核電干式變壓器專用溫度控制器

干式變壓器經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的輸變電系統(tǒng)中。它具有耐火性好、免維護(hù)、無(wú)污染、耐短路、耐熱、安裝方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。溫度控制器作為干式變壓器的重要附件之一，得到了廣泛的應(yīng)用。但是市面上低價(jià)的干式變壓溫控器其故障率較高，運(yùn)行可靠性低，長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著許多變壓器生產(chǎn)廠家和用戶。核電行業(yè)是一個(gè)要求設(shè)備高可靠性的行業(yè)。福州英諾科技研究了目前干式變壓器溫度控制器的質(zhì)量缺陷，根據(jù)干式變壓器的應(yīng)用要求，提出了一種核電干式變壓器專用溫度控制器。核電工業(yè)變壓器溫度控制器。介紹了溫控器的可靠性和功能設(shè)計(jì)方案，并簡(jiǎn)要介紹了核動(dòng)力溫度控制器的電路設(shè)計(jì)。

核電溫度控制器可靠性設(shè)計(jì)方案
目前，低價(jià)的干式變壓溫控器溫度控制器的常見(jiàn)故障主要包括：

（一）使用一段時(shí)間后，溫度測(cè)量不準(zhǔn)確的；

（2）PT100鉑電阻傳感器易損壞，可靠性不高。

（3）誤報(bào)和誤跳閘會(huì)導(dǎo)致安全用電并給用戶造成損失。

在綜合分析上述溫度控制器主要失效機(jī)理的基礎(chǔ)上，福州英諾科技提出了核電廠干式變壓溫控器設(shè)計(jì)的新概念，并通過(guò)以下三種設(shè)計(jì)方法提高了干式變壓溫控器的可靠性。

干式變壓溫控器溫度采集電路的設(shè)計(jì)

變壓器的三相低壓繞組預(yù)先嵌有Pt100鉑電阻，傳感組件線的D型插頭連接到干式變壓溫控器插座。變壓器投入運(yùn)行前或停機(jī)后，如果長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕環(huán)境中（核電站一般建在海岸，空氣相對(duì)潮濕多年），即使IP54保護(hù)水平干式變壓溫控器，水分也會(huì)侵入。潮濕的空氣將在干式變壓溫控器插座的金屬連接器和傳感器組件插頭的表面上產(chǎn)生氧化層。當(dāng)氧化物層累積到一定厚度時(shí)，插頭座的接觸電阻將增加，導(dǎo)致干式變壓溫控器的溫度測(cè)量不準(zhǔn)確。

核電干式變壓溫控器可采用由恒流源、多通道模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路組成的新型溫度采集電路]。該電路采用四線制PT100鉑電阻傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，有效地防止了由感測(cè)線電阻和插頭接觸電阻引起的測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、高精度的溫度測(cè)量。溫度測(cè)量精度遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的電流互感器溫度控制器（一般采用三線PT100鉑電阻進(jìn)行溫度測(cè)量）。

一般而言，只要接觸電阻超過(guò)1歐姆，三線Pt100溫度測(cè)量電路的溫度測(cè)量就會(huì)過(guò)低。對(duì)于核電溫控器的溫度采集電路，即使接觸電阻達(dá)到數(shù)百歐姆，也不會(huì)影響其溫度測(cè)量的精度，確保長(zhǎng)期準(zhǔn)確測(cè)量變壓器各相繞組的溫度。

選用高可靠性，高保護(hù)性Pt100鉑電阻傳感器，采用Pt100間歇電源壽命延長(zhǎng)設(shè)計(jì)和冗余溫度采集方法

PT100鉑電阻傳感器是溫度控制器的核心部件。其穩(wěn)定性直接決定了溫度控制器的可靠性。目前常用的溫度控制器用的PT100鉑電阻傳感器一般封裝在不銹鋼保護(hù)套內(nèi)，引出三根導(dǎo)線。其外部保護(hù)性能差，在變壓器安裝、運(yùn)輸、調(diào)試過(guò)程中容易損壞。同時(shí)，由于PT100鉑電阻傳感器長(zhǎng)期工作在變壓器繞組附近，具有高的電應(yīng)力和高的電應(yīng)力。在電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，其壽命將大大縮短。因此，核電干式變壓溫控器必須采用可靠性高、保護(hù)性強(qiáng)的Pt100鉑電阻傳感器。

