1概述
绝缘油是一种广泛应用于电力变压器等电气设备中的绝缘介质。击穿电压是表征绝缘油介电强度的一项重要指标，是衡量绝缘油在电气设备内部耐受电压能力的尺度。充油电气设备在运行过程中因种种原因，绝缘油的品质会发生变化，造成设备绝缘性能下降。因此对绝缘油的电气强度要定期进行测试。现有的绝缘油击穿电压测试仪器中，测试过程仍主要依靠操作人员手动操作完成，测试效率低，难以保证测试结果的准确性和操作安全性。因此，我们研制了采用单片机的绝缘油击穿电压测试仪。
2测试方法和仪器工作过程
测试绝缘油的击穿电压是将待测绝缘油样品，通过高压电极施加工频交流电压，并逐渐增大电压值，直到绝缘油被击穿或升压达到试验电压最大值，从而测得绝缘油的介电强度。由于绝缘油样品中存在的各种杂质成份分布非均匀和油的运动(包括油中杂质的布朗运动)等因素的影响，击穿电压的测试结果具有分散性，因此要求进行数次测试，取各次测量的平均值作为测试结果，油样测试前还要静止放置一段时间，以提高测量结果的可信度。
采用单片机组成的绝缘油测试仪系统功能结构如图1所示，试验电压发生部分由升压变压器、自耦变压器、步进电机及其驱动电源组成。步进电机驱动自耦变压器的中间抽头为升压变压器提供(0～200)V输入电压，升压变压器输出(o～60)kV(有效值)的电压。步进电机的转速调节是通过改变驱动脉冲的频率来实现的，非常便于单片机控制；便于调节升压速度。自耦变压器的输出电压还接至取样变压器，降压后整流为(0～10)V直流电压，送入单片机系统进行A／D转换。升压控制与试验电压取样电路原理如图2所示。系统采用4位LED显示器显示试验电压值和其他有关信息，选用TPμP16面板式微型打印机输出试验结果。控制部分由单片机及其接口电路和控制软件组成。
测试仪工作过程如下：操作人员发出测试命令后，仪器在单片机控制下，启动步进电机正向运行，进行升压。如果在升压过程中绝缘油被击穿或升压达到试验电压的最大值，则一次测试完成。升压过程中绝缘油被击穿时产生的击穿信号或自耦变压器中间抽头到达上限位置时位置开关发出的信号送入单片机，引起单片机中断，停止步进电机运行，记录测试结果，然后控制步进电机反向运行，使测试电压回零，准备下一次测试。本测试仪设计对样品进行5次测试，然后计算平均值打印输出。
3单片机系统硬件设计
MCS一8031单片机是测试仪的核心，单片机系统配置和原理电路如图3所示。
系统中扩展了一个A／D转换接口用于将试验电压转换成数字量，A／D芯片采用逐次比较式转换器AD574A，分辨率12位，转换速度25μs，片内有3态缓冲器，转换结果输出的高8位和低4位直接与单片机的P0口相接，转换控制信号A0和转换启动与数据读出控制信号R／C由MCS一8031的和提供，A／D转换采用中断方式，转换／完成状态信号STS接MCS一8031的(INT1)作为MCS一8031的外部中断信号。串行口(RXD)和(TXD)用做显示器接口，串行输出的显示码由串行输入、并行输出的移位寄存器74I，S164转换成8位并行数据驱动I。ED显示器。绝缘油击穿信号和升压达上限信号并联起来作为中断信号接单片机的(INTo)。
系统中，扩展了一片并行I／O接口芯片8255，用做打印机、步进电机驱动信号接口和触点信号输入。其中，8255的PB口用于连接打印机的数据线，打印机的选通信号STB和状态信号BUSY分别接8255的和。步进电机驱动控制信号从、和输出，经过光电隔离、放大电路放大后驱动步进电机。用做讯响信号输出。系统中设置了5个输入键，分别是测量命令键、打印命令键和数据输入选择功能键、输人数据的增量键和减量键。输入的数据有升压速度、日期、时间和样品批次等。
4单片机软件设计
软件由主控程序、中断服务程序和功能子程序组成，采用主控程序循环扫描和事件中断、定时中断的多道程序并行结构。主控程序控制整个测量过程，程序流程如图4所示。事件中断有以绝缘油击穿信号或自耦变压器上限位置限位开关信号为中断源的INTo中断，A／D转换结束引起的INTl中断。仪器开机后主控程序先进行自检和初始化，设置中断方式和8255的工作方式，对定时器T0和T1初始化，设置工作单元初值等，然后扫描键入信号，测试开始前要输入升压速度、日期和时间等数据，如未输入则取默认值。按下测量键后开始测量，为保证测试安全，除了检查升压变压器室的门是否关好以外，还要连续两次输入测量命令，确认后才开始测量。程序首先按照要求的升压速度计算步进电机驱动脉冲信号的频率，确定T0的定时常数，启动T0定时输出脉冲，开始升压，同时启动A／D转换，将试验电压随时转换成数字量。To相当于变频脉冲发生器，T0中断服务程序则起环形分配器作用，将脉冲分配到、和输出。A／D转换连续进行，在A／D转换中断服务程序中，读取A／D转换结果，并启动下一次转换过程。主控程序则不断地将A／D转换值转换成10进制数进行实时显示，当绝缘油被击穿或升压达上限时，引起INT0中断，INT0中断的级别最高，CPU立即响应，进入中断服务程序，停止步进电机运行，设立测量结束标志，延时后停止A／D转换，重新启动T0定时，改变脉冲输出顺序，步进电机反转，试验电压回零。全部测量结束后，主控程序对测试结果进行处理，计算测试结果平均值，处理包括测试数据补偿、检查各次测量值中是否有超出平均值25％的情况，两杯同一油样的测试结果比较等。然后打印该样品的试验结果，包括测试时间、样品批次、各次测量值和平均值、两杯油样测试结果差值等，然后再去扫描键人信号，准备下一个样品的测试。T1作为基准时间定时器，提供基准时间供计时和控制延时用。
