60000字论文范文基于C8051F单片机的变压器绕组变形测试仪的研究

论文类型：论文范文

论文字数：60000字

论点：绕组,变压器,变形

论文概述：

根据频率响应分析法的检测原理，改进了原测试系统的软硬件设计。硬件方面设计了基于 C8051F005 的变压器绕组变形测试系统，完成了扫频信号产生、信号滤波、信号采集及数据存储等功能；软

论文正文：

第一章引言

1.1研究课题
电能已经成为日常生产和生活中不可或缺的能源，是经济发展和社会进步的主要驱动力。然而，电能的远距离传输需要变压器对电压进行转换，因此变压器的安全运行对保证电网的安全可靠具有重要意义。变压器一旦损坏，维修时间长、成本高、影响广，将给国民经济造成重大损失。因此，应及时对变压器进行故障检测和准确的故障诊断，以降低故障发生的概率，保证电网的安全运行。近年来，中国电力工业发展迅速。据最新统计，截至2010年底，全国装机容量为9.6641亿千瓦，同比增长10.56%，全年累计增加9231万千瓦。此外，受经济发展带动，全国发电量达到4278亿千瓦时，同比增长14.85%。“十二五”期间，中国计划建设“纵横”UHV骨干网，将大型能源基地与主要负荷中心和13个直流输电工程连接起来，形成“西电东送”、“南北送”的大规模能量分布格局。至此，中国大容量、大面积互联和西电东送的复杂系统即将形成，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求。随着UHV输电系统的全国互联，紧凑型输电线路的建成，以及采用串联补偿或静态补偿的交流柔性UHV输电系统，输电系统的短路电流将明显高于以前的水平。这要求变压器产品能够承受短路电流产生的巨大电力和机械力。
研究表明，变压器绕组是变压器故障的主要部分。当变压器在运行过程中受到短路故障电流的影响时，大的短路电流将在绕组中流动，并与泄漏磁场相互作用以产生大的电功率。此时，绕组将承受巨大且不均匀的径向和轴向电力。此外，变压器在运输和安装过程中也可能受到意外冲击、碰撞和振动。在这些力(电动力学或机械力)的作用下，绕组可能会发生机械位移和变形，例如线圈的轴向变形、径向变形(内部线圈根据不同的力向内收缩或外部线圈向外膨胀)、线圈线束断裂、引线位移、匝间短路、局部线圈压缩或拉伸等。此外，这种变形不会立即导致匝间短路和保护动作。这种变形变压器经常会长期带“病”运行。
如果变压器不能及时修复，累积效应将进一步加深，造成绝缘损坏、绕组短路和烧毁，最终导致大规模停电等事故，给国家和人民带来无法估量的损失。因此，研究变压器绕组变形的原因、检测方法和诊断方法，提前采取有效的预防措施，及时发现和解决问题，对减少变压器事故，延长变压器使用寿命具有重要意义。目前，该测试已受到国内外电力企业的广泛关注，并成为一个重要的研究课题。中国国家电网公司国电发[2000]589号文件《预防电力生产重大事故二十五项关键要求》明确规定，变压器出厂、交接和发生短路事故后，绕组变形试验应纳入强制性试验项目。

1.2变压器绕组变形检测方法
自20世纪60年代以来，绕组变形检测技术成为国外学者的研究热点，经过多年探索，取得了很大的成果。随着我国经济的快速发展，电力系统需要安全稳定运行。因此，变压器绕组变形检测越来越受到重视，成为变压器安全运行的一个重要课题。在我国，绕组通常在出厂前或现场安装后进行测试。在运行过程中，还进行一系列常规测试，故障后必须进行全面测试。检测时，测量相关特征量，分析判断绕组是否有位移、变形等异常现象。
在正常情况下，变压器绕组变形后，其一些特征量，如电参数、物理尺寸、几何形状和温度，与正常状态有很大不同。因此，已经形成了多种基于特征比的绕组变形检测方法。然而，目前各种绕组变形检测方法中没有通用的状态量来描述和判断绕组的状态，也没有通用的指标来量化绕组变形的程度。绕组变形程度和变形位置根据各自的测量理论依据，根据相应的经验和判断标准进行判断。

1.3国内外频率响应分析研究现状..............................13-14
1.4本文完成的工作..............................14-16
第二章相关理论基础..............................16-22 [/BR/] 2.1变压器的分类和基本结构..............................16 [/BR/] 2.2变压器绕组变形的原因及其对..............................16-18[/ Br/] 2.3频率响应分析的基本原则..............................18-19
2.4变压器绕组变形诊断方法..............................19-22
第三章变压器绕组变形测试系统的硬件设计..............................22-40 [/BR/] 3.1绕组变形测试系统的总体结构..............................22-23
3.2c 8051 f系列单片机简介..............................23-26
3.2.1c8051f系列单片机特性..............................23-24
3 . 2 . 2 c8051F系列单片机的选择..............................24-26 [/BR/] 3.3信号生成模块..............................26-32
3.3.1信号生成模块的总体结构..............................26-27 [/BR/] 3.3.2信号发生电路..............................27-29
3.3.3信号滤波电路..............................29-31 [/BR/] 3.3.4功率放大器电路..............................31-32
3.4数据采集模块..............................32-37[/溴/] 3.4.1均方根转换电路..............................32-35
3.4.2可编程放大器电路..............................35-37 [/BR/] 3.5数据通信模块..............................37-40
3.5.1双计算机通信..............................37-38
3.5.2与上位机的通信..............................38-40
第四章变压器绕组变形测试系统软件设计..............................40-52
4.1下层计算机软件..............................40-45
4.1.1下位机整体软件流程..............................40-41 [/BR/] 4.1.2信号发生部分的软件设计..............................41-42
4.1.3信号滤波部分的软件设计..............................42-45
4.1.4信号采集部分的软件设计..............................45
4.2上位机诊断软件..............................45-52
4.2.1诊断软件的整个过程..............................46-47
4.2.2获取..............................频率响应指纹特征点的47-48 [/BR/] 4.2.3并计算幅度差系数..............................48-49
4.2.4计算频差系数..............................49-51
4.2.5计算特征差异指数..............................51-52
第五章系统误差分析...................52-58
5.1误差理论分析..............................52-54
5.2实验数据分析..............................54-58

结论与展望

6.1结论
在阅读大量文献的基础上，根据频率响应分析的检测原理，对原测试系统的软硬件设计进行了改进。基于C8051F005的变压器绕组变形测试系统硬件设计完成了扫频信号产生、信号滤波、信号采集和数据存储功能。软件部分研究了基于变压器绕组频响指纹的特征差异指数分析方法，并在此基础上设计了诊断软件。

6.2展望
由于个人水平有限，对这一课题的研究不够深入，测试体系仍有一些不完善之处。作者认为可以在以下几个方面进行进一步的研究和改进:
1。采用基于频率响应指纹的特征差异指数分析方法来诊断绕组是否变形以及变形程度，需要大量的实验来获得更加统一的定量标准。
2。扩展测试系统的功能，实现变压器绕组变形测试系统和诊断软件的集成设计，简化测试系统，并考虑在诊断软件的基础上引入专家诊断系统，为绕组变形的准确诊断提供参考。
3。从原理上分析判断绕组变形，正确拟合变压器绕组的传递函数，通过分析其零点和极点的变化，准确诊断绕组是否变形。
4。建立精确的数学模型并进行仿真，进一步研究绕组变形的定位，以期快速准确地定位绕组变形。