煤礦行業為什么要用干式電力變壓器

目前煤礦廣泛使用的油浸式變壓器存在許多不足。隨著科學技術的發展, 新材料、新工藝不斷出現, 用環氧樹脂澆注的干式電力變壓器具有防爆、阻燃、防潮、可在100%濕度環境下安全運行、無環境污染、抗短路、耐雷電沖擊、過載能力強、節能低耗、噪音低、體積小、重量輕、經濟技術性能好等優點, 將逐步取代油浸式變壓器。 在煤礦電力系統中, 供電的可靠性要求較高, 溫升是環氧澆注干式變壓器在礦山應用需解決的關鍵問題, 為了保證干式電力變壓器能安全運行以及做到無需專門的維護管理人員, 就需要配置溫度巡測控制儀 (簡稱溫控儀) 。

智能干變溫控儀在煤礦行業使用解決方案

采用單片機控制技術制作成智能型干式變壓器用溫控儀, 比采用分立元器件技術在性能及誤差控制等方面前進了一步, 產品精度高、體積小、功能多、性能好、質量可靠及操作維護方便。

1 測量、控制原理

變壓器是否能正常安全運行, 是以其繞組的溫升來決定的。干式變壓器是三相式的, 由A相、B相和C相3個繞組組成, 每相繞組都需不停地測溫, 用3個溫控儀非常浪費, 用一個溫控儀對A, B, C三相進行巡回測量是最佳方案。

溫控儀采用埋設在干式變壓器三相繞組中的三只鉑熱電阻 (Pt100) 作為測溫傳感器。變壓器運行時, 鉑熱電阻的阻值變化反映著繞組溫升的變化。利用集成模擬開關將A、B、C三相巡回選通, 經過采樣、放大、信號優化處理及模數轉換后, 送入芯片進行處理, 輸出兩種信號:一種用作溫度和狀態顯示信號;另一種作為相應功能的控制信號。

溫控儀具有連續巡回檢測并顯示三相繞組的溫升變化, 自動啟停風機, 超溫聲光報警, 超高溫跳閘, 故障報警等功能。因而保障了干式變壓器的安全運行和提高了經濟效益。

溫控儀的檢測控制原理 。

2 性能特點、主要技術指標及功能

2.1 性能特點

1) 該溫控儀屬智能化儀器, 是通過選用微處理器芯片進行設計、生產的新型儀表。具有對測量數據進行記憶、存儲、識別、分析、處理、命令和邏輯判斷等功能。

2) 微機軟件技術與電測量技術相結合, 對測量結果進行及時在線處理, 改善和提高測量準確度, 實現各種誤差的計算及補償, 提高了性價比和可靠性。

3) 考慮到現場使用的惡劣條件, 從軟件、硬件和結構以及微機“看門狗”等方面, 全面采用了抗干擾和防死機措施, 保證溫控儀正常工作。

4) 設有溫度、時間漂移自動補償電路, 有效地抑制了零點漂移, 確保整體精度和穩定性。

5) 可在電壓150~242 V內正常工作。

6) 無調節電位器, 儀器安裝后通電即可投入使用。

7) 通過3個按鈕就可完成人機對話需要的參數設定和修改。

8) 采用兩組四位數碼管直觀顯示三相被測繞組的溫升及其相應的工作狀態。

2.2 主要性能指標

1) 測量范圍:

0~200 ℃;

2) 測量精度:

1.0級 (溫控儀0.5級;傳感器0.5級) ;

3) 分辨率:

0.1 ℃;

4) 環境溫度:

0~50 ℃;

5) 相對濕度:

90% (25 ℃) ;

6) 工作電壓:

AC150~242 V, 50 Hz;

7) 參數預置設定范圍:

±20 ℃;

8) 傳感器分度號:

Pt100;

9) 傳感器輸入接線方式:

兩線制或三線制;

10) 傳感器補償范圍:

±9.9 ℃;

11) 抗干擾性能:

共模干擾電壓為250 V/ (0~360 ℃) 時; 串模干擾電壓為100 mV/ (0~360 ℃) 時; 外界磁場影響 (交流50 Hz) 為400 A/m時; 示值附加誤差限的絕對值不大于0.5 ℃。

2.3 功能

1) 三相溫度巡測、顯示;

2) 最高溫度顯示;

3) 風機自動起、停;

4) 超溫報警;

5) 超高溫跳閘;

6) 風機啟動人工控制;

7) 故障自診斷;

8) 故障信號遠傳;

9) 黑匣子;

10) 人機對話參數設定;

11) 工作狀態人工干預。

3 儀器的結構及硬件測量電路原理

該溫控儀在電路原理上是模擬電路和數字電路相結合, 在結構上是硬件和軟件相結合, 以微處理器為主體, 工作以軟件控制為特點。

硬件測量電路原理, 溫控儀輸入信號是鉑熱電阻Pt100溫度傳感器的電阻值。鉑熱電阻傳感器因其測溫范圍寬 (-200~850 ℃) 、響應時間短、物理尺寸小、穩定性好、線性特性和分辨率高等特點最適合作干式變壓器溫度傳感器。

