变压器瓦斯保护仪设计_课程设计论文.doc

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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 变压器瓦斯保护仪设计变压器瓦斯保护仪设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气10104 4班班 学学 号：号： 101003031200303120 学生姓名：学生姓名： 马志瀛马志瀛 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2012013 3.06.24-201.06.24-2013 3.0707.1212 本科生课程设计（论文） I 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院

2、教研室： 电气教研室 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号100303120学生姓名马志瀛专业班级电气104班 课程设计 （论文） 题目 变压器瓦斯保护仪设计 课程设计（论文）任务 该检测仪实时监测变压器油的流速，当流速超过阈值时，启动相应的开关量输出控制 启动保护装置，并发出报警信号。 设计任务：设计任务： 1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，存储器，晶振电路，复位电路） ） 2. 传感器选择及接口电路设计 3. 开关量输出接口及报警电路设计 4. 程序流程图设计以及具体程序编写 技术参数：技术参数： 1变压器容量是 5000KVA 2保护仪的工

3、作电源为 220V 3变压器的流速上限为 0.6m/s 设计要求设计要求： 1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等； 2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图； 3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明， 详细阐述系统的工作过程，字数应在 4000 字以上。 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 3-4 天 CPU 最小系统设计 第 5 天传感器选择及接口电路设计 第 6 天开关量输出接口及报警电路设计 第 7 天 程序流程图设计 第 8 天 软件编写与调试 第 9 天 设计说明书

4、完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） II 摘 要 变压器作为电力系统输电不可或缺的装置，其可靠性和安全性对整个电网的 可靠，持续供电起着关键作用。瓦斯保护作为变压器保护的重要组成部分，是变 压器安全，可靠运行的基础。本文阐述了变压器瓦斯保护作用及其设计过程。 针对本次设计，选用 QJ1-80 气体继电器作为瓦斯保护的继电器，再由按键 电路连入 CPU 进行处理计算，通过报警系统进行报警。 关键词：变压器；瓦斯保护；QJ1-80 气体继电器 本科生课程设计（论文） III 目 录 第 1 章 绪论

5、 1 1.1 变压器保护概况 .1 1.2 变压器瓦斯保护概况 .2 1.3 本文研究内容 .2 第 2 章 CPU 最小系统设计.4 2.1 瓦斯保护仪总体设计方案 .4 2.2 CPU 的选择 4 2.3 数据存储器扩展 .6 2.4 复位电路设计 .7 2.5 时钟电路设计 .7 2.6 CPU 最小系统图 8 第 3 章 瓦斯保护仪输入输出接口电路设计 9 3.1 瓦斯继电器的选择 .9 3.2 瓦斯保护仪检测接口电路设计 .9 3.2.1 独立式按键电路选择.9 3.2.2 模拟量检测接口电路.11 3.3 瓦斯保护仪输出接口电路设计 11 第 4 章 瓦斯保护仪软件设计 .13 4

6、.1 软件实现功能综述 13 4.2 流程图设计 13 4.2.1 主程序流程图设计.13 4.2.2 模拟量检测流程图设计.14 4.2.3 报警装置流程图设计.14 4.3 程序清单 15 第 5 章 系统设计与分析 .16 5.1 系统原理图 16 5.2 系统原理综述 16 第 6 章 课程设计总结 .17 参考文献 18 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 变压器保护概况 变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中极其重要组成部分， 它在电力系统的发电，输电，配电等各个环节中被广泛使用。随着近些年来，电 力系统规模的不断扩大，电压等级的提高，增加了很多大容量

7、的变压器，因而它 的安全运行与否，是整个电力系统能否连续稳定工作的关键，也是电力系统可靠 工作的必要条件。而且电力变压器本身造价昂贵，一旦发生故障而遭到破坏，将 给维修带来很大困难，造成大的经济损失。因此，必须根据变压器的容量和重要 程度，并考虑到可能发生的各种故障类型和不正常运行状态，来装设性能良好、 工作可靠的继电保护装置。 分析电力变压器的故障，可分为短路故障和不正常运行状态两种，而变压器 的短路故障，又可按发生在变压器的内外部情况分为内部故障和外部故障。变压 器的内部故障主要是指各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝 间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地短路故障等。变压器

