变压器智能监测装置

1、山东科技大学单片机在电力系统中的应用设计题目：变压器监测（智能）装置设计姓名：班级： 电气工程及其自动化 2010-5班学号：指导老师：2013年6 月25 日摘要变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应作用把一种电压的交流电能 转变为频率相同的另一种电压的交流电能。 在电力系统中，电力变压器作为联系 不同电压等级网络的不可缺少的重要设备， 广泛存在于各级电网中，具安全运行 关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。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，

2、 以达到对变压器实现有效的保护 与控制。关键词：AT89C51;单片机；变压器监测保护目录一、变压器智能保护装置设计概述 11.1 设计背景 11.2 设计的意义 1二、设计方案 2三、系统模块的设计 31 .CPIM 块 32 .温度信号处理模块 53 .电压、电流信号处理模块 64 .报警模块 95 . RS485用行口通彳9部分 10四、软件设计流程及流程图 111 .综合分析 112 .软件算法 123 .软件流程图 13五、 设计总结 14附录设计总电路图 15山东科技大学一.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

3、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，具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

4、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。3二.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一信号 处理一信号输出的模式，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；

5、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、cpiM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 CMOS 8位单片机，片内含4k bytes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F

6、LASH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：单片机复位电路图山东科技大学温度检测模块电路图7时钟电路:TXAL130pF口:L0592.C 30pFTXAL2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+333、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

7、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 0460kHz）、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抹AW它来测量正弦波电压的综合误差不超过 七.AD736采用双列直插式8脚封装，其内部结构图如图3-7:-Vs8kQ输入效大器Ims单元偏置电路工1出放大叁AD736AD736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。山东科技大学电压监测转换模块

8、: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。MAX471内部结构图在测量电流时，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：-36TOLOAD：TOLOAD1OUTPUTU4X47115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

9、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,若变压器最高温度没有高于线 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

10、，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之间采用光电隔离数据通信模块:RS485串行通信电路图四、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pC/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，

11、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 w 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，

12、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）主程序流程图各模北苗妁化乂 时神如新茶刻版勺/器骷博 :：星后古巴村网常人I 点？臼动性止审用案 !工帆井西 鸣笛1 ,般 1，L一洋1 到那号卡商一 次则电注或电底 :是舌k于等定乂是者帽慷好？ : iA£,显小电流电压大, J中卜利埼然新自成的就JWL门动劫止止4等 厂工作，冷却心自动画用五、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。