变压器智能监测装置Word文件下载.docx
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关键词:
AT89C51;
单片机;
变压器监测保护
一、变压器智能保护装置设计概述1
1.1设计背景1
1.2设计的意义1
二、设计方案2
三、系统模块的设计3
1.CPI模块3
2■温度信号处理模块5
3■电压、电流信号处理模块6
4■报警模块9
5.RS485串行口通信部分10
四、软件设计流程及流程图11
1.综合分析11
2.软件算法12
3.软件流程图13
五、设计总结14
附录
设计总电路图15
1.变压器监测(智能)装置设计概述
1.1设计背景
随着电力系统的发展,电网的容量,电压等级不断提高,大型高压变压器作为电能传送的枢纽,尤其在超高压远距离输电过程中其重要性不言而喻,它的安全运行与否,直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。
特别是由于大型变压器结构复杂、造价昂贵,一旦发生严重故障而损坏,将给维修工作带来很大困难,造成经济上的重大损失。
电力变压器是电力系统中的重要设备,它在整个电力系统中起着能量和电压转换的作用,其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。
鉴于电力变压器在系统中的重要性,电力变压器的保护一直受到世人的重视和关注。
1.2设计的意义
变压器发生故障若不能快速切除,不但会烧毁变压器,而且会引发系统事故或大面积停电事故,给电力系统自身和社会生产带来重大损失。
近年来,电力系统的规模不断扩大,尤其是超高压远距离输电系统越来越多地投入使用,使得大容量变压器的应用日益增多,其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。
2.设计方案
根据方案所需要实现的功能,我们将系统构建成信号输入T信号处理T信号输出的模式,其系统框图下图所示。
上边为信号输入部分,可分为几个小模块进行设计;
中间是信号处理部分,为AT89C51最
小系统;
下边为信号输出部分,也可分为几个小模块进行设计。
电流检测模块采用的是Maxim公司生产的Max471芯片,电压检测模块采用AD736,温度监测模块选用Maxim公司的MAX6674。
在电压、电流分别通过电压互感器和电流互感器后,再经过电流、电压监测模块,进行对数据的采集与转换;
变压器的温度直接通过温度监测模块进行收集,接着把转换过的数据通入单片机中进行处理,最
后报警并显示变压器当前的参数值并自动地控制、调整变压器的运
三、系统模块的设计
从总体上看,变压器智能保护系统可以分为以下模块:
CPU模块、温度信号处理模块、电流信号监测处理模块、电压信号监测处理模块、通信模块。
下面我们就一一进行较为详细的阐述。
1、CPU模块
在本设计中采用的微处理器(CPU)是AT89C51,它是美国
ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes可编程可电擦除的只读存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM),片内置通用8位中央处理器,和FLASH存储单元,功能强大,可供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
在本系统中,只需一片89C51并少许扩展外围信号调理电路,即可出色地实现本系统功能。
单片机的复位电路:
单片机复位电路图
时钟电路:
TXAL1
30pF
[丫
1——11.0592MHz
C
时钟电路图
2、温度信号处理模块
采用Maxim公司生产的数字温度变送器MAX6674
MAX6674原理图如图3-4:
MAX6674原理图
温度监测模块:
IK-3.3A+33
温度检测模块电路图
3、电压、电流信号处理模块
对于电压信号处理模块,我们采用AD736芯片进行对电压的采集与A/D转换。
AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。
其主要特点是准确度高、灵敏性好(满量程为200mVRMS)、测量速率快、频率特性好(工作频率范围可达0〜460kHz)、输入阻
抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200卩A用它来测量正弦波电压的综合误差不超过£
%.