Pt100傳感器經選通采樣及電阻—電壓轉換后信號微弱, 通過數據放大器進行放大。設計的數據放大器特點是:輸入阻抗高、抗共模能力強、頻帶寬、增益高、線性好、漂移和失真度低、輸出阻抗低。

電壓—頻率轉換采用功耗小、溫度穩定性好、動態范圍寬的LM331集成塊, 其轉換的線性度可達0.01%。

溫控儀CPU軟件由按鍵識別處理模塊、信號測量模塊、通訊模塊、運算、判斷、處理控制主模塊、定時模塊、顯示模塊、輸出控制模塊組成。

軟件是該儀器的技術核心, 幾乎所有的重要技術性能如誤差計算、修正、補償、干擾的抑制或消除;準確性、穩定性、可靠性等都是依靠軟件技術來完成和提高的。同樣, 對于功能如風機起停、超溫報警、跳閘、零漂自動校準、上電自動檢測、故障自診斷、人機對話參數設定、黑匣子等也必須依靠軟件技術才能實現。軟件技術是隱性的, 其水平由整機技術性能、功能、質量等指標來反映和確定。

4 干擾和干擾的抑制

干擾對數字儀器來說, 會使顯示讀數不準確, 精度下降, 工作不穩定, 以至于不能正常運行, 甚至失去使用價值。因此, 在溫控儀的研制中, 應注重干擾的抑制。

干擾分為儀器外界干擾和內部干擾。外界干擾有:磁場、電場、靜電、沖擊性快速瞬變脈沖、空間射頻、電源瞬時中斷、電源電壓降低、串模干擾和共模干擾等。內部干擾有:電子元器件的熱噪聲、時間漂移、溫度漂移、量化誤差和抖動等。

溫控儀一般安裝在安全保護隔離網罩上, 或者鋼結構架上, 長期受到強磁場、強電場和高溫等影響, 無疑增加了干擾抑制的難度。

磁場和電場的干擾, 經過交變電磁場作用, 其性質已轉化為串模干擾。

靜電干擾, 可采取屏蔽加接地來解決。

沖擊性快速瞬變脈沖干擾, 在溫控儀220 V電源輸入端, 跨接一個470P/2 kV瓷片電容, 將該快速瞬變脈沖旁路掉, 在三端穩壓器的輸入端和輸出端均接有0.01 μF獨石電容對快速瞬變脈沖再次旁路, 同時三端穩壓器本身對干擾脈沖也有一定抑制作用, 這樣快速瞬變脈沖就得到很好的抑制。

空間射頻干擾有兩種, 一種是通過長的信號傳輸線感應而形成的空間射頻干擾, 可采用屏蔽雙絞傳輸線加接地得到抑制;另一種是空間射頻干擾信號已疊加在有用信號上進入溫控儀輸入端, 屬于串模干擾。

電源瞬時中斷的干擾, 在溫控儀三端穩壓器輸入端和輸出端均設計有1 000 μF, 470 μF和100 μF電解電容, 其充電容量可以保證工作電源中斷40 ms時, 溫控儀能正常工作, 不受影響。

若電源電壓降低到150 V時, 通過合理設計, 仍保證溫控儀正常工作。

串模干擾, 溫控儀在取樣后的被測信號接入隨后的跟隨器之前, 采用了兩組雙節R—C濾波電路;另外, 在運算放大器接入隨后的A/D轉換器之前也采用了三組雙節R—C濾波電路來抑制串模干擾。

共模干擾, 采用4塊獨立的印制電路板組成4個獨立的接地系統, 并將其總的連在一起, 以抑制共模干擾。

為了提高抑制干擾的能力, 在軟件中增加了數字濾波技術。將被測信號利用軟件程序重復測試10次, 去掉兩個最大值和最小值后取其平均值。這樣也能起到很好的抑制干擾作用。

電子元器件的熱噪聲, 采取補償措施和盡量減小電源阻抗, 加大放大器的反饋和輸入阻抗。量化誤差, 通過選用LM331集成電路來解決。

抖動引起的儀器不穩定, 主要從提高元器件焊接質量, 不出現虛焊, 提高所有部件的固定強度來避免抖動。

對使用中的總體誤差, 軟件技術可自動校準和對傳感器線性誤差進行修正, 使溫控儀的誤差控制在0.1 ℃以內。

通過使用單片機控制技術取代溫控儀的電位器控制, 有效地抑制了干擾, 自動修正各種誤差, 使溫控儀功能強、精度高、可靠性好, 操作和維護方面, 用戶反映良好。