变压器采用封闭式结构设计，热量积累大，散热效果差。 其使用寿命与电气绝缘性能有关，而电气绝缘性能的老化则由温度决定。 温度参数是衡量变压器是否安全、经济运行的决定性因素。 当变压器的热量辐射并传导到周围以平衡加热和散热时，各个部件都会被加热，并且绕组的温度会高于其他部件[1]。
通过实时在线检测变压器绕组的温度，可以判断其运行状态，进行负荷调整和预测性维护，避免因绕组过热而损坏变压器，可以为安全运行提供重要保障。以及变压器的经济运行。 目前，检测变压器绕组热点温度常用的方法有：光纤传感器测温、电信号传感器测温、红外传感器测温等[2-3]。 传统的温度检测一般采用压力温度计或热电阻作为检测器件，并采用有线连接方式上传数据。
由于毛细管过长，毛细板放置不当，或端子有灰尘或松动，导致检测电阻大于实际值，导致实际测量过程中温度值有时会出现偏差。
目前，更多的电气设备检测信号开始采用光纤传感器进行检测信号的传输，特别是光纤光栅温度传感器作为变压器绕组温度检测装置，广泛应用于国内外大型电力变压器的检测中[4] -5]。 利用无线通信技术进行电力设备监测是一个充满潜力的研究方向。 如果减少用于设备监控的电力线和电线来进行信号传输，是一个研究热点，例如物联网技术和无线工业以太网技术。
文章提出基于Zigbee无线技术的变压器温度检测系统可以有效避免上述问题。 采用铂电阻温度传感器和射频芯片CC2520组成的无线通信网络，可以高精度测量变压器的绕组温度。
1 系统主要功能
测量系统采用宏晶公司的STC作为主控装置，主要由温度采集、Zigbee无线通讯和上位机监控软件三部分组成。 温度信号的AD采集采用内置8通道10位高频段ADC，最多可同时采集变压器绕组的8个节点温度。
终端监控节点采用液晶显示装置显示变压器绕组当前温度值。 温度报警值通过键盘设定。 当温度超过设定值时，单片机输出低电平驱动继电器，开启变压器冷却装置和超频装置。 温度报警装置，系统框图如图1所示。
图1 系统结构框图
2 检测系统硬件设计
2.1 单片机的选择
检测系统采用宏晶公司的STC15FF2K60S2单片机，片内数据存储器为2048字节； 速度比传统8051快约10位； 采用低功耗设计，具有低速、空闲、掉电三种工作模式。 该单片机内置复位电路、晶振电路，内置8通道10位高频段ADC，3通道具有捕捉、比较单元等功能，大大简化了单片机的外围电路设计。
系统利用其内置的10位A/D转换来A/D采集外部铂电阻传感器信号。 单片机的外围接口电路如图2所示，图中的P2接口连接射频收发器CC2520。
图2 单片机及外围电路设计
2.2 铂电阻及信号调理电路
为了提高变压器绕组检测的可靠性、稳定性和准确性要求，传感器指标的选择至关重要。 铂电阻具有性能稳定、互换性好、精度高、耐腐蚀、调理电路简单等一系列优点，广泛应用于工业测控系统中。
铂电阻Pt100传感器利用电阻值随温度变化且具有一定函数关系的特性来测量温度。 电阻R的温度t的函数表达式如下：
式中，R0为温度为0℃时100Ω的电阻值； 式中，Rt为t℃时的电阻值，a取常数3.908×10-3/℃； b取常数-5.802×10-7/℃。
由铂电阻组成的电桥电路和调理电路如图3所示。
图3 温度检测电路
2.3 射频芯片CC2520外围电路设计
CC2520无线射频收发器是德州仪器（TI）推出的2.4GHz免许可第二代产品。 具有功耗极低、外围元件少、性能稳定等优点。 它可以替代常用的RS-422或RS-485有线连接，适用于变压器绕组温度的实时无线检测。
ZigBee技术可以实现网络节点无需人工干预，自动感知其他节点，发现连接关系，形成结构化的无线网络。 ZigBee技术具有自愈功能，可以调整网络拓扑，保证整个检测系统能够正常工作。 CC2520收发器的外围接口电路如图4所示。
图4 CC2520的外围接口电路
2.4 CC2591射频放大器
CC2591是射频前端放大器。 当与 CC2530 配合使用时，Zeebig 无线收发器系统可以提高 RF 性能，并将传输距离从 1000 米增加。 CC2591内部集成了低噪声放大器、功率放大器、平衡转换器、开关等，外部电路只需连接少量电容和电感即可提高射频性能。 其外围电路如图5所示。
图5 CC2591外围电路原理图
2.5 报警及开关电路设计
当温度超过设备值时，为了引起现场工作人员的注意，监控装置具有声光报警功能。 报警和开关电路是通过单片机输出低电平来实现的，低电平经三极管放大后驱动蜂鸣器和继电器，通过继电器的吸合开启冷却装置[6]。
3 软件设计
3.1 控制端软件设计
软件程序在Keil uVision4开发环境下用C语言编写。 软件程序采用模块化编程方式，由主模块和功能子模块组成。 子模块主要包括温度采集与处理模块、按钮处理模块、报警温度设置模块、无线通讯模块和显示模块。 对于温度的AD采集，每次对同一通道的温度连续采样60次，去除最高值和最低值，剩余值取平均值。
检测终端主要完成变压器绕组温度的检测和传输。 微控制器处理温度采集并通过定义的数据发送和接收协议控制ZigBee无线通信。 测试数据由控制终端传输至上位机监控软件。 ZigBee无线模块与微控制器采用串行异步通信方式。 软件程序流程图如图6所示。
图6 软件程序流程图
3.2 ZigBee无线通信软件设计
系统上电后，进行功能模块初始化和节点网络搜索可用数据采集。 如果检测到有可用网络，则执行加入网络的程序。 同时判断检测到的信息类型是数据还是控制命令，并执行相应的程序处理。 ZigBee通信处理流程图如图7所示。
图7 ZigBee通信处理流程图
3.3 上位机软件设计
上位机软件设计是在当前流行的Windows平台应用Microsoft Visual Studio 2010开发环境下用C#语言编写的。 根据用户权限启用相应的功能。 主界面主要包括通讯创建、报警设置、数据记录保存、数据处理、端口接口设置等功能。
系统可根据不同权限的用户调用不同的主界面函数； 提示用户身份权限、显示当地时间等功能。 系统可保存历史数据并统计当天温度超过设定值的总次数。 软件界面如图7所示。
图8 上位机软件界面
4。结论
本文采用STC15系统单片机作为控制器，采用铂电阻Pt100传感器作为变压器绕组温度检测装置。 完成变压器工作温度的检测，通过检测值与设定值的比较来判断冷却装置是否开启。 。
利用Microsoft Visual Studio 2010开发了检测系统软件平台，用于评估变压器绕组温度状态并实现温度报警和故障预警。 该系统具有结构合理、使用方便、性能可靠的特点。 能够满足变压器温度检测的需要，具有非常广阔的应用前景。
