(山东五岳电器有限公司 山东泰安 271000)
摘要：电力变压器是变电站运行过程中最为关键的电气设备，因此必须要对变压器的状态进行跟踪监测，以此保证供电稳定进行。在此背景下，本文设计一种基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统，在简单了解测量原理后，从软件、硬件系统两个方面入手，提出具体的设计方法，并且结合实际案例分析系统应用情况。
关键词：DSP；变压器；绕组变形；在线监测系统
引言：电网容量不断增加、电力变压器受到的冲击不断增多，如果不加以处理，会对国家供电整体正常发展造成影响。因此，需要积极开展变压器绕组变形在线监测系统设计工作。从目前情况上看，传统的检测技术已经无法满足实际需求，因此，需要将DSP作为补充，将两种方法融合在一起，切实提高运行安全可靠性。
一、DSP测量原理
在变压器的各种组件中，绕组是发生故障最多的组件之一，因其经常受到短路电流的冲击，在运输过程中也会因碰撞而发生变形，所以，在实际运行过程中，需要加强对变压器绕组变形的在线监测。现阶段，大部分电力企业中都采用的是离线检测方式，但是这种方式无法及时反映出变压器绕组变形问题，也就无法保证变压器的稳定运行。基于此，设计出一个在线监测系统，利用电压电流法具体判断变压器绕组变形情况，可以有效解决这一问题，在实际发展过程中，变压器的绕组变形和短路电抗变化之间有着无法分隔关系，根据过往数据和大量实验显示的结果可以看出，想要判断变压器绕组变形情况，采用短路电抗法进行检查无疑是最有效的。根据这一原理设计了基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统，并且结合实际案例完成在线监测系统设置。综合多方面信息情况来看，传统的变压器绕组变形在线监测系统已经无法满足实际发展需求，不能够完成全面监测问题，不仅会存在误差，也不能够及时发现故障。而将短路电抗与振动相结合，展开绕组故障判断，可以有效弥补电力变压器绕组状态进行在线监测。
二、在线监测系统的具体设计
（一）硬件系统设计
在硬件系统中主要包括两个方面，分别为：数据采集系统和上位机。数据采集系统主要承担了信号变送、信号调理、数据处理、通信连接这几个功能，上位机的主要任务在于完成数据的数据收发和具体功能界面载体。在实际应用的过程中，利用电压电流互感器采集信号，并且将信号转变为电信号，在此基础上，对将信号中的高频分量滤除并完成转换。而后就可以将得到的数据进行处理和计算，同时将最终结构传送到上位机中[1]。硬件系统中信号变送是非常关键的环节，电压电流互感器采集得到的信号并不能够应用在后续模块中，还需要将信号转变为电信号。综合多方面信息来看，WB系列电量变送器精度高、抗干扰能力强，而且可以在复杂环境中应用，因此利用该变送器完成信号的转换和发送。在信号调理环节，可以分为低通滤波和转换模块，在完成信号的初步转换后，还要去掉其中的高次谐波，保证分析结果的准确性。实际上，一部分DSP芯片中自带AD转换功能，但该功能所具备的转换精度和效率有限，还需要得到进一步分析。综合考虑多方面信息后，选择了MAX125芯片，精度和效率都满足实际需求。在现场数据处理和通信接口设计中，分别采用了DSP数据信号处理器和RS232通信，在实际发展过程中，可以完整的进行数据收发，同时存储大量的数据，无论是数据处理能力还是运行速度都能够满足实际需求。硬件平台是基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统的基础，也是软件的运行载体，由上可知，采用的是“DSP+FPGA”的模式，建立起了一套高速、实时的信号采集和绕组故障判断系统，确保数据采集和处理的同时，确保系统性能的稳定性。在系统中最为重要的就是传感器，盱需要对电流、电压、振动等多方面内容实现在线测量。
