變壓器油溫測量及光纖通信系統的設計

2 變壓器散熱原理分析
變壓器在運行時(shí)產(chǎn)生的損耗以熱的形式通過(guò)油、油箱壁和散熱器散發(fā)到周?chē)目諝庵?。熱量的散發(fā)通過(guò)導熱、對流和輻射三種形式。從繞組和鐵心的內部到其表面熱量主要靠導熱形式散發(fā)，從繞組和鐵心表面到變壓器油中熱量主要靠對流的形式散發(fā)。散發(fā)到變壓器油中的熱量使油箱中的變壓器油溫度上升、密度下降、產(chǎn)生熱浮力，而變壓器油在熱浮力的推動(dòng)下，從油箱上部進(jìn)人連接油管，通過(guò)油管進(jìn)人散熱器。變壓器油在散熱器中經(jīng)過(guò)和外面空氣的熱交換，使散熱器中的變壓器油溫度降低，從油箱下部進(jìn)人連接油管，通過(guò)油管重新進(jìn)入變壓器油箱，形成自然循環(huán)。變壓器的散熱量可由式(1)確定：

式中，Ql為單位熱負荷；Q為變壓器的損耗；F變壓器的總散熱面積；C1與變壓器性本身參數有關(guān)的常數；ty即變壓器溫升。

3 系統硬件設計
電力變壓器運行中，對其油溫的測量是維護電力變壓器安全運行的基礎和關(guān)鍵。電力變壓器冷卻系統的投退和超溫報警等都由其安裝的溫度控制器來(lái)實(shí)現。
本變壓器油溫測量系統以MSP430F449為主控制器件，它是TI公司生產(chǎn)的16位超低功耗特性的功能強大的單片機。MSP430單片機內部具有高、中、低速多個(gè)時(shí)鐘源，可以靈活的配置給各模塊使用以及工作于多種低功耗模式，大大降低控制電路的功耗提高整體效率。首先，電力變壓器油溫經(jīng)過(guò)傳感器和信號調理電路采集放大為適合A／D轉換的電壓值。然后，A／D轉換器對模擬信號進(jìn)行采樣并轉換位數字信號后經(jīng)MSP430作預處理。 該監測系統通過(guò)MAX3221電平轉換電路采用光纖實(shí)現與PC機的串行通信，PC機實(shí)現對溫濕度值的進(jìn)一步分析和對系統的控制。利用光纖收發(fā)模塊構建的光纖通信系統完成數據的遠程傳輸，借助MSP430單片機和主機(上位機)之間的串行通信完成人機交互監測，系統框圖如圖1。

3．1 鉑電阻及信號調理電路
鉑電阻具有準確度高、性能穩定、互換性好、耐腐蝕及使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，一直是工業(yè)測控系統中廣泛使用的一種比較理想的測溫元件。對于鉑電阻溫度計，電阻R溫度t的函數如公式(2)：

Rt=R0[1+at-bt2] (2)
式中Rt為t℃時(shí)的電阻值，R0為0℃時(shí)的電阻值100Ω；A為3．908 02×10-3／℃；B為-5．802×10-7／℃2。
這一過(guò)程將直接影響著(zhù)系統的測量精度，當然強電磁場(chǎng)的工業(yè)環(huán)境同樣對系統的測控精度與穩定性產(chǎn)生較大的影響。
在0℃～650℃存在非線(xiàn)性項bt2，因此鉑電阻的阻值和溫度之間不是線(xiàn)性關(guān)系，這就要求在實(shí)際應用鉑電阻時(shí)要考慮到鉑電阻線(xiàn)性化校正的問(wèn)題。對于高精度的鉑電阻測溫數字顯示儀表，可以將鉑電阻的電阻溫度分度表以A/D轉換器的輸出數據為地址固化在存儲器EPROM中，即在EPROM中，以A／D轉換值為單元地址存放與之相對應的溫度值。當以A／D轉換器的輸出結果為地址訪(fǎng)問(wèn)EPROM時(shí)，存放在該單元的溫度值被讀取，并送入LCD顯示。
3．2 MSP430接口電路
溫度傳感器的輸出信號經(jīng)溫度變送模塊轉化為OV～5V標準的電壓信號，進(jìn)入電壓／頻率(V／F)轉換模塊，轉換為OkHz～100kHz的頻率輸出至MSP430的I/O口，經(jīng)MSP430采樣計算后顯示在液晶模塊(LCD)上。采用P2．4口作為RXD接收數據，P2．5口作為T(mén)XD發(fā)送數據。F449外圍接口電路如圖2所示。

3．3 V／F模塊設計
系統用V/F轉換芯片將0V～5V電壓信號轉變成頻率輸出至單片機，既節省了I/O口，也節省了A／D轉換芯片，降低了系統成本。采用壓控振蕩器LM331芯片，它的突出特點(diǎn)是把模擬電壓轉換成抗干擾能力強，可遠距離傳送并能直接輸入單片機的脈沖串。