【正文】 很難反饋到輸入系統(tǒng)中。（4） 光電耦合器的光電耦合部分是在一個密封的管殼內(nèi)進行的。因而不會受到外界光的干擾。[17] 冷卻裝置風扇控制的實現(xiàn)本課題所研究的220kV等級的電力變壓器，為強迫油循環(huán)的風扇冷卻控制裝置。目前，油浸式變壓器在額定負載時的使用壽命約為20年，這是按周圍冷卻介質(zhì)的計算溫度為20℃，而變壓器溫度高點為95—98℃推算出來的，一般認為溫度最高點與平均溫度相差10—13℃。由于變壓器繞組的溫度最高點難以測定，故常以平均溫升來衡量。繞組的平均溫升限值是按下式計算的。繞組溫度最高點溫度最高點與平均溫度差年平均溫度=繞組平均溫升限值上訴計算繞組的溫升限值是以年平均溫度20℃為基礎(chǔ)的。當周圍空氣溫度最高位40℃時，變壓器繞組的極限工作溫度為105℃。由于繞組的平均溫度比油溫高10℃，為了防止變壓器油變質(zhì)，所以規(guī)定變壓器上層油溫最高不超過95℃；正常情況下，為使絕緣油不致過快氧化，上層油溫一般不超過85℃。對于強迫油循環(huán)水冷和風冷式變壓器，上層油溫不宜超過75℃。經(jīng)過理論推導(dǎo)，變壓器的損耗與溫度的關(guān)系是一條直線，冷卻裝置的散熱功率與溫度的關(guān)系也是一條直線。所以在設(shè)計中只要保證冷卻裝置的散熱功率與溫度關(guān)系的直線斜率遠大于變壓器的損耗與溫度關(guān)系的直線斜率。這樣，就能使得變壓器的損耗功率小于散熱功率，兩條直線必有一個交點，即變壓器的損耗與散熱功率達到一種平衡狀態(tài)，就可保證變壓器的溫升不超標。因此，當變壓器損耗直線上升時，只要在保持溫度不變的條件下，做出新的冷卻裝置散熱功率與溫度關(guān)系直線，直線斜率就是對應(yīng)投入的變壓器風扇數(shù)，就能實現(xiàn)在不同溫度階段投入最佳數(shù)量的風扇。但由于精確計算難于實現(xiàn)，冷卻裝置投運功率與變壓器的損耗之間的量的關(guān)系也難于確定，因此我們可以把冷卻裝置的控制分為4個運行方式。這4個運行方式會根據(jù)溫度的變化進行自動的調(diào)整，使得變壓器始終工作在一種比較理想的狀態(tài)。冷卻裝置中的風扇采用梯階的方式進行投入使用。在變壓器溫度達到啟動溫度45℃時，單片機發(fā)出控制信號，控制第一組風扇的可控硅導(dǎo)通，變壓器第一組風扇開始運行，這就是上面提到的第一種運行方式。當溫度繼續(xù)升高到55℃時，第二組風扇投入使用，第二種運行狀態(tài)開始。依次類推，每隔10℃作為一種運行方式工作的基礎(chǔ)，當升高到75℃時第四組風扇啟動，如果還無法滿足冷卻要求，溫度繼續(xù)升高到85℃時，設(shè)計的聲光報警電路開始工作，蜂鳴器發(fā)出聲音，同時強行將變壓器從電力線路出切除出來，防止因為變壓器高溫而出現(xiàn)安全事故或隱患。在此控制裝置中，當變壓器溫度介于一組風扇停運區(qū)間中的時候，只有第一組風扇在運行，考慮到這種情況下每組風扇工作的時間不等，可能會使第一組風扇老化的速度快于第二組風扇，所以我們希望工作人員在第一組風扇工作一段時間后人為的對它進行輪休，這樣可以延長每組風扇的使用壽命，節(jié)約了成本。第4章 軟件設(shè)計 整個系統(tǒng)是由硬件配合軟件來實現(xiàn)的，在硬件確定后，編寫的軟件的功能也就基本定型了。所以軟件的功能大致可分為兩個部分：一是監(jiān)控，這也是系統(tǒng)的核心部分，二是執(zhí)行部分，完成各個具體的功能。系統(tǒng)程序主要包括主程序、按鍵子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，邏輯功能清晰，主模塊完成對各個子模塊的初始化，調(diào)用各模塊采用中斷方式工作。軟件進行模塊化書寫，每一個模塊可以單獨進行調(diào)試，這樣在程序檢查時更加容易方便，模塊化編程是一種程序設(shè)計方法，將每一部分程序編寫完調(diào)試成功后進行匯總，就構(gòu)成了總體的程序。這種編程方法有以下特點：（1）模塊化編程使程序開發(fā)更有效。小塊程序更容易理解和調(diào)試，當知道模塊的輸入和所要求的輸出時，就可以直接測試小模塊。（2）當同類的需求較多時，可把程序放入庫中以備以后使用。例如，顯示驅(qū)動。若要再使用顯示驅(qū)動，則由庫中把它取出（必要時可修改），而不要全部重新編寫。 （3）模塊化編程使得要解決的問題與特定模塊分離，很容易找到出錯的模塊，大大簡化了調(diào)試。[18] 編程采用C語言，C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的某些特點，用C語言進行程序設(shè)計已經(jīng)成為軟件開發(fā)的一個主流。單片機開發(fā)也適應(yīng)了這個潮流與匯編語言相比，用C語言開發(fā)單片機具有以下優(yōu)點：（1）優(yōu)于匯編語言的開發(fā)速度。（2）軟件的可讀性和可維護性顯著性改善。