高可靠性的pt100鉑電阻是具有尺寸小、抗振動(dòng)壽命長(zhǎng)、元件一致性好、熱響應(yīng)時(shí)間短、性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，pt 100鉑電阻芯片密封在防護(hù)套內(nèi)，高強(qiáng)度的屏蔽網(wǎng)包裹在屏蔽線外，大大提高了其保護(hù)能力，并有效防止了鉑電阻和提高。

為了進(jìn)一步提高鉑電阻的使用壽命，還可以采用間歇向鉑電阻供電的方法：即，當(dāng)需要測(cè)量某相繞組的溫度時(shí)，Pt100鉑電阻提供相的相，如果沒(méi)有測(cè)量，則不供電，鉑減少。電阻器的工作時(shí)間延長(zhǎng)了其使用壽命;同時(shí)，它通過(guò)傳感線降低了引入溫度控制器的干擾信號(hào)強(qiáng)度，有效提高了干式變壓溫控器運(yùn)行的可靠性。

當(dāng)然，高可靠性的鉑電阻傳感器也會(huì)單獨(dú)損壞。為了保證變壓器繞組溫度測(cè)量的可靠性和連續(xù)性，核動(dòng)力干式變壓溫控器也可以采用冗余的溫度采集設(shè)計(jì)：在變壓器的每個(gè)低壓繞組中嵌入兩個(gè)Pt100鉑電阻傳感器，一個(gè)用于主變壓器繞組。溫度測(cè)量和溫度測(cè)量。備用；PT100鉑電阻的主溫度測(cè)量和備用PT100鉑電阻有一套獨(dú)立的測(cè)量電路。一旦主溫度測(cè)量或其測(cè)量電路的PT100鉑電阻失效，溫度控制器可以通過(guò)邏輯判斷自動(dòng)消除故障的PT100鉑電阻，并啟動(dòng)備用的PT100鉑電阻進(jìn)行溫度測(cè)量，因此以確保變壓器始終處于溫度控制器的保護(hù)狀態(tài)。其次，要保證變壓器輸配電的連續(xù)性。

屏蔽、過(guò)濾、內(nèi)部雙邏輯控制等抗干擾措施

干式變壓溫控器誤報(bào)和誤跳閘的原因很復(fù)雜，但可歸納為兩類：一類是干式變壓溫控器受到外部強(qiáng)烈干擾，導(dǎo)致其軟件和硬件系統(tǒng)無(wú)序，導(dǎo)致干式變壓溫控器誤報(bào)。另一種類型是干式變壓溫控器的溫度采樣電路或Pt100鉑電阻傳感器損壞或漂移，導(dǎo)致溫度采樣失真并導(dǎo)致溫度控制器的誤報(bào)。

對(duì)于外部強(qiáng)干擾引起的誤報(bào)和誤跳閘：一方面可以通過(guò)屏蔽和濾波從外部減少干擾。核電溫控器可以使用鐵箱屏蔽內(nèi)部電路，可以有效降低射頻。干擾信號(hào)的入侵;由電容器和電感器組成的T型濾波器電路加到核電恒溫器的電源電路上，電源上的串聯(lián)模式和共模干擾信號(hào)可以通過(guò)地濾波。另一方面，具有高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力的AVR芯片可以作為內(nèi)部電路的主控芯片，可以進(jìn)行合理的電路板布局，提高電路本身的抗干擾能力。通過(guò)上述設(shè)計(jì)方法，可以大大提高干式變壓溫控器的抗干擾能力，并且可以防止干式變壓溫控器由于外部強(qiáng)干擾而運(yùn)行無(wú)序，引起誤報(bào)警和誤跳閘。

