1. 研究目的与意义
随着社会经济的迅速发展，人们对电能的需求越来越高，在2019年，我国大陆全社会用电量达到7.2255万亿kw[6]，约占全世界发电量的1/4。我国的电力系统向超高压、大电网及自动化方向快速进军。面对如此巨大的用电量，变电站的安全运行工作显得极其重要。电力变压器作为变电站的一次电力设备，在日常的工作过程中，电力变压器经常会因为外界环境或者自身的温度、湿度和短路等影响，造成很多故障[7]，这些故障便会对变电站的正常运行和其他电气设备的运行产生影响，最终造成人们在经济等方面的损失。传统的变压器故障诊断有外观检查、高压电气试验、油色谱分析、油化实验、局部放电试验、红外测温和绕组变形实验等检查方法[8]。这些方法需要员工定期的检测变压器的运行状态，虽然在一定程度上避免了故障的发生，却很难及时发现一些潜在的故障。这个时候，针对实时监测变压器的故障，电力变压器的故障诊断系统便应运而生。观察员可以实时地观测到变压器运行时的状态，实时观测获取的状态信息对变压器常见故障的预防骑着积极作用，有效的降低了变压器发生故障的风险，以便工作人员尽早的排除风险。
变压器检测技术早在1973年国外的halstead就发表论文，提出变压器绝缘油中特定碳氢气体的析出速率与温度变化的关系，在halstead及rogers等人研究基础上，iec三比值法[9]是目前利用dga（油中溶解气体分析）结果对充油电力设备进行故障诊断的最基本的方法。国内近年来在局部工程方面做了很多工作，而在基础方面研究较少，与国外相比还有很大差距。国内的张启清，吕厚余等人提出的电力变压器的红外故障诊断专家系统模型，为变压器故障类型的确定，估计故障温度、功率与面积大小以及故障发展趋势、故障定位提供了新的研究途径。
变压器故障诊断系统是指以信息技术、网络技术、传感技术、监控技术及诊断技术等多种技术为一体的综合应用。传统的变压器故障检测耗费人力物力，检测单一，缺乏故障信息的显示；为客服以上检测技术的缺陷，并引进故障检测系统，文献[10]、文献[11]中的作者分别采用了fpga和fta故障树来完成故障检测系统的设计。虽然这种设计能够实现对电力变压器的故障检测，解决了实时的数据记录的问题，但是这种设计受限于它的灵活性，只能依靠硬件来实现所有的功能，设计的灵活性大打折扣。fta故障树可以很好的分析推理故障信息，但是受限于它本身从上到下的分析方式，无法分析出所有的初始故障，这对电力变压器的故障诊断系统来说不能找出根结所在。综合考虑以上系统的优缺点，本系统采用plc可编程逻辑控制器作为主控单元，plc是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。在制造业中，有许多基于切换的开环顺序控制，根据逻辑条件执行顺序操作编号，顺序操作以及根据逻辑条件控制链保护操作，而与顺序和时序无关。多个开关量、脉冲量、定时、计数器、模拟警报和其他超限警报主要是单独的数据收集和监视。由于plc的控制是由程序控制执行的，它的可靠性和运行速度都熬明显优于继电器的逻辑控制，可以迅速的对变压器的故障信息作出反应。同时，plc具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，加上触摸屏的人机界面，plc可以满足过程控制中对人机界面的要求。最后，通过plc与基于rs485通信协议和上位机的组态软件相结合，实现了对电力变压器常见故障进行自动监控及网络集成。同时，为完善系统的检测功能，本系统采用了相应的传感器，用来达到实时检测的目的。并将检测到的数据转化存储并传输给上位计算机，上位计算机在利用其强大的科学计算功能、专家知识和专家库，完成从故障特征到故障原因的识别工作。并通过人机界面，给出故障的位置，报告和解析故障诊断结果，给操作员提出相应的排除故障的建议。如气相色谱检测和红外光谱检测，通过测定油溶气体的类别和浓度，就可以快速准确，而又不接触电力变压器的检测出运行状态。
现阶段很多电力企业也逐渐提高了对电力变压器状态检修的重视程度，一方面对电力变压器进行定期检修，另一方面也通过电子信息技术对电力变压器的运行状态进行实时监测，从而预防电力变压器出现故障给人们带来的困扰。
2. 研究内容和预期目标
(1)本课题旨在设计一款基于plc控制的电力变压器故障诊断系统，用于对电力变压器故障诊断常见故障进行诊断及分析。该系统基于西门子s7-200系列的plc作为系统的主控单元，与采用基于rs485通信协议与上位机上运行的组态软件相结合，以实现对电力变压器常见故障进行自动监控及网络集成；
(2)完成的功能：对电力变压器的常见故障进行诊断、报警，通过plc控制的系统及时的向操作员报告电力电压器的诊断报告，使操作员能够及时的应对故障；
(3)电路原理图设计；
3. 研究的方法与步骤
本课题采用西门子s7-200系列的plc以及基于rs485通信协议与上位机运行的组态软件开发电力变压器常见故障诊断系统，实现对电力电压器常见故障的检测、统一监控、最终集中管理。本课题主要通过以下步骤完成：
(1)了解电力变压器常见故障相关资料的文献；
(2)撰写和完善开题报告;
4. 参考文献
[1] 吴志敏，阳胜峰.西门子plc与变频器、触摸屏综合应用教程.北京：中国电力出版社，2009
[2] 王阿根.plc控制程序精编108例.北京：电子工业出版社，2009
[3] 杨后州.西门子s7-200 plc编程速学与快速应用.北京：电子工业出版社，2010
5. 计划与进度安排
(1)2022.2.26—2022.3.12 查阅资料，撰写开题报告；
(2)2022.3.12—2022.4.17 硬件功能分析，熟悉西门子s7200系统指令及组态软件编程；
(3)2022.4.17—2022.5.18设计电路原理图、编制应用程序；