（3）提供的庫函數(shù)包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力。（4）關(guān)鍵字和控制轉(zhuǎn)移方式更接近于人的思維方式。（5）方便的進行多人聯(lián)合開發(fā)，進行模塊化軟件設(shè)計。（6）方便進行同一硬件平臺的軟件移植。（7）方便跨硬件平臺的軟件移植。（8）適合運行嵌入式實時操作系統(tǒng)。[19] 圖41 主程序流程圖 綜合投切模塊 本模塊是根據(jù)變壓器頂層油溫的大小決定投入運行的冷卻風扇的組數(shù)，通過程序中的判斷語句對變壓器油溫處于設(shè)定溫度的哪一個檔，從而決定投入幾組風扇。：系統(tǒng)運行的初始溫度為45℃，每升高10℃，增加一組風扇的投入。達到75℃時啟動備用風扇，如還不能滿足冷卻要求，達到報警點溫度85℃時，報警電路就要起作用了。下面就是該模塊的程序流程圖。 圖42 綜合投切程序圖 按鍵模塊 圖43 按鍵子程序流程圖 通訊模塊圖44 通訊子程序流程圖 通訊利用MAX487與PC機之間進行數(shù)據(jù)通訊，先打開串口中斷，當接收到PC機的接收命令時，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，PC機接收完畢就結(jié)束發(fā)送。圖44為通訊子程序的流程圖。 LCD1602顯示模塊 顯示子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位，程序流程圖如圖45所示。 圖45 顯示子程序流程圖第5章 硬件電路仿真冷卻裝置的硬件與軟件設(shè)計完成后，需要對它進行一些仿真實驗，以便觀察設(shè)計是否合理以及軟件能否實現(xiàn)。本次仿真實驗是在Protues軟件下進行的，通過截圖的方式將繼電器的幾個狀態(tài)進行完整的表達。Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具，雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Protues是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯。由于無法全部硬件都加入到仿真電路中，所以這里的溫度采集過程省略直接用滑動變阻器來調(diào)整輸入到單片機的電壓大小，從而模擬溫度變化的過程。輸出的外圍設(shè)備在硬件電路中是通過控制可控硅的導(dǎo)通來接通的，仿真時用四個繼電器代表。下面幾幅圖就是溫度不同時，繼電器的不同動作狀態(tài)?！鏁r，低于風扇運行的45℃所以繼電器不動作。℃，超過正常的45℃，此時第一個繼電器動作，就相當于第一個風扇投入運行。℃，兩組繼電器動作?！妫M繼電器接通。圖55達到變壓器的高溫75℃，所以四組繼電器都投入運行。當溫度繼續(xù)升高就來到了圖56的狀態(tài)，此時報警電路工作，發(fā)出報警狀態(tài)。LCD中的T為溫度傳感器采集到的變壓器溫度，B為設(shè)置的報警溫度，N為冷卻裝置工作的溫度下限45℃，H為高溫點75℃。圖51 溫度低于下限45℃圖52 溫度超過下限45℃ 圖53 溫度超過55℃圖54 溫度超過65℃圖55 溫度到達75℃圖56 溫度達到85℃結(jié) 論本次設(shè)計是基于單片機對大型電力變壓器的冷卻控制，由于變壓器的電壓等級為220KV，所以冷卻方式采用強油循環(huán)風冷。利用單片機控制可控硅的導(dǎo)通來接通風扇從而實現(xiàn)對變壓器的降溫，風扇投入的數(shù)量是根據(jù)溫度的高低而決定。為了保護外圍設(shè)備，還加入了保護電路，通過采集風扇電流值和油流繼電器的電平值來判斷兩種設(shè)備運行是否正常。另外還有鍵盤顯示電路，在監(jiān)測變壓器溫度的同時還能對其上下限值進行設(shè)定。通訊電路也方便了工作人員，讓其不離開工作室就能實現(xiàn)對變壓器運行狀況的監(jiān)控，報警電路也為安全更增加一個保障。較之，繼電器控制式的冷卻裝置有了明顯的改觀與優(yōu)點。在畫設(shè)計圖紙的同時，也對各種畫圖軟件有了進一步了解，比如CAD、RROTEL、VISIO都是功能強大的畫圖軟件，單片機仿真軟件PROTUES也對仿真起到了相當大的作用。這些軟件在以前都只是了解談不上懂，通過畢業(yè)設(shè)計也學(xué)到了如何利用工具更好的完成任務(wù)，為我們今后的工作奠定了基礎(chǔ)。 四年所學(xué)都用到了畢業(yè)設(shè)計中，在設(shè)計的過程中能明顯感覺到自己的知識還是比較匱乏，在一邊完成設(shè)計一邊學(xué)習(xí)的過程中，收獲是很多的。奈何所學(xué)有限，所以論文中也許會出現(xiàn)不合理的部分。學(xué)無止境，只有不斷的充實自己，才能避免在工作中出現(xiàn)疏忽。大學(xué)生活給了太多的啟發(fā)，這是人生的一筆財富，我們都要珍惜。虛心向老師、同學(xué)請教問題，也讓我受益良多。