8、的外部故障主要 是指外部绝缘套管和引出线上发生的相间短路和直接接地短路故障。 根据上述故障类型和不正常运行状态，变压器应装设以下保护： （1）瓦斯保护 对于变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应 于油箱内部所产生的气体或油流而动作，同时也能反应绕组的开焊故障。 （2）纵联差动保护或电流速断保护 为反应变压器绕组和引出线的相间短路故障，中性点直接接地侧绕组和引 出线的接地短路故障以及绕组匝间短路故障，应装设纵联差动保护或电流 速断保护。保护动作后，跳开变压器各电源侧的断路器。 （3）反应外部相间短路的后备保护 动作于变压器的外部故障和作为主保护的后备保护，根据变压器容量和应

9、 用情况，可分别采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流 及单相式低电压起动的过电流保护、阻抗保护。 （4）反映外部接地短路的接地保护 对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，应装设零序 电流保护。当电力网中部分变压器中性点接地运行，应根据具体情况，装设专 本科生课程设计（论文） 2 有的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。 （5）过负荷保护 对 0.4MVA 以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷 的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于 一相电流上，并延时作用于信号。 （6）过励磁保护 高电压侧电

10、压为 500KV 及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的 变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。 （7）非电量保护 对变压器本体和有载调压部分的温度，油箱内压力升高以及冷却系统的故 障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。 为实现上述保护内容的功能，适应当今大容量变压器应用的日益增多以电 力系统网络日益复杂化的趋势，并伴随着计算机技术的迅速发展，微机继电保护 装置在高压电王中得到了广泛的应用，成为目前继电保护中最重要的保护形式。 微机保护相比与传统的保护装置，具有更高的可靠性、快速性和灵敏度，可更大 限度的保证电力系统和变压器的安全运行，减少事故的损失。 1.

11、2 变压器瓦斯保护概况 瓦斯保护是变压器内部故障的基本保护，它的主要器件是瓦斯继电器，安装 的位置在油箱与油枕之间的联接管道中。当变压器油箱内部发生故障时，短路电 流产生的电弧使变压器油和其他绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，这 种可燃性气体统称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越 快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。瓦斯保护是利用变压器油受热分 解所产生的热气流和热油流实施保护动作。在瓦斯保护装置中，反应这些特性的 基本器件是瓦斯继电器。 在变压器正常工作时，瓦斯继电器的容器内一般是充满变压器油的，它的 两对灵敏水银触点是断开的。如果变压器内部出现轻微故障，此时

12、上面一对水 银触点闭合，接通信号回路，发出报警信号，即继电器轻瓦斯动作。如果变压 器内部发生严重故障，使下面一对水银触点闭合，接通跳闸回路，切断与变压 器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用，即继电器中瓦斯保护。 1.3 本文研究内容 该检测仪实时监测变压器油的流速，当流速超过阈值时，启动相应的开关量 本科生课程设计（论文） 3 输出控制启动保护装置，并发出报警信号。 本设计主要设计内容是： 1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，存储器，晶振电路，复位电路） ） 2. 继电器选择及接口电路设计 3. 开关量输出接口及报警电路设计 4. 程序流程图设计以及具体程序编写 本科生课程设

13、计（论文） 4 第 2 章 CPU 最小系统设计 2.1 瓦斯保护仪总体设计方案 图 2.1 瓦斯保护仪原理框图 变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，它安装在油箱与油枕之间的连 接管中。当变压器出现内部故障时，产生的气体将聚集在瓦斯继电器的上部，使 油面降低。当油面降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水银接点接通，发出信 号。如果是严重故障，油流会冲击挡板，使之偏转，并带动挡板后的连动杆向上 转动，挑动与水银接点卡环相连的连动环，使水银接点分别向与油流垂直的两侧 转动，两水银接点同时接通，使开关跳闸或发出信号。信号经按键电路送入 CPU, CPU 对采样值进行数值计算，处理后，驱动显示器显示

14、出被测气体的瓦斯浓度值， 若被测气体的瓦斯浓度超过报警电路预定的数值时，报警电路即发出声、光报警 信号，并启动输出相应的开关量信号，检测仪由 AC220V 供电。 2.2 CPU 的选择 CPU 是瓦斯保护仪的核心，完成数据采集、处理、输出、显示等功能,是整个 仪器正常工作的基础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择通用性强、功 耗小、性能稳定良好的 8 位 CMOS 微处理器芯片 AT89C51，它与常用 MCS-51 型单 片机兼容，工作电压为 2.7V6.OV,具有 32 条可编程 I/O 端口，3 个 16 位定时 计数器，2568 位内部 RAM,内带 8K 字节快闪 EEPROM

