【正文】 由于繞組的平均溫度比油溫高10℃，同時(shí)為了防止油質(zhì)劣化，所以規(guī)定變壓器上層油最高不超過(guò)95℃。對(duì)于采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷和風(fēng)冷的變壓器，上層油溫最高不超過(guò)80℃，而正常運(yùn)行時(shí)，上層油溫不宜經(jīng)常超過(guò)75℃。 變壓器運(yùn)行允許溫升 變壓器溫度與周圍介質(zhì)溫度的差值稱作變壓器的溫升。其次，當(dāng)變壓器溫度升高時(shí)，繞組的電阻就會(huì)增大，還會(huì)使銅損增加。對(duì)A級(jí)絕緣的變壓器，當(dāng)周圍空氣溫度最高為40℃時(shí)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，繞組的溫升為65℃。當(dāng)周圍空氣溫度低于允許值時(shí)，雖然變壓器散熱能力大大增加，在同樣的負(fù)荷下，變壓器的溫度很低，但仍不允許變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。為了便于檢查和正確反映出繞組的溫度，不但要規(guī)定上層油溫的允許值，而且還必須規(guī)定上層油溫的允許溫升。[7] 變壓器溫度限值（制造廠有規(guī)定的按制造廠規(guī)定）。 油浸式變壓器頂層油溫一般限值 冷卻方式冷卻介質(zhì)最高溫度（℃）最高頂層油溫（℃）強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷4085 對(duì)變壓器的冷卻裝置的要求 （1）要求油浸式變壓器本體的冷卻裝置、溫度測(cè)量裝置等應(yīng)符合GB6451的要求。（3） 強(qiáng)油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個(gè)獨(dú)立的工作電源并能自動(dòng)切換；當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用電源并發(fā)出音響或燈光信號(hào)。（5）風(fēng)扇、水泵及油泵的附屬電動(dòng)機(jī)應(yīng)有過(guò)負(fù)荷、短路及斷相保護(hù)；應(yīng)有監(jiān)視油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的裝置。 冷卻裝置二次接線應(yīng)滿足的要求冷卻裝置的具體接線方式各制造廠大同小異，但是各冷卻裝置的二次接線在設(shè)計(jì)中必須遵循以下要求：（1）變壓器投入電網(wǎng)運(yùn)行或退出電網(wǎng)運(yùn)行，工作冷卻器均可通過(guò)控制開關(guān)投入或停止運(yùn)行。（3）當(dāng)工作或輔助冷卻器故障時(shí)，備用冷卻器能自動(dòng)投入運(yùn)行。（5）控制箱采用兩回路獨(dú)立電源供電，兩路電源可任意選一路工作或備用；當(dāng)一路電源故障跳閘時(shí)，另一路電源能自動(dòng)投入。（7）當(dāng)冷卻裝置在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，能發(fā)出事故信號(hào)，告知值班人員，迅速予以處理。下面介紹各部分的作用。溫度采集即是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，即用溫度傳感器采集供單片機(jī)輸出控制的溫度信號(hào)。（2）主控芯片：主要是采用單片機(jī)的控制方式。（4）鍵盤電路：設(shè)計(jì)一個(gè)矩陣鍵盤，希望通過(guò)鍵盤輸入可以對(duì)變壓器油溫的上下限進(jìn)行設(shè)定。（6）外圍電路：即是執(zhí)行設(shè)備，主要對(duì)變壓器直接進(jìn)行冷卻的部分，風(fēng)扇和潛油泵再加個(gè)切斷超溫時(shí)的斷路器。本裝置首先通過(guò)變壓器的溫度傳感器，對(duì)變壓器的溫度進(jìn)行采集，然后送入A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理，成為可供單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理的數(shù)字信號(hào)量。而驅(qū)動(dòng)電路在接到微控制器的控制指令以后，進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)工作，以使得冷卻設(shè)備按照程序進(jìn)行降溫工作或停止工作。工作人員也可以通過(guò)人工干預(yù)的方式，直接命令系統(tǒng)強(qiáng)行對(duì)變壓器進(jìn)行降溫操作或強(qiáng)行停止對(duì)變壓器的降溫操作。第3章 變壓器冷卻控制裝置的硬件設(shè)計(jì)本裝置是為某電力局220KV變電站的SFPSZ79000/220型主變壓器配備的冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置。變壓器南邊兩組，北邊兩組，另有一組備用?？刂蒲b置的工作電源為220V/50HZ的工頻交流電，容量為31500KVA。2℃，溫度控制精度為177。本設(shè)計(jì)以STC89C58單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對(duì)油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集結(jié)果送入MCU進(jìn)行處理，然后按照工藝的要求進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器溫度的全自動(dòng)遠(yuǎn)程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具有完善的保護(hù)功能，包括風(fēng)扇電流和潛油泵的工作狀態(tài)檢測(cè)，便于工作人員的檢修和維護(hù)。用戶根據(jù)實(shí)時(shí)提供的變壓器、風(fēng)扇和油泵工作情況，實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程控制。圖31 變壓器冷卻裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖 硬件系統(tǒng)部件設(shè)計(jì) 控制裝置主要由單片機(jī)、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、矩陣鍵盤電路、顯示模塊、通訊模塊以及復(fù)位電路等組成，其中單片機(jī)是控制裝置的核心，A/D轉(zhuǎn)換器是把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在某些方面，與PLC類似。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)邏輯開始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。在它們誕生前，工業(yè)電器控制主要使用低壓電器構(gòu)成的繼電接觸器電路，它是以接線邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能的。因此，就需要采用程序修改的方式改變控制功能，這是從接線邏輯向存儲(chǔ)邏輯轉(zhuǎn)變的過(guò)程。繼電接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)，以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使其有極高的可靠性。