电气设备在线监测与故障诊断1
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变压器油在线监测
电-1305班
13121455
聂志强
一、监测系统整体方案
如下图所示，此为系统主站、监测装置、通讯控制系统的整体结构。
此变压器油在线监测系统由多通道传感器数据采集、传感器信号预处理、在线调试、监测现场显示和报警以及与上位机监测系统的网络数据通讯等部分组成。
分析此整体的框图可知，传感器将与变压器油有关的信息进行采集，信息经预处理电路，进入A/D转换模块，变换成实时数字信号送给微处理器，然后进行数据初步判断和简单的电力变压故障诊断与预测算法处理，将处理结果根据需要在现场液晶显示屏上简要显示，以便现场信息获取和管理维护。
同时微处理器将采集时间日期信息、监测数据及预分析结果数据通过网络数据传输模块上传给上位机的远程监测和智能诊断统进行详细的记录分析和故障预测报警。
二、监测量的选择、传感器选型方案
本系统要求实现对变压器油在线监测。
在变压器运行发生故障时，新产生的油中溶解气体成分主要有H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO等气体。
根据新的
行业导则还需要考虑到O2和N2含量的测量，进而根据各种气体的不同组合来判断变压器内部故障类型。
因此监测量的选则是与故障气体相关的气体浓度信息，采集这些气体浓度信息的意义在于可以使系统进一步对数据分析处理，实现变压器运行状态的实时监测。
气体传感器在选型时要注意以下几个重要参数：
（1）稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本相应的稳定性，它由零点漂移和区间漂移来考察。
零点漂移是指在没有目标气体时在整个工作时间内传感器对基本线性条件的响应的变化，区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的响应变化，它表现为传感器输出在工作时间内的降低。
（2）灵敏度灵敏度是指传感器的输出增量与被测输入量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。
大多数气体传感器的设计原理都采用四种测定原理之一，即物理、电化学、生物化学、光学。
首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限值或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的敏感性。
（3）选择性选择性也被称为交叉灵敏度。
它可以通过测量由某一浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定，这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。
这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高的选择性。
（4）抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高浓度目标气体中的能力。
在气体大量泄漏时，探测器应能够承受期望气体浓度的10-20 倍，在返回正常工作条件时，传感器的漂移和零点校正值应尽可能小。
另外，从经济性考虑，传感器还应具备低成本、长寿命、易于标定和维护、无需复杂的外围设备、所产生的电子信号不需要由复杂的电子电路来处理等等。
在系统中，传感器技术是关键，对传感器指标要求有很高的灵敏度和选择性，而目前大多数气体传感器的交叉敏感现象很严重，因此，如何在保证传感器精度条件下，对每种气体有选择的敏感是传感器的选用中关键的环节。
在几种常见的气体传感器中，导热式传感器易维护，可长期稳定工作，缺点是灵敏度偏低，而且不能测量CO，难以满足需要。
接触燃烧式传感器线性度好，精度高，但燃烧反映需要氧气助燃。
半导体式传感器的交叉敏感现象较严重，选择性较差。
电化学式传感器的稳定性、灵敏度和选择性等指标基本满足本系统测
量需要，因此本设计选择电化学式气体传感器进行气体检测。
三、监测系统硬件电路方案
对于CPU的选择，我会选择比较熟悉的TMS320F28335芯片。
TMS320F28335芯片是TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器。
与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。
TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。
得益于其浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代DSC相比，平均性能提高50%，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。
本系统中主要是变压器油中故障特征气体各组分浓度值、变压器油中微水含量值及当前变压器油中采样点温度值。
根据系统检测得到的特征气体浓度信息、油中微水含量信息等，采用简单算法初步判断各个特征量数值是否有超过监测参数中的相应含量的监测阈值，如果低于该阈值则表明当前变压器工作状态良好，不存在明显故障问题，反之，存在明显故障。
所以，对于AD采样来讲是与设定阀值的比较，为了提高CPU的效率，AD采样不需特别精确。
对于存储的要求，这是与采样频率相关的设计。
在一定的时间内，若设定较高的采样频率显然就需要比较大的存储空间，根据计算可得出所需ROM空间，根据计算的值来跟TMS320F28335进行比较，看是否需要外扩存储空间。
四、监测系统通讯系统方案
对于通信协议则采用CAN通信，由于变压器所处环境存在严重的电磁干扰问题，而CAN总线对在噪声和恶劣环境中运行的应用程序非常理想，除此之外，CAN通信使用串行多控制协议，该协议有效的支持分布式实时控制，具有较高等级的安全和高达1Mbps的通信效率。
以下为硬件连线图：
此为TMS320F28335的CAN通信引脚。
此为CAN通信的外围扩展电路，包括电平转换、及光耦隔离功能，实现了电气隔离。
