单片机的变压器故障诊断系统设计
【】在电力系统当中，变压器具有非常重要的作用，是影响整个系统性能、安全以及稳定性的最关键部件。本文通过对电压器以及常见问题的介绍，对问题进行进一步分析，并且详细介绍了油中溶解气体分析的故障判断方法，最后本课题通过借助单片AT89C52机涉及了智能化变压器故障诊断系统。
目 录
引言 1
一、绪论 2
（一）课题背景及意义 2
（二）国内外研究发展现状 2
二、变压器故障类型及其分析 2
（一）变压器的分类 2
（二）变压器故障原因 2
（三）变压器故障类型 3
（四）电力变压器的潜伏性故障分析 4
三、 基于油中溶解气体分析的故障诊断 6
（一）变压器油液气体溶解组成 6
（二）变压器油中的溶解气体组分含量说明 7
（三）特征气体法 7
（四）改良三比值法 9
（五）大卫三角形 10
四、变压器故障诊断系统的硬件设计 10
（一）变压器故障诊断系统的结构和主电路的设计 10
（二）单片机控制系统 11
（三）人机交互接口 12
（四）变压器保护 13
五、系统软件部分 15
（一）软件介绍 15
（二）软件设计 16
总结 20
致谢 21
参考文献 22
引言
本文先介绍了变压器的故障原因和类型，然后在第三章介绍了基于变压器油中气体的故障诊断方法。在这一章中，分别介绍了变压器油中气体的产生与溶解、正常运行变压器油中的溶解气体组分含量、变压器内部故障类型与油中气体分析的关系以及基于油中溶解气体分析的故障诊断方法，包括特征气体法、改良三比值法和大卫三角形法。接着，本文以AT89C52单片机为硬件核心，通过处理采集来的电压、电流、温度和气体等的信号来分析和判断变压器故障，同时本文还针对单片机技术，运用编写相关程序实现变压器故障的自动检测，并使之能够识别并处理从传感器传来的电信号，然后通过人机交互界面显示出来，近而使人能够很轻易判断故障类型。
一、绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（一） 课题背景及意义
在电力系统当中，电能通过电站将水、火、风等自然能量通过发电设备将能量转化为电能，在进行电力能源的输送，再通过变电所等传输到电能使用的各个场所，在这一过程当中，许多多种类型的变压器对电能进行操作和控制，保证了整个电力系统的正常运转，所以说变压器是电力系统当中最为关键，关系到整个系统安全性和稳定性的最关键设备。该课题的深入研究必然成为学术界和产业界关注的重大课题。变压器是电力系统中最关键的组成设备,在电力的产生,传送和按用户电量需求进行供给中起到了非常重要的作用。
(二） 国内外研究发展现状
在当前的国内外研究当中，对于变压器故障检测的研究多集中于变压器故障和针对的方法性研究。其中预防性试验是其中关键的故障诊断方法。这方面的文献资料有很多。在众多文献中，对于变压器出现异常时的问题处理标准流程也做出了详细的规定，如果变压器出现故障，维保人员应当第一时间进行检测，发现故障要对故障进行深入分析，确定故障类型，查明故障原因并进行故障排除；如果不能发现具体的故障，针对异常变压器要进行相关的检测试验以便进一步查明原因，保障变压器的安全和稳定性。
二、变压器故障类型及其分析
（一）变压器的分类
在电力系统和工农业生产、人民群众日常生活中需要使用到各种各样的变压器，所以，变压器可以按照其用途进行详细分类。一是在电力系统当中使用的变压器，这类变压器主要作用是进行电压的变换以保障电力的输送和使用等。二是为了满足各类仪器仪表使用电压而采用的变压器；三是根据电气设备相关减压要求，如高压试验等，满足这类实验需求所使用的变压器；最后一种是使用在特殊场合的特种变压器，比如金属冶炼电炉所使用的电炉变压器等。
（二） 变压器故障原因
变压器属于工业产品，其产品来源也必将要经过设计、制造、运输、安装调试、使用等过程，这其中任何一个过程出现问题都可能造成变压器的问题产生。下面笔者根据各个过程进行简单阐述。
