1 概述

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

2 基本思路

傳統(tǒng)的測量方法是利用恒流源對待測繞組充電?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?這種方法對恒流源精度的要求很高?校準(zhǔn)不方便。根據(jù)歐姆定律?若能知道某一時刻電阻的端電壓和流過的電流?就可以計算出電阻值。電壓電流的同步采樣是關(guān)鍵?使用*新推出的功率／ 電能計量芯片CS5460A 實現(xiàn)同步采樣?利用單片機(jī)實現(xiàn)對測量通道的軟件校準(zhǔn)、阻值計算、存儲、顯示、打印輸出等功能。另外?采用高壓充電低壓測量的方法?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?用戶可將存儲頁中的數(shù)據(jù)及時轉(zhuǎn)存入計算機(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個檔位?以提高不同阻值范圍的測量精度?電流檔位與測量范圍的關(guān)系如表1所示。

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是利用 CS5460A 實現(xiàn)電壓電流的同步采樣。CS5460內(nèi)部集成了兩個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器等模擬、數(shù)字信號處理單元?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**測量電壓電流的有效值?平均值?在1000:1的動態(tài)范圍內(nèi)**度為0．1％。

4 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件連接如圖 2所示。單片機(jī)采用P89C61X2?優(yōu)點是具有6中斷源—4中斷優(yōu)先級嵌套的中斷結(jié)構(gòu)、一個看門狗定時器?具有兩個軟件可選的節(jié)電式、內(nèi)部有1024字節(jié)的 RAM、支持6時鐘和12時鐘模式。在改變接線或換相測量時使單片機(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?時鐘停止而不會使用戶數(shù)據(jù)丟失；CS5460A 可周期性地計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命令解釋狀態(tài)機(jī)?這些寄存器用來完成對 CS5460的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲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)命令中包括一個寫操作時?在其后的24個 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)出一個讀取命令時?串口將根據(jù)發(fā)出的命令?在其后的8、16、24個 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)程序中對采樣結(jié)果進(jìn)行處理；顯示器采用240×128點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 總線實現(xiàn)與日歷時鐘芯片和 I／O 擴(kuò)展器件 PCF8574的連接?并通過光電隔離后驅(qū)動繼電器。高精度實時時鐘 SD2001C 為測量和

數(shù)據(jù)存儲提供時間依據(jù)?且內(nèi)置16K 的串行 NVSRAM?可用來存儲近40個文件的對應(yīng)變壓器所有直流電阻數(shù)據(jù)。

5 軟件設(shè)計

（1）主程序介紹

軟件采用模塊化設(shè)計?分前臺程序和后臺程序。后臺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、測量數(shù)據(jù)計算存儲打印處理及反電勢保護(hù)等模塊。前臺程序有鍵盤定時中斷掃描及顯示、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個鍵?“確定” ：確認(rèn)當(dāng)前操作；“測量”：開始一次完整測量；“消弧”：一次測量結(jié)束?關(guān)閉電源輸出?對負(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)前測量顯示的數(shù)據(jù)或解鎖；還有4個光標(biāo)鍵?用來移動光標(biāo)或翻轉(zhuǎn)選項及要輸入的字符。