更重要的是，單片機(jī)系統(tǒng)相對(duì)繼電接觸器控制系統(tǒng)，接線少，其主要功能是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要改變?cè)O(shè)備的控制功能時(shí)，只要修改程序，修改接線的工作量很小。下面是對(duì)兩種單片機(jī)的比較，選出適合本裝置使用的單片機(jī)。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。PIC系列單片機(jī)從低到高有幾十種型號(hào)，可以滿足很多需求。（2）精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。（3）產(chǎn)品上市零等待。（4）PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。通過(guò)限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無(wú)需光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大的方便。PIC以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。（7）自帶看門狗定時(shí)器，可以提高程序運(yùn)行的可靠性。雖然PIC在這方面不能和新型的TIMSP430相比，但在大部分應(yīng)用場(chǎng)合還是能滿足需要的。STC89C58是一款在工業(yè)控制過(guò)程中使用較多的單片機(jī)，也是電子設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)箱采用的單片機(jī)型號(hào)。它的特點(diǎn)如下：（1）增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期 8051 CPU；（2）工作電壓：—（5V單片機(jī)）；（3）工作頻率范圍：0—40MHz，相當(dāng)于普通8051的0—80MHz實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；（4）用戶可用程序空間32K；（5）片上集成1280字節(jié)RAM；（6）通用I/O口32個(gè)，復(fù)位后：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上上拉電阻；（7）EEPROM功能，看門狗功能；（8）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷；（9）共3個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0可當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。51單片機(jī)發(fā)展起步較早，一些簡(jiǎn)單的硬件電路設(shè)計(jì)技術(shù)不管是硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)都比較容易，簡(jiǎn)單易懂，適合大眾化的使用。圖32為兩種單片機(jī)的I/O口對(duì)比圖。接觸過(guò)單片機(jī)的人都時(shí)常聽別人提到“最小系統(tǒng)”這個(gè)詞。對(duì)于51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路，就組成了一個(gè)最小系統(tǒng)。（1） 振蕩器：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如震蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯，電路將無(wú)法通信。（2）復(fù)位端：復(fù)位電路給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)（一個(gè)一定時(shí)間的低電平）使程序從頭開始執(zhí)行；一般有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平；手動(dòng)復(fù)位，同時(shí)按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，這時(shí)如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，不能正常工作。 圖33 STC89C58型單片機(jī)最小系統(tǒng)圖把這些器件組合起來(lái)就能很好的使用單片機(jī)，它們都是為了使單片機(jī)更好的工作而設(shè)立的。溫度傳感器是利用一些金屬、半導(dǎo)體等材料與溫度相關(guān)的特性制成的。（PT系列）鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，顯示儀表將會(huì)指示出鉑電阻的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。鉑電阻溫度傳感器是用來(lái)測(cè)量空氣、土壤和水等物體的溫度傳感器。鉑電阻溫度傳感器具有極佳的可互換性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于氣象和環(huán)保等部門。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。但在實(shí)際測(cè)量中，使用溫度—電阻函數(shù)T（r）更便于測(cè)量與計(jì)算。實(shí)際使用表明，此方法的計(jì)算速度快，產(chǎn)生的誤差較小，可以很好地提高溫度測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度。鉑電阻溫度傳感器在防護(hù)設(shè)備里經(jīng)常用到。(1)減少鉑電阻溫度傳感器保護(hù)管的輻射系數(shù)；(2)增加被測(cè)介質(zhì)的循環(huán)，在工作壓力許可的情況下，盡量使鉑電阻與被測(cè)介質(zhì)間的對(duì)流傳熱增加；(3)盡可能減少鉑電阻保護(hù)管的外徑；(4)增加鉑電阻的插入深度，使其受熱部分加長(zhǎng)；(5)對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求不高的，可盡量采用熱傳導(dǎo)系數(shù)較小的材料做保護(hù)管；(6)對(duì)熱響應(yīng)時(shí)間要求比較高的，則盡可能選用熱傳導(dǎo)系數(shù)大的保護(hù)管，依實(shí)際使用情況加以取舍。總之，在應(yīng)用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，首先必須正確選型，合理的安裝和使用，盡可能的設(shè)法消除各種外界影響，減少附加誤差，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量、簡(jiǎn)便耐用的目的。因此，LM35比按絕對(duì)溫標(biāo)校準(zhǔn)的線性溫度傳感器優(yōu)越感多?！妫妗妫ī?5℃至﹢150℃溫度范圍內(nèi)），重復(fù)性好，低輸出阻抗，線性輸出和內(nèi)部精密校準(zhǔn)使其與讀出或控制電路接口簡(jiǎn)單和方便，可單電源和正負(fù)電源工作。LM35有多種不同封裝型式，在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到177。