基于单片机的干式变压器智能温度控制器研究

文献标识码：B 文章编号：1674-943X(2019)03-0014-03The Research of an Intelligent Temperature Controller

for Dry-Type Transformers Based on SCM

CUI Jingping1, GENG kai2(1.Shandong Polytechnic, Jinan 250104, China; 2.Shan Dong Huineng Electric Co. Ltd, Zibo 255000, China)Abstract: The importance of temperature measurement and the function of metro power supply system for dry-type transformers are introduced in this paper. An intelligent temperature controller is designed which uses ATMEGA32 as the main controller, NTC as the Resistance for Temperature Sampling. The design of main hardware and main program flow is also illustrated.Key words: dry-type transformer; intelligent temperature measuring; SCM; NTC干式变压器在地铁供电系统中的作用 及测温的重要性1

变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决

于变压器绕组的安全可靠。而绕组温度超过绝缘

随着社会的发展，各地主要城市规模日渐增 大，使得其的交通压力倍增。为了缓解交通压力， 全国各地进入地下交通发展的“雨后春笋期”。

耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工 作的主要原因之一。为了保证变压器的正常工作

运行，需要实时掌握变压器绕组的温度，以便绕 组温度超过允许范围时能及时报警，以便检修或

地铁作为最重要的地下交通工具，成为时代的 “宠儿”。启用保护措施，保证干式变压器的可靠安全运行， 提高变压器的寿命[1]o供电系统是为城市轨道交通运营提供所需 电能的系统，供电系统的电源取之于城市电网， 多采用集中式供电方式。地铁线路设置主变电 所，将AC 110kV电压降为AC 35kV,主变电

2

干式变压器用智能温度控制器系统 设计所变压器为三相油浸式变压器；再由牵引变电 所（或牵混所）将AC 35kV交流电降压为AC

1.18kV交流电后整流为DC 1500V,送出给接

本文研究的多功能智能温度控制器，采用单 片机技术，通过预埋在变压器绕组测温孔中的温 度传感器来测量三相绕组的实时温度図，通过单 片机处理后实时巡回数字显示，并与一系列设定

触网（轨）供电，此牵引整流变压器一般为干 式变压器（是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中 的变压器）。温度进行比较，提供绕组超温跳闸、绕组超温报 警以及传感器故障显示报警并输出功能，还可以根

地铁供电系统按一级供电负荷设计，必须具 备高度的供电可靠性与安全性，因此人们对保障

据设定温度点启动冷却风机，有效地提高干式变压 器运行的安全性、可靠性及使用寿命。控制器采用

ATMEGA32单片机作为处理器，自带A/D、SPI

供电的核心设备干式变压器的运行状态的集中监

控提出了更多更高的要求。在干式变压器运行中， 结构电路等，使得总体电路设计和结构设计大大简

如遇到短路、过载等情况，就会使变压器过热。 化，这样就极大提高了设备的运行可靠性；10K负

收稿日期：2019 - 04 - 27基金项目：山东职业学院青年科研基金项目“干式变压器用智能温控器的研究与制造”（项目编号：KY-XYQ-201806）,主持人崔 景萍。'作者简介:崔景萍（1983-）,女，山东济南人，硕士，讲师，主研方向为铁道供电、变电所综合自动化等。第3期崔景萍，耿凯:基于单片机的干式变压器智能温度控制器研究・15・温度系数热敏电阻（NTC）作为温度传感器。系统 框图如图1所示。图1智能温控器系统框图3

干式变压器用智能温度控制器系统硬件设计3.1智能温度控制器电路连接及硬件资源分配如图2所示。采用ATMEGA32单片机作为核心器件，选用NTC 10K作为测温元件，温度信号通入PAO、PAI、PA2后送入单片机，通过SPI接口与数码管控制器芯片TM1668相连，显示测量温度。4VCC5+PB$ 1PB6 2PB5(M0SI) PB6(MISO) S W W W (ADC5)PA5

VCC RESET?

PB7(SCK) (ADC6JPA6 T

5RESET (ADC7)PA7

vcc AREF GND*|GND GND XTAL2AVCC XTAL1 (TOSC2)PC7 PDO(RXD)

(TOSCDPC6

PDKTXD)亠由 wPD2(INTO)厂----

J ---? R Sg (TDO)PC4(TDDPC5制曲I-Ill'GNDVCC5+-图2单片机硬件连接图3.2温度取样电路的设计本智能温度控制器要求的测温范围 为-30-200° C,选用负温度系数的热敏电阻（NTC ）

