【正文】 廣泛應用的。目前已開發(fā)生產的每一種冷卻劑都有缺點，絕緣效果好的散熱效果差，散熱效果好的絕緣效果差。油浸式變壓器由于冷卻能力大，繞組、鐵心溫度分布均勻，是變壓器的主要發(fā)展方向。由于加工技術的限制以及缺乏合適的絕緣材料，這種變壓器很難向大型發(fā)展。環(huán)氧樹脂是一種不燃的固體絕緣材料，其絕緣強度高，運行噪音小，無需保養(yǎng)維修，關鍵是其耐熱性高，適應高污穢、高溫、潮濕的環(huán)境。但是當時變壓器的電壓等級和絕緣水平都很低，其容量也小。 傳統(tǒng)的電力變壓器冷卻裝置世界上最早的變壓器冷卻方式是十九世紀后期出現的以空氣作為冷卻和絕緣介質的變壓器，1876年世界第一臺以空氣冷卻的變壓器誕生了。因此，開發(fā)更多新型的冷卻裝置迫在眉睫。[2]因為本文是對220KV大型電力變壓器進行冷卻控制，所以基于上述的文字敘述，我們選擇強迫油風扇冷卻的控制方式來設計冷卻裝置。一般情況下，各種冷卻裝置的配置情況一般由變壓器的電壓等級來決定。油浸式變壓器的散熱過程是：先由熱傳導將鐵心、繞組內部的熱量傳到其表面，然后傳到油，再通過油的自然對流不斷的將熱量帶到油箱、散熱器油管的內壁，再通過熱傳導把熱量傳到油箱、散熱器油管的外表面，之后再通過輻射和對流將熱量散發(fā)到周圍的空氣中。如何克服原有變壓器冷卻裝置的缺陷，尤其是提高變壓器冷卻裝置的自動化水平，使變壓器冷卻裝置能夠很好的集成，是電力部門急待解決的問題。冷卻裝置是將變壓器運行中產生的熱量散發(fā)出去的設備，同時也是本文主要研究的內容。鐵心是磁力線的通路，起集中和加強磁通的作用，同時以支持繞組；繞組是電流的通路，產生感應電動勢。因此為了保證電力變壓器的安全運行，需要裝設油箱、冷卻裝置和保護裝置來對變壓器進行冷卻降溫。具體來說變壓器有負載損耗，包括直流損耗和渦流損耗。[1]電力變壓器的基本結構部件是由鐵心、繞組和絕緣所組成。目前對變壓器冷卻裝置的研究比較多，本文將提出我的設計方案，希望對電力系統(tǒng)的用電可靠性有所幫助。它對電能的經濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義。大型電力變壓器冷卻裝置設計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 電力變壓器冷卻裝置設計的意義 1 電力變壓器冷卻裝置的發(fā)展 3 傳統(tǒng)的電力變壓器冷卻裝置 3 現有的電力變壓器冷卻裝置 5 繼電式電力變壓器冷卻裝置的缺陷 6 本次設計主要完成內容 7第2章 變壓器冷卻控制裝置原理 8 冷卻裝置的組成部件和作用 8 冷卻裝置應滿足的要求 9 變壓器運行允許溫度 10 變壓器運行允許溫升 11 變壓器溫度限值 11 對變壓器的冷卻裝置的要求 12 冷卻裝置二次接線應滿足的要求 12 變壓器冷卻裝置設計原理 13第3章 變壓器冷卻控制裝置的硬件設計 14 硬件總體設計 15 硬件系統(tǒng)部件設計 16 單片機的選擇 16 溫度采集電路 22 外圍設備保護電路 27 A/D轉換電路 29 輸出控制電路 32 通訊電路 35 鍵盤和顯示電路 37 電源電路 40 光電隔離技術 41 冷卻裝置風扇控制的實現 43第4章 軟件設計 45 系統(tǒng)流程圖 45 綜合投切模塊 47 按鍵模塊 48 通訊模塊 49 LCD1602顯示模塊 50第5章 硬件電路仿真 51結 論 56致 謝 57參考文獻 58附 錄 60CONTENTSABSTRACT IABSTRACT IIChapter 1 Introduction 1 The meaning of power transformer cooling device design 1 The development of power tranformer cooling device 3 The traditional power transformer cooling device 3 The existing power transformer cooling device 5 Relay type power transformer cooling device defects 6 The design mainly plete content 7Chapter 2 Transformer cooling control principle 8 Components and function of the cooling unit 8 Cooling unit shall meet the requirements 9 Transformer operation allows