1 概述

變壓器繞組直流電阻測(cè)試是變壓器出廠及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一。按照 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)GB1094?變壓器在制造過程中、大修后、交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)以及繞組平均溫升的測(cè)定和故障診斷中等都必須進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。目前?電力系統(tǒng)中普遍采用常規(guī)的 QJ44型雙臂直流電橋測(cè)量變壓器線圈的直流電阻?而這類電橋測(cè)試電流小?難以發(fā)現(xiàn)變壓器線圈導(dǎo)電回路導(dǎo)體截面積減少的缺陷?且自動(dòng)化程度不高?測(cè)量過程須依賴人工。研制的SM4068型變壓器直流電阻測(cè)試儀可以取代傳統(tǒng)的電橋測(cè)量?測(cè)量準(zhǔn)確度高、易于操作。

2 基本思路

傳統(tǒng)的測(cè)量方法是利用恒流源對(duì)待測(cè)繞組充電?待電流穩(wěn)定后將變壓器繞組上產(chǎn)生的壓降用-ICL7135等 A／D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?這種方法對(duì)恒流源精度的要求很高?校準(zhǔn)不方便。根據(jù)歐姆定律?若能知道某一時(shí)刻電阻的端電壓和流過的電流?就可以計(jì)算出電阻值。電壓電流的同步采樣是關(guān)鍵?使用*新推出的功率／ 電能計(jì)量芯片CS5460A 實(shí)現(xiàn)同步采樣?利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量通道的軟件校準(zhǔn)、阻值計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、打印輸出等功能。另外?采用高壓充電低壓測(cè)量的方法?提高了充電速度?減小了恒流源中場效應(yīng)管散熱器的體積。

3 系統(tǒng)組成及主要功能說明

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。單片機(jī)主要完成測(cè)量數(shù)據(jù)的處理及輸入輸出通道的控制；本系統(tǒng)配備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的 RS—232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口?用戶可將存儲(chǔ)頁中的數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)存入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫?以便進(jìn)行系統(tǒng)的保管、處理與分析；恒流源采用由 SG3525PWM模塊組成的開關(guān)恒流1由繼電器控制量程的切出電流分5個(gè)檔位?以提高不同阻值范圍的測(cè)量精度?電流檔位與測(cè)量范圍的關(guān)系如表1所示。

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是利用 CS5460A 實(shí)現(xiàn)電壓電流的同步采樣。CS5460內(nèi)部集成了兩個(gè)24位的△∑A／D 轉(zhuǎn)換器?高、低通數(shù)字濾波器?串行接口?數(shù)字—頻率轉(zhuǎn)換器?寄存器陣列和看門狗定時(shí)器等模擬、數(shù)字信號(hào)處理單元?芯片內(nèi)部帶有2．5V 電壓基準(zhǔn)?可用單片機(jī)進(jìn)行 AC 或 DC 偏置及增益校準(zhǔn)?可以同步**測(cè)量電壓電流的有效值?平均值?在1000:1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)**度為0．1％。

4 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件連接如圖 2所示。單片機(jī)采用P89C61X2?優(yōu)點(diǎn)是具有6中斷源—4中斷優(yōu)先級(jí)嵌套的中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)看門狗定時(shí)器?具有兩個(gè)軟件可選的節(jié)電式、內(nèi)部有1024字節(jié)的 RAM、支持6時(shí)鐘和12時(shí)鐘模式。在改變接線或換相測(cè)量時(shí)使單片機(jī)處于掉電模式?凍結(jié)振蕩器?避免拉弧干擾。由于是靜態(tài)設(shè)計(jì)?時(shí)鐘停止而不會(huì)使用戶數(shù)據(jù)丟失；CS5460A 可周期性地計(jì)算出電壓電流有效值 VRMS、IRMS。其內(nèi)部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脈沖速率寄存器和參數(shù)寄存器等16個(gè)寄存器?還集成了串行口發(fā)送寄存器、串行口接收寄存器和一個(gè)命令解釋狀態(tài)機(jī)?這些寄存器用來完成對(duì) CS5460的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和串行輸入輸出的控制。CS5460A 通過 SPI 串行總線與單片機(jī) P1口相連?串行接口由兩條控制線和兩條數(shù)據(jù)線組成?即?／ CS?SCLK?SDI?SDO。一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸總是從向串行接口的SDI 發(fā)送8位命令開始的?當(dāng)命令中包括一個(gè)寫操作時(shí)?在其后的24個(gè) SCLK周期內(nèi)?串口將持續(xù)從SDI 引腳寫入串行數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)出一個(gè)讀取命令時(shí)?串口將根據(jù)發(fā)出的命令?在其后的8、16、24個(gè) SCLK周期從 SDO 引腳上串行輸出寄存器內(nèi)容。INT 線與MCU的中斷 INT1相連?每次 A／D 轉(zhuǎn)換后?狀態(tài)寄存器中的 CRDY 位將有效?如果 CRDY 位未被屏蔽（屏蔽寄存器中）?則／INT 腳也將被激活?使 MCU產(chǎn)生中斷?在中斷服務(wù)程序中對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行處理；顯示器采用240×128點(diǎn)陣帶中文字庫的液晶顯示器?用MCU的 I／O 口直接描述液晶控制器的時(shí)序?當(dāng)光標(biāo)Segment 位址寄存器與 Segment 中斷位址寄存器值相同或光標(biāo) Common 位址寄存器與 Common 中斷位址寄存器值相同時(shí)可使 MCU的 INT0發(fā)生中斷。用單片機(jī)的 P1．6、P1．7模擬 I2C 總線實(shí)現(xiàn)與日歷時(shí)鐘芯片和 I／O 擴(kuò)展器件 PCF8574的連接?并通過光電隔離后驅(qū)動(dòng)繼電器。高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘 SD2001C 為測(cè)量和

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供時(shí)間依據(jù)?且內(nèi)置16K 的串行 NVSRAM?可用來存儲(chǔ)近40個(gè)文件的對(duì)應(yīng)變壓器所有直流電阻數(shù)據(jù)。

5 軟件設(shè)計(jì)

（1）主程序介紹

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)?分前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。后臺(tái)程序主要有鍵盤按鍵處理、菜單式操作控制、電壓電流同步采樣、測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)打印處理及反電勢(shì)保護(hù)等模塊。前臺(tái)程序有鍵盤定時(shí)中斷掃描及顯示、電壓電流采樣中斷、顯示故障中斷等。這里主要介紹主程序及 CS5460A 應(yīng)用程序。主程序的框圖如圖3所示?鍵盤共有10個(gè)鍵?“確定” ：確認(rèn)當(dāng)前操作；“測(cè)量”：開始一次完整測(cè)量；“消弧”：一次測(cè)量結(jié)束?關(guān)閉電源輸出?對(duì)負(fù)載放電；“菜單”：調(diào)出功能菜單或退出菜單；“取消”：否定當(dāng)前操作或退出當(dāng)前菜單；“鎖定”：鎖定當(dāng)前測(cè)量顯示的數(shù)據(jù)或解鎖；還有4個(gè)光標(biāo)鍵?用來移動(dòng)光標(biāo)或翻轉(zhuǎn)選項(xiàng)及要輸入的字符。