人生就是一個不斷學(xué)習(xí)的過程，讓我們在學(xué)習(xí)中成長、進步，以致不斷提高。致 謝畢業(yè)離校在即，我們的畢業(yè)設(shè)計也進入了尾聲。為期四個月的艱苦奮斗，畢業(yè)設(shè)計在老師耐心的指導(dǎo)下基本上圓滿完成。首先要感謝我的指導(dǎo)老師王玉萍，感謝她在畢業(yè)設(shè)計的期間對我悉心指導(dǎo)、耐心解答，有了她的種種幫助，我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計工作。其次，要感謝我的同學(xué)們，在生活和學(xué)習(xí)上對我的幫助，我的成長與進步與你們是分不開的，感謝支持我的所有人。畢業(yè)設(shè)計需要有嚴密的邏輯性，是對我們大學(xué)四年所學(xué)的一個檢驗，需要有大量的專業(yè)知識來支持。如果沒有大學(xué)四年當中的專業(yè)任課老師的知識傳授，我也無法完成畢業(yè)設(shè)計，所以他們也是我要感謝的人。雖然我認真的完成了畢業(yè)設(shè)計，但還是感到力不從心，因而設(shè)計在廣度和深度上具有一定的局限性。但是，從中我學(xué)到了不少，我認為這就是最大的收獲。大學(xué)生活即將結(jié)束，就要融入社會了，諸多大學(xué)的美好回憶以及感嘆都是我們今后財富。在此，再次感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和指導(dǎo)過我們的老師們，特別是我的指導(dǎo)老師王玉萍?；仡櫞髮W(xué)生活，還有好多幫助過我、支持過我的朋友和同學(xué)們，在此一并感謝。當然還得感謝我的父母，是他們?yōu)槲姨峁┝私邮芰己媒逃臋C會，也支持我一直走到了現(xiàn)在。以上所有人的支持都將會是我以后人生的堅實后盾，我會不斷努力，不辜負你們的殷切期望。參考文獻[1] [J].浙江嘉興：中國核電工程有限公司，2010.[2] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007,95.[3] [D].湖南：湖南大學(xué)，2007.[4] [D].天津：天津大學(xué)，2005.[5] 石巖，翟瀅，[J].變壓器，2007，第44卷.[6] 顏世鋼，[J].電力自動化設(shè)備，2002，第22卷.[7] 董繼民，趙登福，端木凡洲，[J].變壓器，2002，第39卷.[8] 咸日常，袁建華，梁玉，孫志遠，[J].高壓電氣，2006，第42卷.[9] [J].機械與電子，2012，第35期.[10] [M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.[11] 康華光，陳大欽，[M].北京：高等教育出版，2010.[12] 何希才，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[13] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.[14] 范紅剛，魏學(xué)海，[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010,6—317.[15] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[16] [M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[17] [M].北京：人民郵電出版社，2005.[18] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.[19] [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.[20] 李元剛，王洪蓮，陳虎，[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2012，第17卷.[21] 李化波，劉連光，[J].電氣應(yīng)用，2007，第26卷.[22] [D].湖北武漢：華中科技大學(xué)，2011.[23] Liu P,Malik O P,Chen D Operation of Differential Protection of Power Transformer for Internal Faults[J].IEEE Trans，On Power Deliver，1992.[24] Kang Y C,Lee B E，Kang S H，et Protection Based on the Increment of Flux Linkages[J].IEE Proceedings Generation，2004.[25] Astrom,Karl systems:theory and design[M].Beijing:Tsinghua University Press,2002.附 錄 大型電力變壓器冷卻裝置的硬件電路圖59