the temperature 10 Transformer operation allows the temperature rise 11 Transformer temperature limit 11 Requirements for transformer cooling device 12 Cooling device for secondary wiring shall meet the requirements 12 Transformer cooling device design principle 13Chapter 3 Hardware design of the transformer cooling control mechanism 15 The hardware system design 15 Hardware system ponents design 16 The choice of MCU 16 Temperature acquisition circuit 22 Peripheral protection circuit 27 A/D conversion circuit 30 Output control switch circuit 32 Communication circuit 35 The keyboard and display circuit 37 Power circuit 40 Photoelectric is olation technology 41 The realization of the cooling fan control 43Chapter 4 Software design 45 System flowchart 45 Comprehensive cutting module 47 Key scan module 48 Communication module 49 LCD 1602 display module 50Chapter 5 Hardware circuit simulation 51Conclusion 56Thanks 57References 58Appendix 60IV第1章 緒論在科學技術飛速發(fā)展的今天，電力的重要性日益突出。人們的生活、工業(yè)的發(fā)展以及經濟的需要都離不開電，而電力變壓器作為供電系統(tǒng)中的重要設備之一，它的性能、質量直接關系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和經濟效益。因此，更加安全的使用電力變壓器就顯得十分重要，尤其是保證變壓器維持低的油溫是電力變壓器安全運行的基礎，所以配備功能齊全的冷卻裝置更加重要。 電力變壓器冷卻裝置設計的意義由于變壓器冷卻裝置介于變電一次設備與二次設備之間，變壓器制造廠家的研發(fā)重點在于變壓器的結構，一般不會考慮冷卻裝置的問題，而二次設備生產廠家只注重繼電保護、變電站直流系統(tǒng)等電網主設備，根本不會涉及到變壓器的冷卻裝置，從而造成變壓器冷卻裝置的研發(fā)比較滯后于其他技術。變壓器是一個能量轉換的裝置，轉換過程中必然有能量損失，損失的能量大部分表現為熱能。變壓器運行時其鐵耗、銅耗和附加損耗都轉變成熱量，使鐵芯、繞組等部件溫度升高。其中，油箱是油浸式變壓器的外殼，變壓器主體放在油箱中，箱內充滿變壓器油。在油枕和油箱的聯管上裝有瓦斯繼電器，來反應變壓器的內部故障。傳統(tǒng)的繼電式冷卻裝置的優(yōu)點在于裝置造價低廉，但缺陷是控制器件，邏輯控制功能低下，無通訊和保護功能；維護難度大，自動化水平低，安全運行水平低。新的變壓器冷卻裝置正是為了克服傳統(tǒng)冷卻方式而應運而生的。而強迫油循環(huán)變壓器的散熱過程則是：用潛油泵將油上送入鐵心中或繞組間的油道中，使其中的熱量直接由具有一定流速的冷油帶走，而變壓器上層的熱油用潛油泵抽出，經冷卻器冷卻后再送入變壓器油箱底部，強迫變壓器油進行油循環(huán)冷卻，從而實現變壓器冷卻的目的，使變壓器在安全的溫度下運行。35kV以下的電力變壓器冷卻裝置采用不吹風散熱器的自然冷卻裝置；110kV變壓器的冷卻裝置一般采用吹風散熱器；而220kV及以上的電力變壓器冷卻裝置采用強迫油循環(huán)風冷或水冷的冷卻裝置。 電力變壓器冷卻裝置的發(fā)展隨著電力變壓器容量與電壓等級的不斷提高，以前普及的常規(guī)冷卻裝置開始不斷暴露出許多缺點，這些缺點成為大型電力變壓器發(fā)展的障礙。隨著科學技術的不斷發(fā)展，電力變壓器冷卻裝置從空氣冷卻、變壓器油冷卻直到蒸發(fā)冷卻都在不斷的發(fā)生變化中，新的冷卻裝置也在不斷的孕育中。