WTZK温度控制器的研究及应用

摘 要： 介绍一种油式变压器温度控制的WTZK-0.1智能化仪器，叙述WTZK-0.1的原理和结构。

关键词：油式变压器；温度控制器

1 引言

近二十年来，油式变压器得到了迅速的发展。由于油式变压器较油浸式变压器显出更多的优点，它在中、低配变中得到了广泛应用。据统计，目前在我国运行的油式变压器有4万多台，而且每年将以l万多台的数量增加。随着社会的发展，科技的进步，及人们对供电能力及稳定性要求的提高，对变压器的安全、可靠运行及使用寿命也有了新的要求。油式变压器的运行不稳定或故障主要因为变压器长时间运行时负荷增加或电力系统故障使变压器的绕组温度超过绝缘材料的耐热极限而使绝缘材料失效，从而造成变压器出现故障[1]。因此，对变压器的运行温度进行实时监测、控制以及对故障进行相应的处理是十分重要的。

油式变压器温度控制器是随油式变压器而发展的，它主要用于对油式变压器的保护，防止其绕组温度过高而损坏变压器。此外，它还具有综合测温和显示功能，可显示三相绕组的温度（包括最高温度、整定温度以及用户设定的温度），能指示超温、超高温、故障状态，通过远距离测量传送数据实现保护。随着计算机控制技术在这方面的应用，温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多。在此，本文介绍一种以微处理器DS80C390芯片为核心作用的WTZK-0.1温度控制器，如图1。

图1 WTZK-0.1温度控制器

2 WTZK-0.1温控器的原理

WTZK-0.1温度控制器设计思路是：采用埋在三相绕组线中的Pt100铂电阻温度传感器对三相绕组温度实时测量，将温度信号转换为DC4～20mA标准的电流信号，在经过前级电路处理后A/D转换并送入单片机，由单片机发送命令，完成循环显示三相绕组温度、三相中的最高温度与设定比较，执行相应的动作。

：风机停止温度； ：风机启动温度； ：超温报警温度； ：超高温跳闸温度。当三相绕组的最高温度

风机停止工作；当

即变压器温度未被降低，而且已经超过报警门限，此时，超温报警常开触点闭合，并由蜂鸣器和指示灯发出报警信号，还可手动启动和停止风机，可保存变压器断电时的三相温度值（温度低于80℃不刷新记录），可检测传感器断线和短路并发出报警信号。

3 温度控制器的硬件构成

WTZK-0.1温控器整个硬件电路由控制主板、掉电保护电路、传感器测温电路、风机控制电路、报警跳闸电路、和电源等部分组成[2]，硬件结构框图如图2所示。

图2 WTZK-0.1温控器硬件结构

3.1 核心部分

WTZK-0.1温控器以微处理器DC80C390为核心，它具有以下几个主要的优点：① 向下兼容80C52；② 最大系统时钟频率可达到40MHz，内嵌DSP计算引擎；③ 增强的存储器体系结构：内部具有4K的RSAM，外部可扩展4K的程序存储空间及4M的用户数据空间；④ 具有两个全功能CAN2.0B控制器，除标准的11位或29位报文描述符以外，芯片还支持两个分开的8位媒介屏蔽寄存器和媒介仲裁寄存器；⑤ 高度集成；⑥ 抗EMI措施。内部具有频率乘法器，与80C52相比，在获得同样的钟频率前提下，它可以大大的降低外部晶振频率。

3.2 测温部分

精确地测温是控温的前提。由于铂电阻温度传感器测温精度高、稳定性好，有较大的测量范围，易于使用在自动测量和远距离测量中。WTZK-0.1温控器采用的是Pt100铂电阻温度传感器，测温范围是-200～650℃，测温精度达到0.5%FS。其电阻特性方程如下：

但在通常的测量中，电阻温度的关系一般用近似的线形关系表示。在外接引线较长时，为减小误差，常采用三线式电桥连接法或四线电阻测量电路。

3个Pt100分别埋在变压器的三相绕组中，把检测到的温度信号转换为DC4-20mA标准电流信号，经过集成运算放大器LM324和A/DICL7135转换等进行处理，最后送单片机。

3.3 超温、跳闸、故障及报警部分

该部分是温控器的重要组成部分，用以对异常情况及时动作，充分对变压器进行保护[2]。温控器内有3个常开式继电器，分别接上超温、故障和跳闸信号，如图3中所示。当某相有信号时，常开触点闭合，执行相应的动作。为了引起操作人员对异常信号的注意，WTZK-0.1的DS80C390的P1.4引脚装置了声光报警系统，由S8050三极管来驱动，主要用来对超温、跳闸和传感器故障进行声光报警，同时控制面板上相应的指示灯点亮，对异常情况区别。

图3 WTZK-0.1温控器超温、跳闸、故障及报警部分

3.4 通讯部分

通讯部分采用RS-485串行通讯，RS-485是一种抗干扰能力强、能有效延伸数据传输距离、便于实现多种通信的串行通信方式。其接口标准是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，允许双导线上1个发送器驱动32个负载设备（某些驱动器可接128个负载设备），负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器，通讯距离可达1200m，这时传输速率为100kb/s，用中继器，可再延长距离。而且RS-485电路允许公用电话线通信，半双工的通讯方式又可节省信号线，所以特别适合远距离通信。MAX1487其组成的差分平衡系统抗干扰能力强，接收器可检测低达200mV的信号，是一种高速，低功耗，控制方便的异步通讯接口芯片。它适用于半双工通信，通信传输线上最多可挂128个收发器，其输入输出的差动电压符合RS-485标准，为±2～±6V。WTZK-0.1的通讯应用多机通讯技术，WTZK-0.1单元与监控主机采用一主多从、循环查询方式。只由监控软件召唤温控器数据，根据WTZK-0.1的地址依次发出各种命令要求，WTZK-0.1单元在接到命令后按照各项操作或上传数据。

3.5 电源部分

电源在智能仪器中具有特殊的地位，一方面它为系统提供正常工作所需要的电能；另一方面，它是各种电磁干扰传输的重要通道。为了突出电源的重要性，把电源作为智能温度控制器的一个子系统。在整个温控器有几个不同等级的电压，它们分别是首先对输入的220V进行整流，再通过电容滤波和7805、7905和7812等稳压器得到主板上各个芯片所需的直流电压。

在整个硬件电路设计中考虑到干扰的存在，采用了一系列的保护措施，如光电隔离。对于SD80C390采用X25045（可编程看门狗电压监控及EEPROM），X25045把常用的电压监控和EEPROM组合在一个单独的封装之内。

4 总结

试验表明WTZK-0.1温控器控制精度达±2%，不仅功耗小、质量轻、占空间不大、操作简便，而且功能比较齐全。该温控器可用于油式变压器，还可以用于各种端子箱、断路器、机构箱、箱式变电站及各种开关柜和中置柜等温度检测及控制的场合，它是一种新型的智能化温度控制器，且有着广泛的应用前景。

参考文献：

[1]王瑞堂、杨旭彬、李克智等，井下油式变压器常见故障及处理[J].机械管理开发，2012（5）：107-109.

[2]WTZK-0.1操作使用说明书[C]，杭州华立仪表股份有限公司.