配电变压器油温在线监测仪设计Word下载.doc

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教研室：

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

配电变压器油温在线监测仪设计

课程设计（论文）任务

该检测仪实时监测变压器的油温，温度检测范围10℃~85℃，精度0.5℃，带有四组开关，用于变压器冷却系统的控制，超温跳闸等。

设计任务：

1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，存储器，晶振电路，复位电路）

2.4组开关电路设计以及油温检测电路设计

3.声光报警电路设计

4.程序流程图设计及程序编写

技术参数：

1．温度检测范围10℃~85℃，精度0.5℃，带有四组开关

2．工作电源220V

设计要求：

1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，模拟量检测电路设计等；

2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；

3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。

进度计划

第1天 查阅收集资料

第2天 总体设计方案的确定

第3-4天 CPU最小系统设计

第5天4组开关电路设计以及油温检测电路设计

第6天 声光报警电路设计

第7天 程序流程图设计

第8天 软件编写与调试

第9天设计说明书完成

第10天 答辩

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

I

摘要

电力系统网络随着社会和科技的高速发展，它的安全便得尤为重要，变压器电力系统高低压转换的重要元件，而油浸式变压器的应用最为广泛，变压器油温是影响油浸式变压器安全稳定运行的一项重要因素。

由于变压器所带负荷和环境温度随所带负荷和环境温度的变化而变化，所以对配电变压器油温的监测显得十分必要，假如油温长期过高而不能采取措施及时降下来的话，绝缘材料会加速老化，绝缘等级降低，影响变压器的使用寿命，严重的还会引起内部短路、燃烧等电器故障。

油浸式变压器常见的冷却方式是变压器内部油循环和外部风扇直吹，本装置采取控制风机的启动和停止来控制变压器的油温保持在规定范围内。

目前，大多数变压器风机启停是采用温度继电器控制。

这种方法的局限是只有一个温度定值，启动或停止风机是以温度高于或低于这一定值来决定，当变压器油温在温度定值附近波动时，会出现风机频繁启停，严重时有可能造成风机烧毁，因此需要一种能够实现智能控制的装置，解决以上问题。

本装置采用设置温度上、下限的方法避免上述情况，并且在确定风机的启动温度时，采用实时比较的方法，以保证风机启动后油温可能达到的最高值不会超过规程规定的上限。

本设计便是针对这一现象，通过对油温的实时监测，从而降低由于油温过高而引发的灾害。

关键词：

变压器；

继电器；

油温；

启动温度

目录

第1章绪论 1

1.1配电变压器油温在线监测仪设计概况 1

1.2本文研究内容 1

第2章CPU最小系统设计 3

2.1配电变压器油温在线监测仪设计总体设计方案 3

2.2CPU的选择 3

2.3数据存储器扩展 5

2.4复位电路设计 6

2.5时钟电路设计 7

2.6CPU最小系统图 9

第3章输入输出接口电路设计 10

3.1配电变压器油温在线监测仪设计传感器的选择 10

3.2配电变压器油温在线监测仪设计检测接口电路设计 10

3.2.1A/D的选转换器择 10

3.2.2模拟量检测接口电路图 11

3.3输出接口电路设计电路设计 11

3.4机对话接口电路设计 12

第4章配电变压器油温在线监测仪软件设计 14

4.1软件实现功能综述 14

4.2流程图设计 14

4.2.1主程序流程图设计 14

4.2.2配电变压器油温在线监测仪设计流程图设计 15

第5章系统设计与分析 17

5.1系统原理图 17

5.2系统原理综述 17

第6章课程设计总结 19

参考文献 20

III

第1章绪论

1.1配电变压器油温在线监测仪设计概况

变压器是电力系统中最为重要的一部分。

因此，对配电变压器油温实时监测对能否为用户提供安全可靠的电能具有重要意义。

变压器的绝缘老化，主要是由于温度、湿度、氧化和油中分解的劣化物质的影响所致。

但老化的速度主要由温度决定，绝缘的工作温度愈高，化学反应进行的愈快，绝缘的机械强度和电气强度丧失的愈快，绝缘老化速度愈快，变压器使用年限也愈短。

实际上绕组温度受负荷波动和气温变化的影响，变化范围很大。

因此，对变压器的温度进行实时采集，使其维持在一定的范围内，对变压器的寿命有重要的意义。

在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，温度监测系统有共同的特点：

测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。

若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、Ａ／Ｄ转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。

