山 东 科 技 大 学
信息与电气工程学院课程设计
单片机在电力系统中的应用设计
题目： 变压器智能保护装置设计
姓名:
班级: 电气工程及其自动化专业2009-3班
学号:
指导老师: 白星振
2012 年 7 月 3 日
目录
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 ----------------------------------------- 1 三、系统模块的设计-------------------------------------- 2
3.1 CPU模块 ----------------------------------------- 2 3.2温度信号处理模块 ------------------------------ 3 3.3电压、电流信号处理模块 ----------------------- 5 3.4报警模块 ------------------------------------- 7 3.5键盘与显示部分 -------------------------------- 7 3.6 RS485串行口通信部分 -------------------------- 8 3.7设计总图 ------------------------------------ 9
四、软件设计流程及流程图 -------------------------- 9
4.1 综合分析 ---------------------------------------- 10 4.2 软件算法 ---------------------------------------- 10 4.3 软件流程图 --------------------------------------- 11
五、设计总结 -------------------------------------------- 12 六、参考文献 -------------------------------------------- 12
一、 变压器智能保护装置设计概述
1、设计背景
电力变压器是电力系统中应用相当普遍而又十分重要的电气设备，它尤其在发电厂、变电站中起着举足轻重的作用！是整个电力系统稳定运转的有力保证！它运行较为可靠，故障机率小。但即便如此，还是可能发生箱内故障、箱外故障及其他不正常工作状态。其中，箱内故障是非常危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁芯，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。一旦发生故障，将给电力系统的运行带来严重的后果。
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。
2、设计的意义
根据变压器的容量大小及其重要程度安装灵敏、快速、可靠和选择性好的各种专用保护装置是极为重要的，通过为变压器配备专用的智能保护装置，有效地保证变压器的安全运行和防止扩大事故。
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→信号处理→信号输出的模式，其系统框图下图所示。左边为信号输入部分，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；右边为信号输出部分，也可分为几个小模块进行设计。
图2-1 保护系统框图
键盘输入和液晶显示模块又称为人机接口模块，主要负责参数的输入和状态的显示，这里采用的是小键盘输入和LCD1602液晶模块。
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、调整变压器的运行。
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及（显示）输出模块、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。下图便是本设计所用到的单片机：
AT89C51：
图3-1 AT89C51外部引脚图 单片机的复位电路：
图3-2 单片机复位电路图
时钟电路:
图3-3 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：
图3-4 MAX6674原理图
另外我们还采用了6N137光耦合器，以求对继电器信号进行采集。这是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
变压器智能保护装置设计