在变压器设计过程中，由于原理设计错误可能会导致变压器性能无法满足使用需求，产品设计过程中由于材料等选择不当，将大大影响变压器的使用寿命，不良材质还能能导致变压器出现严重的生产安全事故，后果十分严重。在产品制造过程中，原材料把关不严、加工精度不足、装配精度不足以及试车不全面都会使变压器存在严重的使用隐患；在运输过程中，如果变压器包装不符合相关的包装标准和要求，加之运输途中遭受到严重的颠簸和磕碰等，必然会导致变压器外观和内在质量受到影响，影响最终使用。安装调试过程中，如果安装人员不按照变压器使用说明书进行安装，很有可能在调试过程中因接线错误等问题造成变压器损害；最后变压器在使用过程中的维保工作对于变压器正常使用和保证寿命来说十分重要，不按照要求进行维保，必然会导致变压器运转情况变糟，自然老化情况加剧，小问题不及时排出必然会逐渐发展成为不可挽回的大问题。
（三）变压器故障类型
如图21所展示的是一台油浸电力变压器的外形图，这种变压器在电力系统当中使用及其广泛，同时这种变压器由于其原理和机构特点决定，其故障点、故障现象等相较于其他种类变压器表现更加复杂。在状态监测过程中，如果发现变压器异常，那么按照前文所述一定要对产生异常的原因和故障种类进行深入分析，弄清楚故障发生的原因以便有针对性的解决。一般来说，变压器的故障无外乎内外两部分。其中外部故障主要表现在变压器外部接线以及绝缘等方面不当所引发的变压器故障，这类问题检测、分析和排除相对简单，也不是本课题所重点研究的对象。
另一种故障为变压器内部故障，这种类型的故障为本课题主要研究对象。这类问题种类和现象很多，原因复杂，难以判断。常见的有变压器内部绕组相间、绕组线圈等各种短路等、油路、磁路等多种故障类型。
图21油浸电力变压器
1.按照部位分类
一是变压器外部有关的故障。这类故障主要是变压器外部部件问题所导致的。比如变压器邮箱因为在厂内制作过程中，由于为严格按照相应的焊接标准和焊接工艺进行施工，导致焊缝存在缺陷，又没有通过无损检测等检验方法进行检查和整改，最终在使用过程中造成油液外泄等问题，其次是密封圈安装不到位，导致密封效果不好，或者在安装过程中野蛮操作，导致密封圈有伤痕，在油液浸泡环境到逐渐导致密封圈损坏等问题；再次是变压器机械控制装置以及冷风机等质量不过关造成变压器故障；最后是变压器的外部附件质量不好，如绝缘件等材料绝缘性能不过关、各类电子仪器仪表失灵等问题造成变压器故障。
目 录
引言 1
一、绪论 2
（一）课题背景及意义 2
（二）国内外研究发展现状 2
二、变压器故障类型及其分析 2
（一）变压器的分类 2
（二）变压器故障原因 2
（三）变压器故障类型 3
（四）电力变压器的潜伏性故障分析 4
三、 基于油中溶解气体分析的故障诊断 6
（一）变压器油液气体溶解组成 6
（二）变压器油中的溶解气体组分含量说明 7
（三）特征气体法 7
（四）改良三比值法 9
（五）大卫三角形 10
四、变压器故障诊断系统的硬件设计 10
（一）变压器故障诊断系统的结构和主电路的设计 10
（二）单片机控制系统 11
（三）人机交互接口 12
（四）变压器保护 13
五、系统软件部分 15
（一）软件介绍 15
（二）软件设计 16
总结 20
致谢 21
参考文献 22
引言
本文先介绍了变压器的故障原因和类型，然后在第三章介绍了基于变压器油中气体的故障诊断方法。在这一章中，分别介绍了变压器油中气体的产生与溶解、正常运行变压器油中的溶解气体组分含量、变压器内部故障类型与油中气体分析的关系以及基于油中溶解气体分析的故障诊断方法，包括特征气体法、改良三比值法和大卫三角形法。接着，本文以AT89C52单片机为硬件核心，通过处理采集来的电压、电流、温度和气体等的信号来分析和判断变压器故障，同时本文还针对单片机技术，运用编写相关程序实现变压器故障的自动检测，并使之能够识别并处理从传感器传来的电信号，然后通过人机交互界面显示出来，近而使人能够很轻易判断故障类型。
一、绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（一） 课题背景及意义
