-辽 宁工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计论文题目： 变压器瓦斯保护仪设计 院系： 电气工程学院 专业班级： 电气104班学 号：100303120学生*：马志瀛 指导教师：签字起止时间：2013.06.24-2013.07.12. z.-课程设计论文任务及评语院系：电气工程学院 教研室： 电气教研室学 号100303120学生*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：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：1变压器容量是5000KVA2保护仪的工作电源为220V3变压器的流速上限为0.6m/s设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低本钱，选择适宜的单片机、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。进度方案第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案确实定第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 辩论指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 辩论：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 辩论20% 以百分制计算摘 要变压器作为电力系统输电不可或缺的装置，其可靠性和平安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局部，是变压器平安，可靠运行的根底。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进展处理计算，通过报警系统进展报警。关键词：变压器；瓦斯保护；QJ1-80气体继电器目 录第1章 绪论11.1 变压器保护概况11.2 变压器瓦斯保护概况21.3 本文研究内容2第2章 CPU最小系统设计42.1瓦斯保护仪总体设计方案42.2 CPU的选择42.3 数据存储器扩展62.4 复位电路设计72.5 时钟电路设计72.6 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93.1 瓦斯继电器的选择93.2 瓦斯保护仪检测接口电路设计9 独立式按键电路选择9 模拟量检测接口电路113.3 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134.1 软件实现功能综述134.2 流程图设计13 主程序流程图设计13 模拟量检测流程图设计14 报警装置流程图设计144.3 程序清单15第5章 系统设计与分析165.1 系统原理图165.2 系统原理综述16第6章 课程设计总结17参考文献18. z.-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局部，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，因而它的平安运行与否，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，它反响于油箱内部所产生的气体或油流而动作，同时也能反响绕组的开焊故障。2纵联差动保护或电流速断保护 为反响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反响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。当电力网中局部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局部的温度，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开展，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平安运行，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根本保护，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收道中。当变压器油箱内部发生故障时，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，反响这些特性的根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收中。当变压器出现内部故障时，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对采样值进展数值计算，处理后，驱动显示器显示出被测气体的瓦斯浓度值，假设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根底，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：图2.2 89C51 引脚图局部引脚功能说明：*TAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，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。*TAL2：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，使得内部特殊功能存放器的内容均被设成状态。ALE/：ALE表示允许地址锁存允许信号。当外部存储器时，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。在非外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。：外部程序存储器选通信号，低电平有效。在外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生PSEN 信号，在外部数据时，亦不产生信号。P0：P0口(P0.0P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当外部数据时，它是地址总线低8位和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。P2：P2口(P2.0P2.7)是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，当外部程序存储器