【正文】 在大學(xué)期間，我的家人在物質(zhì)和精神上都給了我極大的支持和鼓勵(lì)，讓我在這四年期間能夠?qū)Ｐ牡膶W(xué)習(xí)，此時(shí)此刻我想給他們說一聲謝謝，并決心以更大的成就來回報(bào)他們。在此論文完成之際，謹(jǐn)向我最尊敬的海老師和梁老師致以最真摯的感謝。在此，我要感謝廣西大學(xué)對(duì)我的培養(yǎng)，感謝所有給予我關(guān)心和幫助的人們。通過我們堅(jiān)持不懈的努力，我相信這些差距將會(huì)不斷縮小。盡管在微機(jī)保護(hù)方面與世界尖端技術(shù)有一定的差距。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我鍛煉了自己獨(dú)立思考和解決問題的能力，培養(yǎng)了一定的動(dòng)手能力,將所學(xué)的理論運(yùn)用于實(shí)際當(dāng)中,為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。除此之外,我還學(xué)到了專業(yè)以外的知識(shí)。盡管我對(duì)它們有了更深的理解，但仍是膚淺的。 圖56鍵盤控制設(shè)計(jì)圖總 結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)（基于單片機(jī)的變壓器保護(hù)裝置）涉及面很廣，囊括了《ATmega系列單片機(jī)原理及應(yīng)用——C語言教程》、《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《供電技術(shù)》、《微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)》等知識(shí)。有鍵按下就會(huì)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷入口，然后判斷是哪個(gè)按鍵按下，再進(jìn)入對(duì)應(yīng)的按鍵處理程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。三相差動(dòng)電流中只要有一相的二次諧波含量超過制動(dòng)比，就將三相差動(dòng)繼電器全部閉鎖。常用到的是二次諧波制動(dòng)的方法，其根據(jù)勵(lì)磁涌流中含有大量二次諧波分量的特點(diǎn)，當(dāng)差電流中二次諧波含量大于整定值時(shí)就將差動(dòng)繼電器閉鎖，以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)。圖54 變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)圖 差動(dòng)保護(hù)為變壓器的主保護(hù)，其流程圖如圖55所示。其中，當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時(shí)，即“輕瓦斯”，應(yīng)立即發(fā)出信號(hào)，使運(yùn)行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理，其他的保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。ADC工作流程框圖如圖52所示： 圖52 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)能被CPU識(shí)別，把它們進(jìn)行各種保護(hù)算法計(jì)算，然后與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較、判斷，做出適當(dāng)?shù)膭?dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。保護(hù)裝置軟件的主流程圖如圖51所示。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足簡(jiǎn)潔性、易維護(hù)修改性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確可靠性等要求。 變壓器保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的靈魂，是保證系統(tǒng)工作的核心，對(duì)軟件整體的理解是軟件設(shè)計(jì)的首要條件。所以研究算法的實(shí)質(zhì)是如何在速度和精度兩方面進(jìn)行權(quán)衡。二是算法的運(yùn)算工作量。目前，分析和評(píng)價(jià)各種不同算法的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。有了這些基本的電氣量的計(jì)算值，就可以很容易地構(gòu)成各種不同原理的保護(hù)。但由于運(yùn)用計(jì)算機(jī)所特有的數(shù)學(xué)處理和邏輯運(yùn)算功能可以使某些保護(hù)的性能有明顯提高。這一類算法的計(jì)算工作量略有減小。一類是根據(jù)輸入電氣量的若干點(diǎn)采樣值通過一定的數(shù)學(xué)式或方程式計(jì)算出保護(hù)所反映的量值，然后跟定值比較。 