針對(duì)溫度控制器溫度采樣失真引起的誤報(bào)警故障，選擇高可靠的Pt100鉑電阻，采用主、備溫度測(cè)量方法，可以防止誤報(bào)警。此外，為了進(jìn)一步防止誤報(bào)警的發(fā)生，核動(dòng)力干式變壓溫控器（廣泛應(yīng)用于電機(jī)溫度測(cè)量和保護(hù)）中還可以使用另一個(gè)PTC熱敏電阻傳感器來(lái)測(cè)量報(bào)警點(diǎn)和跳閘點(diǎn)的溫度。該傳感器還嵌入在具有Pt100鉑電阻的低壓繞組中。核電恒溫器結(jié)合了PT100主、備用和PTC測(cè)量點(diǎn)的信息。通過(guò)一系列邏輯算法，有效地防止了誤報(bào)警和誤跳閘的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了變壓器PT100和PTC的雙重溫度保護(hù)。

核電溫度控制器濕度控制功能設(shè)計(jì)

由于核電站一般建在沿海地區(qū)，周圍空氣相對(duì)潮濕。變壓器投入運(yùn)行前后，應(yīng)控制變壓器外殼內(nèi)的環(huán)境濕度，防止變壓器受潮。核電干式變壓溫控器通過(guò)專用的環(huán)境溫濕度模塊采集變壓器外殼內(nèi)的溫濕度，實(shí)時(shí)顯示在面板上，并根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的濕度控制值啟動(dòng)加熱器調(diào)節(jié)變壓器外殼內(nèi)的濕度。

一些核電廠不提供獨(dú)立的外部電源，其變壓器電源直接設(shè)計(jì)用于從變壓器的低壓側(cè)汲取電力。因此，一旦變壓器停止工作，干式變壓溫控器也會(huì)停止工作，這將直接導(dǎo)致關(guān)閉變壓器的濕度失控，變壓器變濕。針對(duì)上述問(wèn)題，核電干式變壓溫控器專門設(shè)計(jì)了雙電源開(kāi)關(guān)電路。主電源從變壓器的低壓側(cè)供電，輔助電源從變壓器室的插座供電（干式變壓溫控器的最大功率用于濕度控制不超過(guò)600W，典型容量電源插座是完全可以實(shí)現(xiàn)的）。當(dāng)變壓器停止運(yùn)行時(shí)，核電溫控器電源自動(dòng)切換到室內(nèi)電源，溫控器繼續(xù)工作，控制濕度，防止變壓器被弄濕;一旦變壓器被激活，電源會(huì)自動(dòng)切斷變壓器的低壓側(cè)，以確保變壓器始終處于干式變壓溫控器的監(jiān)控和保護(hù)之下。

核電溫控器電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

核電干式變壓溫控器由雙電源開(kāi)關(guān)電路、電源濾波器/整流器/調(diào)節(jié)器電路、主/備PT100鉑電阻采集電路、PTC熱敏電阻采集電路、單片機(jī)及存儲(chǔ)電路、液晶顯示及鍵盤電路、環(huán)境溫度等組成。由E/濕度采集電路、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路等組成，溫度4~20米A模擬輸出電路和RS-485計(jì)算機(jī)接口電路。

雙電源切換電路

核動(dòng)力控制器的雙功率開(kāi)關(guān)電路由多個(gè)交流接觸器組成，具有電路聯(lián)鎖保護(hù)和主、輔助電源的可靠開(kāi)關(guān)，同時(shí)為了電力安全，在主、二次電源輸入處提供開(kāi)放式保護(hù)。

電源濾波器/變壓器/整流器/穩(wěn)壓電路

（1）核電恒溫器在電源輸入端有一個(gè)由金屬膜安全電容器、陶瓷電容器和電感組成的T型濾波電路。

（2）專門設(shè)置接地入口，確?？煽拷拥?。同時(shí)，電源變壓器用于隔離電壓降，電源變壓器外殼接地。

（3）由高耐壓和大功率二極管組成的整流電路用于將電源變壓器的交流電輸出整流為直流，然后由穩(wěn)壓模塊穩(wěn)定，為主板上的功能模塊提供穩(wěn)定的直流電源。 。

主/備PT100鉑電阻溫度采集電路

（1）采用四線Pt100鉑電阻溫度測(cè)量技術(shù)，通過(guò)恒流源和模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)Pt100鉑電阻電源和溫度采樣。

（2）使用高精度A / D轉(zhuǎn)換器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。

PTC熱敏電阻溫度采集電路

它由電阻和運(yùn)算放大器等元件組成。利用PTC140和PTC150熱敏電阻在超溫報(bào)警溫度點(diǎn)和超溫跳閘溫度點(diǎn)突變中的特性，有效捕獲超溫報(bào)警溫度點(diǎn)和超溫跳閘溫度點(diǎn)。并結(jié)合Pt100的溫度測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)變壓器的雙溫保護(hù)。

