变压器瓦斯保护仪设计课程设计论文

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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 变压器瓦斯保护仪设计变压器瓦斯保护仪设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气10104 4班班 学学 号：号： 101003031200303120 学生姓名：学生姓名： 马志瀛马志瀛 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2012013 3.06.24-201.06.24-2013 3.0707.1212 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 电气教研室 注：成

2、绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号100303120学生姓名马志瀛专业班级电气104班 课程设计 （论文） 题目 变压器瓦斯保护仪设计 课程设计（论文）任务 该检测仪实时监测变压器油的流速，当流速超过阈值时，启动相应的开关量输出控制 启动保护装置，并发出报警信号。 设计任务：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. 传感器选择及接口电路设计 3. 开关量输出接口及报警电路设计 4. 程序流程图设计以及具体程序编写 技术参数：技术参数： 1变压器容量是 5000KVA 2保护仪的工作电源为 220V 3变压器

3、的流速上限为 0.6m/s 设计要求设计要求： 1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等； 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 天传感器选择及接口电路设计 第 6 天开关量输出接口及报警电路设计 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

4、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 摘 要 变压器作为电力系统输电不可或缺的装置，其可靠性和安全性对整个电网的 可靠，持续供电起着关键作用。瓦斯保护作为变压器保护的重要组成部分，是变 压器安全，可靠运行的基础。本文阐述了变压器瓦斯保护作用及其设计过程。 针对本次设计，选用 QJ1-80 气体继电器作为瓦斯保护的继电器，再由按键 电路连入 CPU 进行处理计算，通过报警系统进行报警。 关键词：变压器；瓦斯保护；QJ1-80 气体继电器 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 变压器保护概况 .1 1.2 变压器瓦斯保护概况 .2 1.3 本文研究内容

5、 .2 第 2 章 CPU 最小系统设计.4 2.1 瓦斯保护仪总体设计方案 .4 2.2 CPU 的选择 4 2.3 数据存储器扩展 .6 2.4 复位电路设计 .7 2.5 时钟电路设计 .7 2.6 CPU 最小系统图 8 第 3 章 瓦斯保护仪输入输出接口电路设计 9 3.1 瓦斯继电器的选择 .9 3.2 瓦斯保护仪检测接口电路设计 .9 3.2.1 独立式按键电路选择.9 3.2.2 模拟量检测接口电路.11 3.3 瓦斯保护仪输出接口电路设计 11 第 4 章 瓦斯保护仪软件设计 .13 4.1 软件实现功能综述 13 4.2 流程图设计 13 4.2.1 主程序流程图设计.13

6、 4.2.2 模拟量检测流程图设计.14 4.2.3 报警装置流程图设计.14 4.3 程序清单 15 第 5 章 系统设计与分析 .16 5.1 系统原理图 16 5.2 系统原理综述 16 第 6 章 课程设计总结 .17 参考文献 18 第 1 章 绪论 1.1 变压器保护概况 变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中极其重要组成部分， 它在电力系统的发电，输电，配电等各个环节中被广泛使用。随着近些年来，电 力系统规模的不断扩大，电压等级的提高，增加了很多大容量的变压器，因而它 的安全运行与否，是整个电力系统能否连续稳定工作的关键，也是电力系统可靠 工作的必要条件。而且电力变压

7、器本身造价昂贵，一旦发生故障而遭到破坏，将 给维修带来很大困难，造成大的经济损失。因此，必须根据变压器的容量和重要 程度，并考虑到可能发生的各种故障类型和不正常运行状态，来装设性能良好、 工作可靠的继电保护装置。 分析电力变压器的故障，可分为短路故障和不正常运行状态两种，而变压器 的短路故障，又可按发生在变压器的内外部情况分为内部故障和外部故障。变压 器的内部故障主要是指各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝 间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地短路故障等。变压器的外部故障主要 是指外部绝缘套管和引出线上发生的相间短路和直接接地短路故障。 根据上述故障类型和不正常运行状态，变压器

8、应装设以下保护： （1）瓦斯保护 对于变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应 于油箱内部所产生的气体或油流而动作，同时也能反应绕组的开焊故障。 （2）纵联差动保护或电流速断保护 为反应变压器绕组和引出线的相间短路故障，中性点直接接地侧绕组和引 出线的接地短路故障以及绕组匝间短路故障，应装设纵联差动保护或电流 速断保护。保护动作后，跳开变压器各电源侧的断路器。 （3）反应外部相间短路的后备保护 动作于变压器的外部故障和作为主保护的后备保护，根据变压器容量和应 用情况，可分别采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流 及单相式低电压起动的过电流保护、阻抗保护。 （4）