本系统的测温范围为10℃～85℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。

然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

1.2本文研究内容

本次课程设计要求对配电变压器的油温进行实时监测，温度检测范围10℃

~85℃，精度0.5℃。

并设计四组开关，分别用于变压器冷却系统的控制，超温报警，超温跳闸等。

在线监测变压器油温对早期诊断变压器故障十分重要，但是因变压器结构复杂，影响其安全运行的因素较多，使得在线监测的难度很大。

油温测量过去一般是采用间接的模拟测量方法，准确性差，而且不及时。

针对以上问题本文研究一种在线无损油温检测装置，应用于照明配电变压器上，其特征在于，包括：

温度探头，包括磁性外壳及其内封装温度传感器，用于采集所述变压器的外部温度；

温度补偿信号处理单元，包括Ａ／Ｄ采集单元、ＣＰＵ温度补偿处理器、通信单元、存储器，所述Ａ／Ｄ采集单元将所述温度探头采集温度进行模数转换，并提供给所述ＣＰＵ温度补偿处理器，所述ＣＰＵ温度补偿处理器将所述温度转化成对应变压器的油温，通过与所述存储器中温度范围比较，当测得的所述变压器油温超过上下限值，通过所述通信单元报警。

本实用新型较传统变压器油温检测开孔改造相比，具有施工简易，无需停电，不影响变压器的性能等优点。

硬件电路设计：

4.软件设计（程序流程图设计）

第2章CPU最小系统设计

2.1配电变压器油温在线监测仪设计总体设计方案

整个系统拟采用温度传感器的信号进行采集，当获取所需的信号之后，经过对信号的滤波和放大电路的放大号，传输至A/D转换器进行A/D转换，将采集到的温度信号转换为4～20mA的电流信号，再经V/F变换器转换为频率信号，由AT89C51分析频率信号，得到当前的温度值，并且形成显示码送给LED显示模块，同时校验判据，形成控制信号送控制模块。

，温度信号经过温度测量模块后，功能按键有以下五项功能：

启动风机、停止风机、显示当前定值、恢复运行以及选择定值。

最后将数字信号读入单片机内，经过单片机的数据处理后，最后将处理后的结果显示出来。

图2.1过程层原理框图

2.2CPU的选择

　AT89C51是美国ATMEL公司生产的8位FlashROM单片机。

其最突出的优点是片内ROM为FlashROM，可擦写1000次以上，应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有片程序ROM二级保密系统。

因此可灵活应用于各种控制领域。

图2.2AT89C51芯片管脚图

采用MCS-51系列这一款的单片机，应首先了解MCS-51的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能，MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统和定时器/计时器等功能的结合在一起的微型计算机。

89C51引脚图如图2.2所示，具体各管脚功能如下：

1、电源引脚VSS和VCC

VCC（40）：

电源端。

VSS（20）：

接地端。

2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19）：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2（18）：

来自反向振荡器的输出。

3、控制信号引脚RESET、ALE//PROG、/PSEN和/EA/VPP

RST（9）：

复位输入，高电平有效。

当振荡器工作时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE//PSEN（30）：

地址锁存允许信号。

此频率为振荡器频率的1/6。

ALE信号可以用作对外输出的时钟或定时信号。

需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

在对89C51片内4KBFlashROM编程（固化）时，此引脚用于输入编程脉冲PROG。

/PSEN（29）：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP（31）：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

4、输入输出引脚P0口、P1口、P2口、P3口

P0口（32～39）：

P0口为一个8位双向三态I/O口。

在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址线和8位数据线；

在FlashROM编程时，它输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。

P0口可驱动