1885年匈牙利成功制造了具有閉合磁路的電力變壓器，采用的也是空氣冷卻。直到1965年，以空氣為冷卻方式的變壓器有了質的飛躍。從80年代開始，以日本為首的科學家開始研究生產以蒸發(fā)冷卻為主的變壓器。為了有效的冷卻變壓器，采用油代替了空氣，變壓器油的耐電強度、傳熱性能比空氣的要好的多，熱容量也相對于空氣大得多，這樣可以在不改變變壓器體積的同時增大它的容量。現代大型電力變壓器冷卻裝置的發(fā)展方向主要分冷卻劑的革新和冷卻方式的革新，冷卻方式的革新以冷卻劑的革新為前提。因此，在沒有發(fā)現更好的冷卻劑之前，冷卻方式的革新非常重要。當時的水冷卻器銅管與管座采用漲管技術，從制造技術到運行應用水平都不高，給變壓器安全運行帶來一定的影響，發(fā)生了冷卻器凍壞、冷卻器差壓繼電器彈性膜漏水、冷卻器水管滲漏等一系列問題。但水冷卻器的水漏入油中的問題難以從根本上解決。 油浸式變壓器根據油的循環(huán)方式的不同可以分為：自然循環(huán)式、強迫循環(huán)式和強油導向式；根據散熱器冷卻方式的不同可分為：自然風冷、強迫風冷和強迫水冷等，這幾種油循環(huán)和冷卻方式之間可形成多種組合。在電廠里如果水源充足，強迫油循環(huán)水冷卻和強迫油循環(huán)風冷卻都有使用。（1）電源數量為兩套，兩套互相協助。（2）裝置的啟停是利用轉換開關與繼電器連鎖動作實現的。反之，當轉換開關處于“停止”擋，繼電器線圈失電分閘，潛油泵和風扇相應停止工作。（4）相同的原理，備用散熱器的投入與停止也是這樣。（5）發(fā)生故障時，信號指示燈發(fā)出直流燈光信號。其主要部件采用常規(guī)的電磁式交流繼電器、常規(guī)模擬式溫控器、組合開關、交流接觸器、熱偶等，將強迫油循環(huán)的油泵和強風冷卻的風機按組劃分為運行、輔助與備用三種狀態(tài)，正常時起動運行機組，變壓器溫度高時起動輔助機組，運行機組或輔助機組故障時起動備用機組；采用兩路獨立交流主供電源，互為備用。突出缺陷是控制器件、邏輯控制功能低下，無通訊和保護功能；執(zhí)行元件觸點多，接觸不良，交流接觸器、熱偶等損壞率較高；電機保護問題一直未根本解決，尤其是缺相保護幾乎起不到作用。此種裝置邏輯復雜，使用元件多，維護困難；風冷控制裝置安裝在室外，工作環(huán)境惡劣，電子元件的抗干擾能力差，故障率高，控制裝置幾乎不能正常運轉。國外變壓器強迫油循環(huán)風冷卻裝置的研究與國內沒有太大差異，目前還沒有查閱到更先進的強迫油循環(huán)冷卻裝置。此種冷卻裝置不僅克服了現有冷卻裝置的弊端，而且運行可靠、控制準確，對變壓器的冷卻有相當顯著的作用。裝置另配有保護電路，分別檢測風扇工作電流與油流繼電器的工作狀況，通過它門的運行狀況了解風扇與潛油泵是否故障，在保護風扇和油泵的同時，也可以提高裝置安全運行的穩(wěn)定性。另外，裝置還設有按鍵與顯示。這是本設計目前可以實現的功能，較之以前使用的油循環(huán)風冷卻裝置的功能更加全面，控制更加方便與人性化。強迫油循環(huán)風冷卻裝置由風冷卻器和風冷控制裝置兩部分組成，下面就對冷卻裝置的工作原理和配置進行分析和介紹。運行中為滿足變壓器的各種運行工況，一般要求冷卻裝置1臺備用（運行冷卻裝置故障時可自動投入運行），其余所有冷卻裝置全部投入運行。由于大型變壓器采用油自然循環(huán)冷卻不能滿足散熱要求，故采用強迫油循環(huán)的冷卻方式。在電力變壓器的強迫油循環(huán)風冷卻裝置中，主要由潛油泵、冷卻設備、油流繼電器、分控箱、主控制箱、遠方信號系統(tǒng)等部分組成。 冷卻設備：該設備主要是由風扇和冷卻器本體組成，其實也就是冷卻裝置的被控對象，用來直接對變壓器進行散熱與冷卻。 凈油器：它是充滿吸附劑（活性氧化鋁）的容器，安裝在冷卻器的下方，與下集油室鏈接。 分控箱：在每一組冷卻器下部裝設一個分控箱，內設有接觸器、熱繼電器、接線端子與保險，使每只風扇的電源通過分控箱進入電機本體，便于運行和維修。 遠方信號系統(tǒng)：方便運行人員監(jiān)控冷卻裝置或者變壓器的運行狀況。既然是冷卻裝置，首要就得考慮變壓器的溫度，其次就是二次接線應滿足的要求。當變壓器溫度高于周圍介質的溫度時，就會向外散熱。當單位時間內變壓器內部產生的熱量等于單位時間內散發(fā)出去的熱量時，變壓器的溫度就不再升高，達到了熱的穩(wěn)定狀態(tài)。因為絕緣長期受熱后要老化，溫度愈高，絕緣老化得愈快。另一方面，即使絕緣還沒有損壞，但是溫度愈高，在電動力的作用下，絕緣容易破裂，絕緣的性能愈差，便很容易被高壓擊穿而造成故障。 我國電力變壓器大部分采用A極絕緣，即浸漬處理過的有機材料，如紙、木材、棉紗等。變壓器運行的允許溫度是按上層油溫來檢查的。