自动保护控制元件,性能可靠、稳定;

5) 机械传动强度高,耐压和抗腐蚀导热性能好。

采集后的温度信号经过信号放大与AD采集模块处理后送入单片机进行运算和处理。本篇设计采用单片机ATmega16作为控制器。它具有可编程、高性能、低功耗的8位AVR微处理器、非易失性程序和数据存储器、符合JTAG标准的边界扫描功能等特点。

图3 铂电阻温度传感器的电路设计

1.2 放大电路的设计

放大器控制装置是一种主要用于自动控制一个能够同时自动放大特定两个输入输出信号的放大电压或特定输出信号功率的小型放大器控制装置。它由线性电子管或线性晶体管、电源管或变压器和其他的主要电气电子元件共同组成，主要用于自动控制无线通信、广播、雷达、电视等各种电子通信设备。

LM324是一种具有四个运算放大器的集成运算信号放大器。LM324由于其具有价格低廉、使用方便等优点,被广泛应用于数字信号控制和一般精密仪器信号的放大。其稳定性、线性度、增益、温度稳定性等主要的指标均不低于专用的精密仪器运算放大器。

图4放大电路与AD芯片

放大电路，可以增强信号的输出功率。它的功能是放大铂电阻发出的电信号，并将其发送到单片机。根据设置，放大器放大电信号，并随铂电阻发出的信号的变化而变化。本篇设计选用的放大器型号是LM324。

A/D模数转换的原理和功能主要是将连续时间和离散幅度的数字信号模拟量转换成离散幅度时间和连续幅度的离散数字信号。因此,A/D模数转换的过程一般包括四个主要的过程:采样、保持、量化和数字信号编码。本篇设计主要选用MCP3204转换器。由于其极低的消耗和灵活的嵌入式工作模数转换方式,它广泛适用于各种电池设备的供电控制系统、便携式的仪表、数据采集处理系统和数字传感器接口的设计和应用。

1.3 声光报警器电路设计

图5 声光报警器电路图

当实际温度高于限定值，相关的单片机发出特定信号，使三极管闪动，发出光警报，同时向蜂鸣器发出信号，实现声警报。

声光报警器(Audible and visual alarm)，是为了满足用户对声光报警器的响度和报警器安装位置的安全性等特殊要求而设计安装的。同时发出了声光报警器的信号。但是在声光报警器全部安装到位后,其安装位置不能自行改变。

蜂鸣器和LED构成声光报警器。变压器温度异常时，声光报警，信号灯亮。

声光报警器特点：

1) 亮度闪烁，警报声音响亮，音调可选。 体积小，重量轻。

2) 能长时间内可持续运行，工作稳定可靠。

3) 经久耐用，音量大，因此很容易在远距离传输信号声音。

2 总结

干式变压器的运行中,监测和管理控制干式变压器绝缘绕组的温度异常是我们保证干式的变压器安全可靠正常运行的重要手段和措施。本篇设计核心控制器采用单片机ATmega16。它具有可编程、高性能、低功耗、且自带AD采集功能。采用铂电阻作为温度传感器，精确度高，误差小。设计的温度控制器稳定性好可靠性高。