15、 的特点，大大简化了电路 的设计。 本科生课程设计（论文） 5 引脚图如图： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 X IA L2 18 X IA L1 19 V SS 20 V CC 21 P0.0 22 P0.1 23 P0.2 24 P0.3 25 P0.4 26 P0.5 27 P0.6 28 P0.7 29 EA 30 A LE 31 PSEN 32 P2.7 33 P

16、2.6 34 P2.5 35 P2.4 36 P2.3 37 P2.2 38 P2.1 39 P2.0 40 89C51 图 2.2 89C51 引脚图 部分引脚功能说明： XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和 内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 RST：AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要 将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89

17、C51便能完 成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。 ALE/：ALE表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE信PROG 号负跳变来触发外部的8位锁存器 (如74LS373)，将端口P0 的地址总线(A0-A7) 锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作 频率的1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。 ：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储PSEN 器读取指令码时，每个机器周期产生二次 信号。在执行片内程序存储器指PSEN 令时，不产生PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生信号。PSE

18、N P0：P0口(P0.0P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部 数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时， 则作一般双向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。 P2：P2口(P2.0P2.7)是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则 本科生课程设计（论文） 6 作一般双向I/O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。 P1：P1口(P1.0P1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行 I/O口)，其输出可以推动4个LSTTL负载

19、。仅供用户作为输入输出用的端口。 P3：P3口(P3.0P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行 I/O口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外 部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下： P3.0 RXD 串行通信输入 P3.1 TXD 串行通信输出 P3.2 外部中断0输入,低电平有效 0INT P3.3 外部中断1输入,低电平有效 1INT P3.4 T0 计数器0 外部事件计数输入端 P3.5 T1 计数器1 外部事件计数输入端 P3.6 外部随机存储器的写选通，低电平有效 WR P3.7 外部随机存储器的读选通，低电

20、平有效 RD 在设计中用到了多片串行通信的芯片，但选用的单片机AT89C51只有一个串 行口，这给连接带来了极大的麻烦。在设计中，用单片机未用到的普通I/O口辅之 控制软件来模拟串行口工作，从而解决了串行口不够用的难题。 2.3 数据存储器扩展 89C51单片机片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储 器是远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的拓展功能，拓展数据 存储器。本文利用6264与单片机进行拓展。 6264是8K*8位的静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5电源供电，额 定功耗200mW,典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。如

21、图2.3所示： P1.0 1 P1.2 3 P1.1 2 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.3 13 P3.2 12 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 X T AL1 19 X T AL2 18 V SS 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P

22、0.1 38 P0.0 39 V CC 40 89c51 D0 3 Q0 2 D1 4 Q1 5 D2 7 Q2 6 D3 8 Q3 9 D4 13 Q4 12 D5 14 Q5 15 D6 17 Q6 16 D7 18 Q7 19 OE 1 LE 11 74LS373 A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 CS1 20 CS2 26 WE 27 OE 22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 6264 本科生课程设计（论文）

23、7 图 2.3 89C51 与 6264 的扩展 2.4 复位电路设计 复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因 此非常的重要。在时钟电路工作后，只要在单片机的 RESET 引脚上出现 24 个时 钟振荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就可以实现复位。为了保证 系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使 RESET 引脚保持 10ms 以上的高电平， 单片机就可以可靠的复位。本文采用按键复位方式。该方式可以通过按键实现复 位。按下键后，通过 R1 和 R2 形成回路，使 RESET 端产生高电平。按键的时间决 定了复位的时间。 22 u C A P 10 k R

24、E S 2 D 1 41 48 S 1 R E S E T 20 0 R E S 2 V C C R S T 图 2.4 按键复位电路图 2.5 时钟电路设计 片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉 冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz24MHz 之间选取。C1、C2 是反馈电容，其值在 20pF100pF 之间选取， 典型值为 30pF。本电路选用的电容为 30pF，晶振频率为 12MHz。振荡周期 ； 机器周期； 指令周期 s121 sSm1 s41 本科生课程设计（论文） 8 C 1 30 pF C 2 30 pF 振

25、 振 X T A L 1 X T A L 2 . . 图 2.5 晶振电路图 2.6 CPU 最小系统图 根据上述 4 节图，形成完整的 CPU 最小系统图，如图 2.6 所示： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 XIAL2 18 XIAL1 19 VSS 20 VCC 21 P0.0 22 P0.1 23 P0.2 24 P0.3 25 P0.4 26 P0.5 27 P0