微機(jī)保護(hù)算法簡(jiǎn)介微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為算法。 (55) 和非遞歸型不同的是，上式中的求得不僅用到了, ……等輸入值，還用到了前幾次的輸出值，……。對(duì)于有些實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)合，可能跟不上實(shí)時(shí)節(jié)拍，或者要對(duì)硬件提出過高的要求。在前面已經(jīng)可以看出非遞歸型數(shù)字濾波器存在的一個(gè)問題是，為了達(dá)到頻域提出的要求，沖激響應(yīng)常常要求是無限長(zhǎng)的。因此為了用非遞歸的方法來實(shí)現(xiàn)，就不得不把它截?cái)啵瑥亩顾O(shè)計(jì)的濾波器的頻域特性偏離設(shè)計(jì)樣本。圖51 模擬和數(shù)字濾波器的對(duì)比 。微機(jī)保護(hù)所要求的數(shù)字濾波器主要是低通及50帶通濾波器，上述條件一般都能滿足。這里要注意兩個(gè)問題：，如果滿足：，當(dāng)時(shí) (52)的條件，則所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的頻率特性在到的范圍內(nèi)將和的形狀完全相同，即達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。非遞歸濾波器的設(shè)計(jì)可以先在連續(xù)域進(jìn)行，即根據(jù)頻域提出的要求，找到一個(gè)合適的傅氏變換對(duì)和,稱為設(shè)計(jì)樣本。上式中假定了沖激響應(yīng)有到共個(gè)值。 (51)注意上式中卷積的上下限分別為K=0和N，這是因?yàn)橐粋€(gè)因果系統(tǒng)在時(shí)必為零。下面我將詳細(xì)介紹非遞歸型數(shù)字濾波器的基本原理和簡(jiǎn)單應(yīng)用。數(shù)字濾波的算法有很多種，如程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、RC低通濾波等。例如是否應(yīng)當(dāng)發(fā)生跳閘命令等。數(shù)字濾波不僅濾波精度高，可靠性高，靈活性高，而且便于時(shí)分復(fù)用。典型電路如圖411所示。所以用MAX232來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片為常用的電平轉(zhuǎn)換芯片，一般用于串口通信。圖410電源轉(zhuǎn)換電路 通信電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，單片機(jī)與外部設(shè)備之間、單片機(jī)與單片機(jī)之間往往要進(jìn)行通信，交換變壓器的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)信息用來分析其工作情況。～，可利用+5V的穩(wěn)定直流電壓供電給單片機(jī)，因此需將變壓器次級(jí)輸出的交流電壓進(jìn)行整流、電容濾波后再使用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，提供所需的電壓。該設(shè)計(jì)如圖49所示。顯示的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后送給MAX7219顯示。它可直接驅(qū)動(dòng)64段LDE條形圖顯示器。當(dāng)按鍵接通或斷開時(shí)，通過判斷電壓值的有無便可識(shí)別是否有按鍵按下。同時(shí)，這種方式也可節(jié)省不少CPU時(shí)間，在沒有按鍵觸發(fā)的時(shí)候，CPU只處理與按鍵無關(guān)的事件，當(dāng)有按鍵按下，CPU就會(huì)及時(shí)響應(yīng)外部中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序?qū)Π存I事件進(jìn)行處理，處理完畢立即返回主函數(shù)，相對(duì)于查詢方式的按鍵設(shè)計(jì)具有更高的實(shí)時(shí)性和可靠性。圖48 ATmega16的引腳圖 人機(jī)交互部分設(shè)計(jì)人機(jī)交互部分主要由鍵盤、LED顯示和打印機(jī)組成，鍵盤用來實(shí)現(xiàn)控制功能的選擇和參數(shù)的設(shè)定，LED則用來顯示功能菜單、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及控制器的工作狀態(tài)，打印機(jī)用來打印記錄日常狀態(tài)，在此暫不考慮。I/O和封裝具有32個(gè)可編程的I/O口，封裝形式有：40引腳PDIP封裝，44引腳TQFP 封裝，與44引腳MLF封裝。非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命10000次，有512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命100000次；1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。ATmega16的主要特征有：高性能、低功耗的8位AVR174。ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。