單片機(jī)和存儲(chǔ)電路

新型核動(dòng)力干式變壓溫控器的主控芯片抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)置功能強(qiáng)。它具有轉(zhuǎn)換器、通信端口、發(fā)生器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。該芯片廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

液晶顯示器和鍵盤電路

（1）顯示電路采用大屏幕液晶顯示，可同時(shí)顯示每個(gè)繞組的溫度和環(huán)境濕度。顯示界面清晰，直觀，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性高。

（2）通過(guò)輕輕觸摸按鍵，可以方便地設(shè)置和搜索按鍵。

環(huán)境溫濕度采集電路

專用的環(huán)境溫度/濕度測(cè)量模塊可精確測(cè)量周圍環(huán)境的溫度和濕度。

繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路

（1）繼電器驅(qū)動(dòng)電路由總線控制器和繼電器電源驅(qū)動(dòng)芯片組成，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

（2）繼電器電源芯片有輸出，每個(gè)通道的最大驅(qū)動(dòng)容量可實(shí)現(xiàn)過(guò)溫報(bào)警，超溫跳閘，故障等無(wú)源觸點(diǎn)輸出。觸

（3）輸出風(fēng)扇和加熱器有源觸點(diǎn)，控制風(fēng)扇和加熱器啟動(dòng)和停止，達(dá)到冷卻或除濕的目的。

RS-485計(jì)算機(jī)接口電路和溫度4~20mA模擬輸出電路

光耦合器和芯片用于構(gòu)成計(jì)算機(jī)接口電路。溫度控制器可以通過(guò)該接口將每相的溫度值和繼電器狀態(tài)上傳到用戶的主控制計(jì)算機(jī)，并與外部通信電路光學(xué)隔離。

采用由高精度D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和三級(jí)晶體管組成的4-20毫安模擬輸出電路。每個(gè)4-20 mA輸出電路的最大負(fù)載大于300_uuu。

在常規(guī)溫度控制電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，核動(dòng)力溫度控制器采用了新型的高精度溫度采集電路，選擇了具有較強(qiáng)抗干擾能力的控制芯片，增加了濕度測(cè)量/控制和ptc溫度測(cè)量電路。與傳統(tǒng)的干式變壓溫控器相比，大大提高了它的功能、性能和可靠性。

核電干式變壓器的溫度控制器是在對(duì)傳統(tǒng)干式變壓器溫控器可靠性薄弱環(huán)節(jié)的分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。嚴(yán)格遵循機(jī)械工業(yè)部JB/ T7631-2016“變壓器電子溫度控制器”和電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)JB / T17626“電磁兼容測(cè)試技術(shù)”的要求。核電干式變壓溫控器采用全新的設(shè)計(jì)理念，選用新材料，擴(kuò)展新功能，有效提高其性能和運(yùn)行可靠性。

當(dāng)然，本質(zhì)上，核溫度控制器只是一個(gè)帶有濕度控制的變壓器溫度控制器。為了滿足未來(lái)智能、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線等儀器發(fā)展的要求，可以開(kāi)發(fā)以下擴(kuò)展功能，進(jìn)一步提高其整體性能：

（一）對(duì)變壓器的高、低電壓側(cè)進(jìn)行電壓、電流測(cè)量，進(jìn)行電力管理，計(jì)算變壓器效率，計(jì)算變壓器的負(fù)荷曲線，為用戶高效使用變壓器提供技術(shù)解決方案；

（2）記錄變壓器溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)變壓器負(fù)載指南的要求計(jì)算變壓器的剩余使用壽命，方便用戶搜索;

（3）根據(jù)變壓器檢修的要求，提醒用戶按時(shí)進(jìn)行變壓器檢修。

（4）采用成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增加以太網(wǎng)接口和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)儀器組網(wǎng)。

通過(guò)上述功能的擴(kuò)展，核電干式變壓溫控器最終可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)綜合而強(qiáng)大的變壓器智能控制器，從而實(shí)現(xiàn)智能化，網(wǎng)絡(luò)化的干式變壓器。