【正文】 ） 1 第 1章 緒論 變壓器 保護(hù) 概況 變壓器作為聯(lián)系不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，是電力系統(tǒng)中極其重要組 成部分，它在電力系統(tǒng)的發(fā)電，輸電，配電等各個(gè)環(huán)節(jié)中被廣泛使用。隨著近些年來，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)的提高，增加了很多大容量的變壓器，因而它的安全運(yùn)行與否，是整個(gè)電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，也是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。而且電力變壓器本身造價(jià)昂貴，一旦發(fā)生故障而遭到破壞，將給維修帶來很大困難，造成大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度， 并考慮到可能 發(fā)生的各種故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)，來裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。 分析電力變壓器的故障，可分為短路故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)兩種，而變壓 器的短路故障，又可按發(fā)生在變壓器的內(nèi)外部情況分為內(nèi)部故障 和外部故障。變壓器的內(nèi)部故障主要是指各相繞組之間發(fā)生的相間短路、繞組的線匝之間發(fā)生的匝間短路、 繞組或引出線通過外殼發(fā)生的接地短路故障等。變壓器的外部故障主要是指外部絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和直接接地短路故障。 根據(jù)上述故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)，變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)： （ 1）瓦斯保護(hù) 對(duì)于變壓器油箱內(nèi)的各 種故障以及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng) 于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作，同時(shí)也能反應(yīng)繞組的開焊故障。 （ 2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù) 為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路故 障，中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引 出線的接地短路故障以及繞組匝間短路故障，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作后，跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。 （ 3）反應(yīng)外部相間短路的后備保護(hù) 動(dòng)作于變壓器的外部故障和作為主 保護(hù)的后備保護(hù)，根據(jù)變壓器容量和應(yīng) 用情況，可分別采用過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、負(fù)序電流及單相式低電壓起 動(dòng)的過電流保護(hù)、 阻抗保護(hù)。 （ 4）反映外部接地短路的接地保護(hù) 對(duì)中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)內(nèi)，由外部接地短路引起過電流時(shí)，應(yīng)裝設(shè)零序 電流保護(hù)。當(dāng)電力網(wǎng)中部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)具體情況，裝設(shè)專有的本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 保護(hù)裝置，如零序過電壓保護(hù)，中性點(diǎn)裝放電間隙加零序電流保護(hù)等。 （ 5）過負(fù)荷保護(hù) 對(duì) 以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行，或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時(shí)作用于信號(hào)。 （ 6）過勵(lì)磁保護(hù) 高電壓側(cè)電壓為 500KV 及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流的升高，應(yīng)裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。 （ 7）非電量保護(hù) 對(duì)變壓器本體和有載調(diào)壓部分的溫度，油箱內(nèi)壓力升高以及冷卻系統(tǒng)的故障，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，裝設(shè)可作用于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘的裝置。 為實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)內(nèi)容的功能，適應(yīng)當(dāng)今大容量變壓器應(yīng)用的日益增多以電 力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜化的趨勢(shì)，并伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)繼電保護(hù)裝置在高壓電王中得到了廣泛的應(yīng)用，成為目前繼電保護(hù)中最重要的保護(hù)形式。微機(jī)保護(hù)相比與傳統(tǒng)的保護(hù)裝置，具有更高的可靠性、快速性和靈敏度， 可更大限度的保證電力系統(tǒng)和變壓器的安全運(yùn)行，減少事故的損失。 變壓器瓦斯保護(hù) 概況 瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的基本保護(hù)，它的主要器件是瓦斯繼電器 ，安 裝的位置在油箱與油枕之間的聯(lián)接管道中。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，短路電流產(chǎn)生的電弧使變壓器油和其他絕緣材料分解，從而產(chǎn)生大量的可燃性氣體，這種可燃性氣體統(tǒng)稱為瓦斯氣體。故障程度越嚴(yán)重，產(chǎn)生的瓦斯氣體越多，流速越快，氣流中還夾雜著細(xì)小的、灼熱的變壓器油。