作为测温元件。NTC电阻值、温度特性波动小，对

温度的变化响应快，灵敏度、精度高。NTC 10k热 敏电阻和1.2k取样电阻串联接入+5V VCC与GND

之间分压取样。当温度升高时，NTC阻值下降，取

样电阻两端电压升高，经抗干扰滤波后送单片机，经 内部A/D转换后，通过査表并经过插值运算，得出

相应的温度，得出相应的温度。如图3所示。图3温度取样电路3.3温度显示设计通过温度显示部分实时巡回显示三相绕组的 温度，便于值班人员巡视和记录。综合考虑多

个方面，本研究选用成本低且又满足精度要求 的共阴极LED数码管显示，一个1位数码管显

示相序，一个四位数码管显示温度。因单片机

的I/O驱动能力只有近20mA,不能满足数码管 的驱动要求，需要加驱动电路。传统设计多采

用74HC795作为驱动，但该芯片只能驱动一位

数码管⑶，驱动四位时需采用4个，增加了芯片 数量和硬件电路的复杂度。本研究选用TM1668

作为驱动，该芯片内部有MCU数字接口、数据

锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路，只 需一片芯片即可驱动。U1DIO GRID124 GRID】CLK GRID223 GR1 ~STB GND22

GNDKI GRIDJ21

GRIDSK2 GRID420 GR1D4V” 6VDD GRID5/SEG14 19 GR1D5?SEGI4SEGI/KS]SEG1/KS1 GRID6/SEG13 18 GR1D6^EGI3SEG2FKS2

\"T

SEG2/KS2 GRID7/SEG12 17

GRlt57?SEGl2SEG3/KS3 9 SEG3/KS3 KS10/SEG10 16 KS10.SEG1EEG4/KS4 局 SEG4/KS4 KS9/SEG9 15 SEG5/KS5 TT

应丽0KSSEG5/KS5 KS8ZSEG8 14

KS8羅换\"SEWKS6 12SEG6^CS6 KS7/SEG713

好比⑴TMI668图4 TM1668连接图3.4输出控制电路的设计本智能温度控制器的负载输出主要有风机启

停、超温告警、超温跳闸、故障输出。超温告警、 超温跳闸、故障输出的驱动电路是一样的，分别通

过PCO、PD7、PD6输出控制信号，经滤波放大后 驱动继电器控制不同的负载。通过PC1 口输出风 机启停控制信号，PC1为高电平时，经放大驱动继 电器线圈得电，其常开触点闭合，输出启动风机信

号，分别如图5、6所示。图6风机驱动电路・16・工业技术与职业教育第17卷3.5保护记录功能设计与传统的温度控制器相比，本智能温度控 制器设计了保护记录功能，可以记录最近一次

保护动作温度(跳闸温度)以及历史最高温度，

方便工作人员查询。保护动作温度是在跳闸继

电器动作前记下来的，在软件的保护算法中实 现，历史最高温度在主循环中判断并记录。硬

件系统中需要增加EEPROM作存储。如图7 所示。图7 EEPROM硬件图智能温度控制器系统中还有+5V电源、蜂鸣 器控制、SPI通信部分，因有成熟可用的电路固, 不再一一介绍。4

干式变压器用智能温度控制器软件主程序设计系统程序设计采用自上而下、模块化、结构化 的程序设计方法，把程序分解成一个个功能模块，

每个功能模块相互独立，每个模块都能完成一个明 确的任务，实现某个具体的功能。根据设计要求，

程序分为初始化、按键判断、温度采集、各相温度

计算、超温判断、显示等模块。本设计的主程序流 程如图8所示：此主程序可以实现干式变压器三相绕组的实时

测温，并通过与设定温度的比较，当实时值超过设 定值时，完成风机自动启动、超温告警、超温跳闸 等功能，并轮流显示三相(A、B、C)绕组的实时

温度。图8主程序流程图5 结束语本课题在传统温控器的基础上,优化扩大功能, 设计出了一款更贴合干式变压器工作现场的智能温 度控制器。通过NTC测温电阻取样，单片机处理,

实时巡回显示变压器三相绕组的温度，当温度超过 相应设定值时，可做出告警、跳闸、启停风机的相

应处理。这方便了值班人员对变压器运行温度的掌

握，保护了干式变压器绕组的绝缘水平，保障了干 式变压器的正常使用寿命，避免了因绕组温度过高 带了的安全隐患，有很大的使用和推广价值。【参考文献】[1] 马保全，桂建平，廖杰鸿•干式变压器温度监测系统研

究和应用[J].信息技术与信息化,2019(2) : 154-156.[2] 潘兆平，杨春，邓世怡•干式变压器温控仪设计与应用[J].电子技术与软件工程，2019(1) : 243-244.[3] 钱怡辰,李会军•干式变压器智能温控仪设计与实现[J].

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