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 標準和國標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?利用單片機實現(xiàn)對測量通道的軟件校準、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)配備與計算機進行數(shù)據(jù)通訊的 RS—232標準數(shù)據(jù)接口?用戶可將存儲頁中的數(shù)據(jù)及時轉(zhuǎn)存入計算機的數(shù)據(jù)庫?以便進行系統(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?可用單片機進行 AC 或 DC 偏置及增益校準?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?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 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Segment 位址寄存器與 Segment 中斷位址寄存器值相同或光標 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。用單片機的 P1．6、P1．7模擬 I2C 總線實現(xiàn)與日歷時鐘芯片和 I／O 擴展器件 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個光標鍵?用來移動光標或翻轉(zhuǎn)選項及要輸入的字符。