9、反映外部接地短路的接地保护 对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，应装设零序 电流保护。当电力网中部分变压器中性点接地运行，应根据具体情况，装设专 有的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。 （5）过负荷保护 对 0.4MVA 以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷 的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于 一相电流上，并延时作用于信号。 （6）过励磁保护 高电压侧电压为 500KV 及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的 变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。 （7）非电量保护 对变压器本体和有载调压

10、部分的温度，油箱内压力升高以及冷却系统的故 障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。 为实现上述保护内容的功能，适应当今大容量变压器应用的日益增多以电 力系统网络日益复杂化的趋势，并伴随着计算机技术的迅速发展，微机继电保护 装置在高压电王中得到了广泛的应用，成为目前继电保护中最重要的保护形式。 微机保护相比与传统的保护装置，具有更高的可靠性、快速性和灵敏度，可更大 限度的保证电力系统和变压器的安全运行，减少事故的损失。 1.2 变压器瓦斯保护概况 瓦斯保护是变压器内部故障的基本保护，它的主要器件是瓦斯继电器，安装 的位置在油箱与油枕之间的联接管道中。当变压器油箱内部发

11、生故障时，短路电 流产生的电弧使变压器油和其他绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，这 种可燃性气体统称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越 快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。瓦斯保护是利用变压器油受热分 解所产生的热气流和热油流实施保护动作。在瓦斯保护装置中，反应这些特性的 基本器件是瓦斯继电器。 在变压器正常工作时，瓦斯继电器的容器内一般是充满变压器油的，它的 两对灵敏水银触点是断开的。如果变压器内部出现轻微故障，此时上面一对水 银触点闭合，接通信号回路，发出报警信号，即继电器轻瓦斯动作。如果变压 器内部发生严重故障，使下面一对水银触点闭合，接通跳闸回路，切断与

12、变压 器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用，即继电器中瓦斯保护。 1.3 本文研究内容 该检测仪实时监测变压器油的流速，当流速超过阈值时，启动相应的开关量 输出控制启动保护装置，并发出报警信号。 本设计主要设计内容是： 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. 继电器选择及接口电路设计 3. 开关量输出接口及报警电路设计 4. 程序流程图设计以及具体程序编写 第 2 章 CPU 最小系统设计 2.1 瓦斯保护仪总体设计方案 图 2.1 瓦斯保护仪原理框图 变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，它安装在油箱与油枕之间的连 接管中。当变压器出现

13、内部故障时，产生的气体将聚集在瓦斯继电器的上部，使 油面降低。当油面降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水银接点接通，发出信 号。如果是严重故障，油流会冲击挡板，使之偏转，并带动挡板后的连动杆向上 转动，挑动与水银接点卡环相连的连动环，使水银接点分别向与油流垂直的两侧 转动，两水银接点同时接通，使开关跳闸或发出信号。信号经按键电路送入 CPU, CPU 对采样值进行数值计算，处理后，驱动显示器显示出被测气体的瓦斯浓度值， 若被测气体的瓦斯浓度超过报警电路预定的数值时，报警电路即发出声、光报警 信号，并启动输出相应的开关量信号，检测仪由 AC220V 供电。 2.2 CPU 的选择 CPU 是瓦斯

14、保护仪的核心，完成数据采集、处理、输出、显示等功能,是整个 仪器正常工作的基础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择通用性强、功 耗小、性能稳定良好的 8 位 CMOS 微处理器芯片 AT89C51，它与常用 MCS-51 型单 片机兼容，工作电压为 2.7V6.OV,具有 32 条可编程 I/O 端口，3 个 16 位定时 计数器，2568 位内部 RAM,内带 8K 字节快闪 EEPROM 的特点，大大简化了电路 的设计。 引脚图如图： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1

15、 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 X IA L2 18 X IA L1 19 V SS 20 V CC 21 P0.0 22 P0.1 23 P0.2 24 P0.3 25 P0.4 26 P0.5 27 P0.6 28 P0.7 29 EA 30 A LE 31 PSEN 32 P2.7 33 P2.6 34 P2.5 35 P2.4 36 P2.3 37 P2.2 38 P2.1 39 P2.0 40 89C51 图 2.2 89C51 引脚图 部分引脚功能说明： XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反

16、相放大器输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和 内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 RST：AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要 将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完 成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。 ALE/PROG ：ALE表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE信 号负跳变来触发外部的8位锁存器 (如74LS373)，将端口P0 的地址总线(A0-A7) 锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作