AD736采用双列直插式8脚封装,其内部结构图如图3-7:
AD736内部机构图
在测量电压时,由于变压器的电压量值较大,我们需要先通过电压互感器,将交流高电压降低为交流低压,以便于我们所设计的电压监测控制模块的安全与有效处理。
电压监测转换模块:
VCC-5V
T
O.lvF
lOuF
电压监测转换模块电路图
接着,对于电流信号处理模块,我们采用Maxim公司生产的MAX471芯片,有一个电流输出端,可以用一个电阻来简单的实现以大地为参考点的电流转换,并可工作在较宽的电压范围内。
拥有完美的高端电流监测功能,内部含有精密的内部监测电阻,在工作范围内,精度为2%。
MAX471内部结构如图3-9。
在测量电流时,也需要先将大电流转换为小电流,再通过电流监测转换模块。
电流监测转换模块:
OUTPUT
电流监测转换模块电路图
4、报警,警示灯部分
当电力变压器的温度,电流,电压超出额定值时,系统警报系统将会亮灯、鸣笛给与警示,以防工作人员在变压器故障情况下进入工作区域,造成人员伤亡。
随后系统将会根据情况自动进入以下两种维修状态。
1•当变压器温度高于线圈材料的熔点时,即便变压器冷却下来,电流、电压降低下来,也不能随即启动,必须先人为检修后,才能重新启动(通过按钮手动启动)。
2,若变压器最咼温度没有咼于线圈材料的熔点,则可以待变压器冷却后直接自动重启。
报警模块:
报警模块电路图
5、RS485串行口通信模块
在综合了传输距离,传输成本等多种因素后我们选择串行口通信,进行数据的创送。
为了防止外界干扰,首先采用高速光耦将单片机的UART口和RS-485通信器件隔离,单片机和RS-485通信器件单独供电,这样由通信线路从外界引入的干扰将止于高速光耦处,不会从光
耦进入单片机,大大提高了单片机的稳定性。
单片机异步通信口与76176之间采用光电隔离
四、软件流程设计
1.综合分析
综合考虑主变压器智能保护系统的高实时性、多任务多线程、AT89C51的硬件条件和实际可操作性,最后确定以51系列卩C/
OS-II的小型实时操作系统作为系统控制的运行平台,在其基础上进行主变的智能实时测控保护。
综合考虑本系统需要实现的功能,总结出了六大任务可供系统调用:
温度检测任务、一二次侧电流检测任务、一二次侧电压检测任务、RS-485总线通信任务、智能报警任务。
在这些任务中,温度检测任务、电流、电压检测任务、报警任务均没有外部中断启动条件,因此,这些任务都作为时钟实时定时任务。
RS-485总线通信任务是由外部中断触发启动或者内部事务主动调用启动。
本系统的开发编译环境采用Keil卩Vision3,它是KeilSoftware公司最新出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。
2.软件算法
本系统的软件算法主要涉及到温度监测、一二次侧电压电流监测、通信控制、系统报警调度控制。
温度监测将作为一个系统时钟中断驱使任务,可定时实时完成;
电流、电压监测也将作为一个系统时钟中断驱使的任务,定时实时完成;
供显示任务和通信任务调用;
键盘显示控制中共有4个按键,先由2个I/O口扫描输出,然后再由2个I/O扫描输入,确定按键是否按下;
通信控制算法主要是解决通讯任务的启动方式,分为实时中断启动和随机中断启动两种方式;
系统调度控制的作用是对上述几个任务进行调度和分配,同时也承担系统各控制参数的修改、控制和检测。
3.软件流程图(简易)
主程序流程图
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五、设计总结
在本实验设计中,我们根据当前变压器保护装置的设计方向,将变压器的一二次侧的电压与电流、变压器的温度这三组量作为电力变压器运行状态的检测参数,通过对参数的测量并随之采取相应的措施,以达到对变压器实现有效的保护与控制。
通过这次课程设计,使自己的动手能力增加,也增强了自己发现问题和解决问题的能力,作为一个学习电气专业的学生,单片机编程对我们来说真的很重要。
经过这次课程设计,我学会了很多东西,不仅仅是关于单片机的一些知识,更有面对一个课题时的态度。
一个看似离我们很遥远的设计,我不再害怕了,只要一步一步的走下去,遇到困难,解决困难,我们就一定能够作出自己理想的电力电子器件。
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