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測(cè)量；兩種接法的靜止電流—溫度關(guān)系，℃，單電源模式在25℃下靜止電流約50uA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場(chǎng)合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無(wú)需校準(zhǔn)。LM35DZ輸出為0℃—100℃，而LM35CZ輸出可覆蓋﹣40℃—110℃，且精度更高，兩種芯片的精度都比LM35高，不過(guò)價(jià)格也稍高。1/4℃(10)輸出阻抗，(11)引腳說(shuō)明：電源負(fù)GND，電源正VCC，信號(hào)輸出S[12] 圖34 LM35引腳分布圖圖35 LM35與單片機(jī)的接線圖上圖是利用LM35對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)的電路，LM35測(cè)得的模擬信號(hào)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送給單片機(jī)。 外圍設(shè)備保護(hù)電路外圍設(shè)備主要是包括風(fēng)扇和潛油泵，為了冷卻工作的順利進(jìn)行，同時(shí)也為了保護(hù)兩者的正常使用，特設(shè)計(jì)了油流繼電器狀態(tài)采集電路和風(fēng)扇電流采集電路來(lái)監(jiān)測(cè)它們的工作狀態(tài)。是一種用于保護(hù)油浸式變壓器的重要裝置，它聯(lián)結(jié)著變壓器和儲(chǔ)油柜，利用變壓器內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的氣體而發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作的一種繼電器，可以達(dá)到保護(hù)變壓器的作用。 對(duì)油流繼電器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是為了掌握油泵的工作狀態(tài)是否正常。 圖36 油流繼電器輸出信號(hào)采集電路圖油流繼電器安裝在冷卻器和油泵之間的聯(lián)管上，它將擋板伸入到聯(lián)管中。傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，其上磁鐵帶動(dòng)著隔板的另一磁鐵而轉(zhuǎn)動(dòng)，微動(dòng)開關(guān)的常閉接點(diǎn)打開，常開接點(diǎn)閉合，發(fā)出正常工作信號(hào)。 風(fēng)扇是冷卻裝置最主要的組成，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)才是變壓器溫度的穩(wěn)定保障。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，特設(shè)計(jì)下面的風(fēng)扇電流采集電路。由于備用風(fēng)扇平時(shí)處于不工作狀態(tài)，所以采集電路中沒(méi)有設(shè)計(jì)第五個(gè)風(fēng)扇電流的采集。圖37 風(fēng)扇電流采集電路 因?yàn)轱L(fēng)扇的工作電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)可以處理的范圍，所以用SCT254小型電流互感器將大電流變?yōu)樾‰娏?，?jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路（電容、放大器等組成的電路）處理后送到多路選擇開關(guān)CD4051進(jìn)行選通，然后經(jīng)過(guò)采樣保持器LF398后送到A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832中，將系統(tǒng)檢測(cè)到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量信號(hào)，經(jīng)接口輸入單片機(jī)。 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路，亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡(jiǎn)稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。A/D轉(zhuǎn)換包括三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程；量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程；編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來(lái)表示。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換，這就是組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想，反之，則構(gòu)成了A/D轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別，處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析，處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog to digital converter）；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或ADC，Digital to analog converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺的組成部分，為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號(hào)的實(shí)時(shí)控制與檢測(cè)，A/D與D/A轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出虛度偶單片的和混合集成型的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來(lái)愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類繁多的A/D轉(zhuǎn)換芯片。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間=330ns）、次超高速（330—）、低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間330us）等。所謂直接A/D轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型、并聯(lián)比較型等。其中積分型A/D轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，且能做到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。[13]該裝置的設(shè)計(jì)中采用ADC0832做A/D轉(zhuǎn)換。由于上兩節(jié)中溫度和電流采集都使用了它，這里就不介紹它的引腳圖了。正常情況下，ADC0832與單