1.3 变压器原理
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯），如图1-1所示。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。
变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势.当N2>N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2 i11+ U1 1'-n:1 i2+ U2-图1-1 理想变压器原理图 Figure 1-1 The principle diagram of the ideal transformer 22' 2 10kV电力变压器状态参量监测系统总体设计方案 2.1 在线监测系统的组成 不论监测系统是什么类型，它都应包括以下几个基本单元: 1) 信号的变送 一般由相应的传感器来实现，它从电气设备上监测出那些反映设备状态的物理量，例如温度、电压、电流、气体成分等，并将其转换为合适的电信号传送到后续单元。它对监测信号起着读数和观测的作用。 2) 信号的处理 其功能是对传感器变送来的信号进行适当的预处理，将信号幅度调整到合适的电平；对混叠的干扰采用极性鉴别器、滤波器等硬件电路进行抑制，以提高系统的信噪比。 3) 数据的采集 将经过预处理的信号进行采集、AD转换和记录。 4) 信号的传输 将采集到的信号传送至后续单元。对固定式监测系统，因数据处理单元远离现场，故需配置专门的信号传输单元。对便携式监测装置，只需对信号进行适当的变换和隔离即可。 5) 数据的处理 对采集到的数据进行处理和分析，例如，对获取的数字信息作频谱和时域分析，利用平均处理、软件滤波等技术，对信号做进一步的处理，来提高信噪比。获取反映设备状态的特征值，为诊断提供有效的数据和信息。 6) 诊断 对处理后的数据和历史数据、判据及其他信息进行比较、分析后，对设备的状态或故障部位做出诊断。必要时需采取进一步的措施，例如是否需要退出运行、安排维修计划等。 2.2 功能设计方案 本论文将设计一套10kV电力变压器多参量综合在线监测系统。该系统将在统一的软硬件结构下监测参量，将实现实时监测变压器电流、电压、油温状态参量。该系统设计将对10kV变压器进行现场连续在线监测，铁芯接地电流、电压在正常范围内波动，顶层油温处于正常范围。 计划研究的系统具备如下功能： 1）可在线实时采集和记录监测点的铁芯接地电流、电压、顶层油温各项参数情况，进行实时显示和记录存储。 2）系统设计时预留有接口，可随时增加软硬件设备，系统只要做少量的改动即可，可以在很短的时间内完成。 整个系统由信号采集和处理单元、AD转换单元、单片机、显示单元、按键单 元、通信接口等组成。如图2-1所示。 JDZW-10电压互感器电压采样整形电路晶振电路LBZ-10电流互感器电流采样整形电路STC89C52单片机显示驱动LCD1602显示两路测温单元按键输入单元图2-1 系统总体框图 GPRS远程通信模块 Figure 2-1 Block diagram of the whole system 传感器将信号转换为电压信号，电压信号经放大、滤波及AD转换后到单片机,经通信接口把数据上传至无线传输模块，再经无线传输模块将数据传输到上位机。 主要设计内容 电力变压器发生故障时，会有很多特征量表现出来，本文主要是针对接地电流、电压、温度进行专项研究。理论上来说，只要捕捉到哪怕是很微弱的信息量，进而经过对这些数据的处理和综合分析，就可以对设备绝缘的可靠性做出判断和对绝缘寿命做出预测，这就是在线监测的理论基础。 本论文主要围绕以下工作展开: 1)对引起接地电流、电压、温度变化的原因进行分析; 2)如何实时而不失真的采集电流、电压、温度信号; 3)如何保证信号在传输、处理的过程中的真实可靠性; 4)信号的传输方式、量程切换等的处理。 3 10kV电力变压器状态参量监测系统硬件电路设计 系统整体采用单片机作为控制核心，主要进行电压和电流采样，同时通过2路温度采样，检测变压器重要部位的温度情况，实现全面检查。下面将会分模块 3.1 电流信号的提取部分 号提取单元。装置接线方式如图3-2。 图3-1 系统总体电路图 分别介绍。系统整体设计电路图如下图3-1所示。 Figure 3-1 Overall system circuit diagram 在线监测系统在提取监测信号时应保证尽量不改变设备的运行接线状态，因 此，将电流信号的取样点选择在变压器铁心外引接线处，选择电流传感器作为信
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