同時(shí)為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路，開光量輸出電路可設(shè)計(jì)圖47所示。在開關(guān)量輸出接口中，輸出的開關(guān)量一般都要鎖存，以便受控設(shè)備能在下一次輸出量到來之前一直受本次輸出開關(guān)量的控制。在電壓信號(hào)輸入時(shí)可以由R1和C構(gòu)成低通濾器（R2開路）；R1和R2可以構(gòu)成輸入信號(hào)分壓電路（電容C開路）；對(duì)于4～20mA電流輸入信號(hào)，R2使用250的精密電阻即可變換為1～5V的信號(hào)（R1短路、C開路）。A/D轉(zhuǎn)換器采用MEGA16芯片上的8路10位AD轉(zhuǎn)換。單次轉(zhuǎn)換的結(jié)果為： （43）式中，ADC：A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果；：輸入的電壓；：基準(zhǔn)電壓。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。 該芯片的引腳名稱及功能如表41所示。 圖44 MAXIN396管腳功能圖其工作原理是當(dāng)片選信號(hào)為“0”（無效）時(shí)，芯片輸入端呈高阻狀態(tài)，各路輸入量轉(zhuǎn)換開關(guān)，送入A/D轉(zhuǎn)換器。在本系統(tǒng)中采用MAXIN公司的產(chǎn)品MAX396，它具有16路通道的多路開關(guān)，采用28管腳封裝，使用了很新的TTL/CMOS工藝，使它具有了導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通速度快、功耗低和集成度高等特點(diǎn)。但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格昂貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)一個(gè)A/D，而是公用一個(gè)，中間經(jīng)MPX切換輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微機(jī)。對(duì)于反映兩個(gè)量以上的繼電保護(hù)裝置，例如阻抗，功率方向等都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確地獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系。AS為場(chǎng)效應(yīng)管模擬開關(guān)，由運(yùn)算放大器A3驅(qū)動(dòng)。跟蹤器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，因而A1對(duì)輸入信號(hào)Usr來說是高阻，而在采樣狀態(tài)時(shí)對(duì)電容Ch為低阻充放電，故要快速采樣。A1的接法與A2實(shí)質(zhì)相同，在采樣狀態(tài)其反相輸入端從輸出端經(jīng)電阻R 獲得負(fù)反饋，使輸出跟蹤輸入電壓。其中A2是典型的跟隨器接法，其反相端直接與輸出端相連。圖43就是微機(jī)保護(hù)常用的一種型號(hào)為L(zhǎng)F398的采樣保持電路芯片的原理圖。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合的特點(diǎn)在二者之間權(quán)衡后選擇合適的Ch值。上述（1）、（2）兩個(gè)指標(biāo)一方面決定于圖中所用阻抗變換器的質(zhì)量，另一方面也和電容器Ch的容量有關(guān)。通常用下降率△U/（TS TC）來表示保持能力。高質(zhì)量的采樣保持電路應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：（1）使Ch上電壓按一定的精度跟蹤上Usr所需要的最小采樣寬度Tc，對(duì)快速變化的信號(hào)采樣時(shí)，要求Tc盡量短，以便可用很窄的采樣脈沖，這樣才能準(zhǔn)確的反映某一時(shí)刻的Usr值。LZZB110（HAT）型互感器的型號(hào)及其含義如下所示。有兩個(gè)二次繞組，第一個(gè)二次繞組的準(zhǔn)確限值系數(shù)達(dá)5P20，（）級(jí)，可以供保護(hù)用或保護(hù)、測(cè)量共用。LZZB110（HAT）型電流互感器為支柱式結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧樹脂全封閉澆注成型。，適用戶內(nèi)500V及以下、額定頻率為50Hz的交流電路中作電壓、電能測(cè)量或繼電保護(hù)用。本型號(hào)互感器為環(huán)氧樹脂澆注式絕緣結(jié)構(gòu)，鐵心為疊片式，芯柱上套裝一、二次繞組、一次繞組與二次繞組為同心式，繞在同一個(gè)骨架上，整個(gè)線圈外部用環(huán)氧樹脂澆注成形。以10kV變壓器為例:（1）變壓器一次側(cè)電壓采用JDZ10型電壓互感器測(cè)量。電流中間變換器的缺點(diǎn)是，在非周期分量的作用下容易飽和，線性度較差，動(dòng)態(tài)范圍也較小，這在設(shè)計(jì)和使用中應(yīng)予以注意。這