在电力系统当中，电能通过电站将水、火、风等自然能量通过发电设备将能量转化为电能，在进行电力能源的输送，再通过变电所等传输到电能使用的各个场所，在这一过程当中，许多多种类型的变压器对电能进行操作和控制，保证了整个电力系统的正常运转，所以说变压器是电力系统当中最为关键，关系到整个系统安全性和稳定性的最关键设备。该课题的深入研究必然成为学术界和产业界关注的重大课题。变压器是电力系统中最关键的组成设备,在电力的产生,传送和按用户电量需求进行供给中起到了非常重要的作用。
(二） 国内外研究发展现状
在当前的国内外研究当中，对于变压器故障检测的研究多集中于变压器故障和针对的方法性研究。其中预防性试验是其中关键的故障诊断方法。这方面的文献资料有很多。在众多文献中，对于变压器出现异常时的问题处理标准流程也做出了详细的规定，如果变压器出现故障，维保人员应当第一时间进行检测，发现故障要对故障进行深入分析，确定故障类型，查明故障原因并进行故障排除；如果不能发现具体的故障，针对异常变压器要进行相关的检测试验以便进一步查明原因，保障变压器的安全和稳定性。
二、变压器故障类型及其分析
（一）变压器的分类
在电力系统和工农业生产、人民群众日常生活中需要使用到各种各样的变压器，所以，变压器可以按照其用途进行详细分类。一是在电力系统当中使用的变压器，这类变压器主要作用是进行电压的变换以保障电力的输送和使用等。二是为了满足各类仪器仪表使用电压而采用的变压器；三是根据电气设备相关减压要求，如高压试验等，满足这类实验需求所使用的变压器；最后一种是使用在特殊场合的特种变压器，比如金属冶炼电炉所使用的电炉变压器等。
（二） 变压器故障原因
变压器属于工业产品，其产品来源也必将要经过设计、制造、运输、安装调试、使用等过程，这其中任何一个过程出现问题都可能造成变压器的问题产生。下面笔者根据各个过程进行简单阐述。
在变压器设计过程中，由于原理设计错误可能会导致变压器性能无法满足使用需求，产品设计过程中由于材料等选择不当，将大大影响变压器的使用寿命，不良材质还能能导致变压器出现严重的生产安全事故，后果十分严重。在产品制造过程中，原材料把关不严、加工精度不足、装配精度不足以及试车不全面都会使变压器存在严重的使用隐患；在运输过程中，如果变压器包装不符合相关的包装标准和要求，加之运输途中遭受到严重的颠簸和磕碰等，必然会导致变压器外观和内在质量受到影响，影响最终使用。安装调试过程中，如果安装人员不按照变压器使用说明书进行安装，很有可能在调试过程中因接线错误等问题造成变压器损害；最后变压器在使用过程中的维保工作对于变压器正常使用和保证寿命来说十分重要，不按照要求进行维保，必然会导致变压器运转情况变糟，自然老化情况加剧，小问题不及时排出必然会逐渐发展成为不可挽回的大问题。
（三）变压器故障类型
如图21所展示的是一台油浸电力变压器的外形图，这种变压器在电力系统当中使用及其广泛，同时这种变压器由于其原理和机构特点决定，其故障点、故障现象等相较于其他种类变压器表现更加复杂。在状态监测过程中，如果发现变压器异常，那么按照前文所述一定要对产生异常的原因和故障种类进行深入分析，弄清楚故障发生的原因以便有针对性的解决。一般来说，变压器的故障无外乎内外两部分。其中外部故障主要表现在变压器外部接线以及绝缘等方面不当所引发的变压器故障，这类问题检测、分析和排除相对简单，也不是本课题所重点研究的对象。
另一种故障为变压器内部故障，这种类型的故障为本课题主要研究对象。这类问题种类和现象很多，原因复杂，难以判断。常见的有变压器内部绕组相间、绕组线圈等各种短路等、油路、磁路等多种故障类型。
图21油浸电力变压器
1.按照部位分类
一是变压器外部有关的故障。这类故障主要是变压器外部部件问题所导致的。比如变压器邮箱因为在厂内制作过程中，由于为严格按照相应的焊接标准和焊接工艺进行施工，导致焊缝存在缺陷，又没有通过无损检测等检验方法进行检查和整改，最终在使用过程中造成油液外泄等问题，其次是密封圈安装不到位，导致密封效果不好，或者在安装过程中野蛮操作，导致密封圈有伤痕，在油液浸泡环境到逐渐导致密封圈损坏等问题；再次是变压器机械控制装置以及冷风机等质量不过关造成变压器故障；最后是变压器的外部附件质量不好，如绝缘件等材料绝缘性能不过关、各类电子仪器仪表失灵等问题造成变压器故障。
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