同时，为了满足电气电位隔离和线性度以及动态特性要求，采用电压互感器SPT204A、电流互感器SCT254FK，不仅可以实现电力线路、控制设备的电气隔离，同时，也可以实现各种电气信号之间的完整转换，让数据的在线采集功能得到真正的落实。
（二）软件系统设计
在软件系统中包含了两个方面，分别为：DSP主程序和上位机程序。其中DSP主程序作为核心工具系统，必须要保证其的编制合理性，从而保证工作效率和工作质量。根据实际应用情况，DSP主程序一共分为五个环节，具体包括：硬件初始化、开放中断、数据采集、数据处理、数据上传等内容。为了给操作人员创造良好的操作环境，简化操作过程，采用Delphi软件编制上位机程序，的并且建立了变压器绕组状态数据库。以此，在数据采集的同时，也能将数据实时上传到数据库中，展开进一步分析诊断工作。一旦绕组状态出现异常可以随时报告。比如：在对一个三相变压器进行电压电流采集过程中，根据负载测量值计算得到短路电抗实际值，并且将其和实际理论值进行对比分析，从而就会得到在线诊断策略。为了进一步保证在线监测系统的准确性，在短路电抗法的基础上，加入了振动分析法，从而具体判断绕组故障情况。比如：在短路电抗变化率虽然相对较小，但依然在标准范围内，而变压器出现了明显的故障，绕组发生微小变形时，可以采用振动分析法进一步判断组形态。如果此时振动信号各频带能量无明显变化，则判定绕组本身无故障，继续观察。而如果检测短路电抗变化率明显大于标准数据，且此时振动信号各频带能量出现明显变化，那么则确定绕组已经发生明显形变，应该立即进行检修。此外，如果检测短路电抗变化率和振动信号各频带能量均没有明显变化，那么可以确定变压器绕组无形变，整体安全[2]。
三、在线监测系统的具体应用
综合上述情况可知，基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统在应用过程中能够科学分析判断短绕组状态，检测出变压器绕组变形。为了保证基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统设计科学合理，验证数据采集精确度，结合实际案例具体分析该系统的运行情况。为了保证后续数据的精确性，选择了专供电测仪表检定装置多功能电测仪表检定对S11-M-500/10型号的变压器进行了初步验证，确保变压器正常运行。而后分别针对短路电抗、故障绕组短路电抗、短路冲击等方面进行测试，从试验结果可以看出在线监测系统可以准确测量短路电抗，并有效反映出变压器短路电抗的变化情况。同时，通过实验进一步验证了绕组微小形变情况下，振动分析法可以作为短路电抗法的一种判断方式。
以故障绕组短路电抗试验为例，通过在线监测试验和离线测量得到的短路电抗基准值数据比较分析结果来看，均可以明显反映出形变问题，也从侧面证明本文设计的基于DSP的变压器绕组变形在线监测系统能够清晰明确地反映出绕组故障，系统的可操作性满足需求。具体模拟分析的过程如下：先分别设置了三组不同的绕相故障。在此状态下，利用在线监测系统测量变压器的短路电抗数据，并且和离线测量的短路电抗数据作为对比。所得到的对比变化率分别为：5.61%、3.18%、7.27%，均超过了国家标准，可以明显反映出变形。
总结：综上所述，变压器绕组变形在线监测系统借助DSP强大的数字处理能力，不仅克服了突破传统方法的单一局面性，还实现了多角度、综合性的判断，及时发现其中存在的潜伏性危险。而且DSP处理器的抗干扰能力较强，主程序设计科学，可以为工作人员提供良好的工作环境，让变压器可以得到高效率稳定的运行。
参考文献：
[1]王韧,彭兆裕,邹德旭,等.变压器套管绝缘在线监测系统故障分析及预控[J].电工技术,2020(04):98-100.
[2]曹双鹏,许晓峰,杨楮涵.电力电缆故障在线监测系统研究[J].电子世界,2019(24):154-155.
作者简介：何树龙（1988.11--）；性别：男，籍贯：山东济南市平阴县，学历：本科，
毕业于山东科技大学泰山科技学院；现有职称：助理工程师；研究方向：电力工程。