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1、 本科生毕业论文（设计）题 目: 基于单片机的变压器油温测控系统设计 姓 名: 武 陈 龙 学 院: 数理与信息工程学院 专 业: 电子信息工程 班 级: 电信113班 学 号: 1665110318 指导教师: 樊晓宇 职称: 讲师 2014 年 12 月 30 日安徽科技学院教务处制目录1 绪论11.1变压器油温概述11.2变压器目前所遇到的问题21.3本文的研究内容22变压器油温测控系统的总体设计33系统硬件设计33.1单片机模块设计33.2测温模块设计53.2.1DS18B20数字式温度传感器工作原理63.3键盘模块设计73.4数码显示模块设计83.5执行模块设计94 系统软件设计10
2、4.1 软件介绍104.1.1 Protues软件的介绍104.1.2 Keil-C51软件介绍104.2主程序流程设计114.2.1程序流程设计114.3子程序流程134.3.1延时子程序和初始化子程序134.3.2键盘子程序134.3.3温度采集子程序144.3.3 数码管显示子程序174.4 Protues仿真17致谢：19附录:201.程序202. Protues电路图25参考文献26基于单片机的变压器油温测控系统设计电子信息工程学生 武陈龙指导老师 樊晓宇摘要：变压器在生产生活中起到举足轻重的作用，变压器的油温影响到变压器的各种工作参数，变压器油温必须控制在一定温度才能保证其工作效率
3、。本文用温度传感器进行温度采集工作，利用51单片机为数据处理单元和控制单元来控制变压器的油温以解决变压器油温过高的问题。本文在Protues进行了仿真处理，用DS18B20作为温度传感器，模拟了温度检测、温度设定、温度控制和报警功能。使用这种方案不仅降低了维护变压器的成本，而且提高了变压器的工作稳定性，延长了变压器的使用寿命。关键词：变压器，油温，单片机，Protues，DS18B201 绪论1.1变压器油温概述变压器作为人们日常生产生活的重要电气设备，给远距离电力输送和电压转换提供了极大的便利。变压器在电气设备中应用广泛，与之相关的各种冷却技术也发展迅速。变压器在工作时由于电磁的不断转化，有
4、一部分的能量损失，这部分能量转化为热能，是变压器的温度逐渐升高。变压器的如果长期处在温度过高环境下，其部分材料会由于温度过高产生参数的变化，从而影响工作效率。油浸式变压器仍是现今电网运行中的主流产品。这种类型的变压器在正常运作时，变压器的内部元器件，如绕组、铁心等不断损耗产生热量。这些热量使得变压器内部各器件温度上升，当其工作温度超过标准值温度值，长期工作在这种环境将影响到变压器内部绝缘材料的使用寿命 方大千，方立实用变压器维修技术M北京:金盾出版社，2005:78-89., 张植保变压器原理与应用M北京：化学工业出版社，2007:65-66.。所以，为了使变压器能长期正常运行，必须采用一定的
5、冷却方法降低温度，把温度控制在一定范围 姜伟滔变压器冷却系统的缺陷与改造J. 北京电力高等专科学校学报，2011，(10):65-65., 赵亮现代化变电所运行全书M北京:中国物价出版社，1999.。变压器的冷却方式主要有以下三种 格伦斯威夫特，汤姆S Molinski，Waldmar莱恩一个基本的方法变压器热建模第1部分：理论与等效电路J。IEEE交易在电力传输，2011,16（2）：32-35., G.霍夫曼，T. C. Tennillea，M.RSpringrose电力变压器热待机保护J阿拉巴马电力CONF，1996,12（4）：69-63.：第一种是油浸自冷式，具体是采用管式油箱，在变
6、压器油箱壁上焊接扇型油管，增加散热面积，多用于中小型变压器，当变压器的容量超过2000KVA时，需要的油管多，箱壁布置不下时可以做成可拆卸的散热器，这种油箱叫散热式油箱。第二种是油浸风冷式，具体是在散热器的空档内装上电风扇，增加散热效果，采用这种冷却方式的变压器一般容量在5000KVA以上。第三种是强迫循环冷却式，具体是当变压器容量达到100MVA时，常用油泵使热油经过专门的冷却器冷却，然后再送到变压器油箱里。变压器在带额定负荷和投入冷却装置在环境+40下运行时，我国行标DLuT572-95规定 卓乐友电力工程电气设计手册M北京:水利水电出版社，1991.，油浸风冷变压器的顶层油温不宜经常超过
7、65，油箱内上层油温最高允许在+85。因此，必须通过适时控制变压器的冷却设备启动或停止，以保证变压器正常运行对油温的要求变压器的温度不是稳定的量，当其工作的环境温度发生变化，变压器工作的功率发生改变时，变压器油温也会受到影响而产生变化。因此，及时获取变压器油温参数很有必要。当发现变压器的油温过高时，采取相应降温措施对其降温。1.2变压器现状随着电力系统和计算机技术的发展，所产生的为解决变压器油温冷却相关技术也不断发展。目前，变压器温控系统设计很少采用智能化方案，多数采用纯电路方案，很少有采用单片机实行设计。少数变电站使用了微控制器进行温度调节，但是处于非智能化，不能进行现场调节 Elmoudi