瓦斯保護(hù)是利用變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的熱氣流和熱油流實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。 在瓦斯保護(hù)裝置中，反應(yīng)這些特性的基本器件是瓦斯 繼電器。 在變壓器正常工作時(shí)，瓦斯繼電器的容器內(nèi)一般是充滿變壓器油的，它的兩對(duì)靈敏水銀觸點(diǎn)是斷開的。如果變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障，此時(shí)上面一對(duì)水銀觸點(diǎn)閉合，接通信號(hào)回路，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，即繼電器輕瓦斯動(dòng)作。如果變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，使下面一對(duì)水銀觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路，切斷 與變壓器連接的所有電源，從而起到保護(hù)變壓器的作用，即繼電器中瓦斯 保護(hù)。 本文研究內(nèi)容 該檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油的流速，當(dāng)流速超過閾值時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的開關(guān)量本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 輸出控制啟動(dòng)保護(hù)裝置，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是： 1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括 CPU 選擇，存儲(chǔ)器，晶振電路，復(fù)位電路）） 2. 繼電器選擇 及接口電路設(shè)計(jì) 3. 開關(guān)量輸出接口及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 4. 程序流程圖設(shè)計(jì)以及具體程序編寫 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 瓦斯保護(hù)儀 總體設(shè)計(jì)方案 圖 瓦斯保護(hù)儀原理框圖 變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件就是瓦斯繼電器，它安裝在油箱與油枕之間的連接管中。 當(dāng)變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體將聚集在瓦斯繼電器的上部，使油面降低。當(dāng)油面降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水銀接點(diǎn)接通，發(fā)出信號(hào)。如果是嚴(yán)重故障，油流會(huì)沖擊擋板，使之偏轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)擋板 后的連動(dòng)桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)，挑動(dòng)與水銀接點(diǎn)卡環(huán)相連的連動(dòng)環(huán)，使水銀接點(diǎn)分別向與油流垂直的兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩水銀接點(diǎn)同時(shí)接通，使開關(guān)跳閘或發(fā)出信號(hào)。 信號(hào)經(jīng) 按鍵電路 送入 CPU, CPU 對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，處理后，驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出被測(cè)氣體 的瓦斯?jié)舛戎?，若被測(cè)氣體的瓦斯 濃度超過報(bào)警電路預(yù)定的數(shù)值時(shí)，報(bào)警電路即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào) ， 并啟動(dòng)輸出相應(yīng)的開關(guān)量信號(hào) ，檢測(cè)儀由 AC220V 供電。 CPU 的選擇 CPU 是瓦斯保護(hù) 儀的核心，完成數(shù)據(jù)采集、處理、輸出、顯示等功能 ,是整個(gè)儀器正常工作的基礎(chǔ) ， 它的選擇直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作。 選擇通用 性強(qiáng)、功耗小、性能穩(wěn)定良好的 8 位 CMOS 微處理器芯片 AT89C51，它與常用 MCS51 型單片機(jī)兼容，工作電壓為 ～ ,具有 32 條可編程 I/O 端口， 3 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器， 256 8 位內(nèi)部 RAM,內(nèi)帶 8K 字節(jié)快閃 EEPROM 的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 引腳圖如圖： P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R E S E T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X I A L 218X I A L 119V S S20V C C21P 0. 022P 0. 123P 0. 224P 0. 325P 0. 426P 0. 527P 0. 628P 0. 729EA30A L E31P S E N32P 2. 733P 2. 634P 2. 535P 2. 436P 2. 337P 2. 238P 2. 139P 2. 04089C 51 圖 89C51 引腳圖 部分引腳功能說明： XTAL1： 接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相 放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2： 接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接 至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 RST： AT89C51的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片復(fù)位時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 ALE/PROG ： ALE表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE信號(hào)負(fù)跳變來觸發(fā)外部的 8位