8、，M.莱赫托宁，H. Nordmanconf变压器损耗谐波C。IEEE诠释 SYMP电气绝缘，2006:408-411.。而且控制器与执行器之间隔离不够，导致产生相应干扰，运行不够稳定。继电器、接触器等器件构成控制回路，电路过于复杂，温度传感器、负载电流传感器和时间继电器等精度较低，控制精度差。控制回路复杂，控制逻辑不严密。随着电力系统自动化技术及计算机微处理相关技术的迅速发展，给我们研制微机式温度预测控制装置创造了良好的条件。目前，现场变压器油温的测量大多数仍依靠温度计构成回路来实现，并没有采用单片机技术，少数无人值守变电站的变压器油温测控系统虽使用了单片机，但是装置的控制部分与变压器的运行
9、部分没有完全隔离，经常将现场的干扰信号引入计算机系统，造成死机现象，不能全方位监视程序运行。传统冷却器控制系统存在以下缺点 李林，刘忠变压器冷却风扇自动投入故障的分析及改进J. 电力安全技术，2011,13(2):54-55., 何瑛华，楚淑玲变压器冷却方式改造J. 科技创新导报，2010，（29）:36-36.：(1)控制回路有继电器、接触器等独立的元件构成，控制回路复杂，集成度不高；(2)控制回路的温度传感器、负载电流传感器和时间继电器等精度较低，控制精度差；(3)控制回路复杂，而继电器、接触器等元件的接点数量有限，不能完全实现相互检测，控制逻辑不严密；(4)不具备智能接口，很难实现远程在
10、线监视功能。除此之外，很多已投入使用的变压器油温监测系统是直接以变压器的上层油温 冯玉昌，李云阁，祁文治750KV变压器顶层油温分布的分析J电网与水利发电进展，2007,23(3):17-20.作为冷却系统的启停信号。但变压器在运行过程中由于各种外界因素的影响，其上层油温并不能及时的反映真实的变压器绕组温度，因此在上述的监测系统中就存在不能及时对变压器进行冷却的问题，从而影响变压器的安全运行。为此人们开始尝试使用温度计来实时监测运行时的绕组温度来控制冷却系统的启停信号，以解决上层油温控制风机存在的滞后问题，但目前此方法还不够完善而且成本较高。国内外目前油温控制有以下几种设计方案：（1）以变压器
11、上层油温为散热冷却器启停控制信号的控制回路；（2）采用通过测量变压器绕组温度来控制散热冷却器投切的方式；（3）利用“热模拟”方法 卢万烈变压器绕组温度测量的“热模拟”误差J变压器，1999，36(10):15-18.来测量变压器油温。（4）使用红外技术对变压器的工作温度进行监测。1.3本文的研究内容本设计通过了解变压器工作过程中产热原因，通过智能控制散热器散热来解决其油温过高问题。为实现智能化，本设计采用处理器不断通过传感器获取油温数据，通过检测油温数值大小来控制继电器工作来带动相应的高电压散热装置来降低油温，是变压器始终工作在正常设定温控范围。本设计在设计时考虑到不同环境下所需的油温参数可能
12、不一样，所以设置了相应功能键，来对油温限制进行预设定。考虑到对变压器的定期维护方便，同时设定了数码管来显示当前温度，以及设定温度。2变压器油温测控系统的总体设计本设计将通过选取合理的程序设计对变压器的散热系统进行控制来间接控制油温温度，是变压器稳定运行。系统以AT89S51单片机为主要处理单元 朱景伟，汪光由AT89C2051单片机构成的多点变压器油温巡回检测仪J电子技术应用，1998，24(12):8-10.，通过热阻式温度传感器测试温度经AD转换传输到处理器上，并由数码管输出温度值。由于再设计时便于模拟，再次设计中使用了数字时温度传感器。传感器采集的温度数据送入单片机后会进行储存，当温度高
13、于上限温度则单片机发出开启冷却系统信号。如果在散热系统开启的状态下变压器油温度仍然升高而且实际温度超出上限值，此时处理器会发出报警信号。系统还设有模式输入模块，可以随时根据需要更改上限温度。处理器采用AT89S51单片机。AT89S51微处理器具有价格低，稳定性高可在线编程控制等特点。本设计中温度测试模块采用了数字式温度传感器DS18B20来进行温度的采集工作。DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。功能键采用按键开关进行报警温度设置报警设置，功能模式选择。数码显示模块采用四位一体动态数码管输出温度值，进行报警设置时显示报警温度。外部控制主要是继电器开关的
14、控制，进行弱电和强电隔离。外部控制开关在温度达到温度上限时启动，控制散热器进行油温散热。报警模块采用单片机的输入输出口控制三极管开关和AT89S51单片机的ALE当作频率输出控制蜂鸣器报警。整体硬件设计框图如图2.1所示。图2.1硬件设计总体框图3系统硬件设计本设计的总体电路图如图3.1所示，51单片机作为处理单元和控制单元，DS18B20作为温度传感器，数码管作为显示器，继电器和蜂鸣器作为被控制的外部单元。图3.1硬件电路图3.1单片机模块设计本油温控制系统的中央处理单元采用美国ATMEL公司生产的AT89S51单片机。AT89S51是功耗低且性能较高8位单片机，其片内含有4KB的可编程的Flash闪存存储器，单片机引脚图如图3.2所示。图3.2 AT89S51引脚图AT89S51具有以下标准功能和硬件 谢维成，杨加国单片机原理与应用及C51程序设计M. 北京:清华大学出版社，2006:66.：4KB字节Flash，256B 的RAM，4个8位输入输出口线，内置看门狗定时器，2个数据指针，4个16 位定时器/计数器，5个中断源，片内