26、.6 28 P0.7 29 EA 30 ALE 31 PSEN 32 P2.7 33 P2.6 34 P2.5 35 P2.4 36 P2.3 37 P2.2 38 P2.1 39 P2.0 40 A1 89C51 Vin 1 GND 2 Vout 3 U1 VOLTREG R1 R2 Y1 C1C2 S1 C5 C6C7C3C4 1 2 3 4 D1 R3 S2 T2 图 2.6 CPU 最小系统 本科生课程设计（论文） 9 第 3 章 瓦斯保护仪输入输出接口电路设计 3.1 瓦斯继电器的选择 本次课设选用 QJ1-80 气体继电器作为瓦斯保护的继电器，QJ1-80 气体继电 器，是油浸式变

27、压器所用的一种保护装置，由于变压器内部故障而使油分解产生 气体或造成油流涌动时，使气体继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及 时发出信号或自动切除变压器。 在选择 QJ1-80 气体继电器时，主要从以下几个测试实验来衡量: 1、轻瓦斯试验 将瓦斯继电器放在实验台上固定， （继电器上标注箭头指向油枕） ，打开实验 台上部阀门，从实验台下面气孔打气至继电器内部完全充满油后关闭阀门，放平 实验台，打开阀门，观察油面降低到何处刻度线时轻瓦斯触点导通，我局轻瓦斯 定值一般为 250mm 350mm ，若轻瓦斯不满足要求，可以调节开口杯背后的重锤 改变开口杯的平衡来满足需求。 2、 重瓦斯试验（流速实

28、验） 从实验台气孔打入气体至继电器内部完全充满油后关上阀门，放平实验台， 打开实验台表计电源，选择表计上的瓦斯孔径档位，测量方式选在“流速” ，再 继续打入气体，观察表计显示的流速值为整定值止，快速打开阀门，此时油流应 能推动档板将重瓦斯触点导通。重瓦斯定值一般为 1.01.2m/s，若重瓦斯不满 足要求，可以通过调节指针弹簧改变档板的强度来满足需求。 3、 密闭试验 同上面的方法将起内部充满油后关上阀门，放平实验台，将表计测量方式选 在“压力” ，打入气体，观察表计显示的压力值数值为 0.25MPa，保持该压力 40 分钟，检查继电器表面的桩头跟部是否有油渗漏。 3.2 瓦斯保护仪检测接口电

29、路设计 3.2.1 独立式按键电路选择 因为 CPU 不能直接接收模拟量信号，所以需要按键电路把开关关断讯号传入 CPU 中，发出警报。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须 占用一根 I/O 口线，在按键数量较多时，I/O 口线浪费较大。由于此次设计只需 本科生课程设计（论文） 10 两个 I/O，所以适合选用独立式按键电路。对于键盘的监测，就是否有键按下的 信息输压测量信号，把瓦斯继电器的信号传入 CPU 中的方式分为中断方式与查询 方式两种。 本次课设选用查询方式，如电路图 3.1 所示： 123456 A B C D 654321 D C B A T i tle N um

30、 berR evi sio nSi ze B D ate:30 -Ju n- 20 13Sh ee t of Fi le:C :PR O G R A M F IL E S D E SIG N E X PL O R E R 99 S E E X A M PL E S M y D e sig n.d dbD raw n B y: P1 .0 1 P1 .1 2 P1 .2 3 P1 .3 4 P1 .4 5 P1 .5 6 P1 .6 7 P1 .7 8 R E SE T 9 P3 .0 10 P3 .1 11 P3 .2 12 P3 .3 13 P3 .4 14 P3 .5 15 P3 .6 1

31、6 P3 .7 17 X IA L 2 18 X IA L 1 19 V SS 20 V CC 21 P0 .0 22 P0 .1 23 P0 .2 24 P0 .3 25 P0 .4 26 P0 .5 27 P0 .6 28 P0 .7 29 E A 30 A L E 31 PS E N 32 P2 .7 33 P2 .6 34 P2 .5 35 P2 .4 36 P2 .3 37 P2 .2 38 P2 .1 39 P2 .0 40 A 1 89 C5 1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8 +5 V 图 3.1 独立式按键电路

32、 下面是查询方式的键盘程序。K0 到 K7 为功能程序入口地址标号，其地址间 隔应能容纳 JMP 指令字节，PROM0PROM7 分别为每个按键的功能程序。设 I/O 为 P0 口。 START：MOV A，#0FFH ; MOV P0，A ;置 P1 口为输入状态 MOV A，P0 ;键状态输入 JNB ACC.0，K0 ;检测 0 号键是否按下，按下转 JNB ACC.1，K1 ;检测 1 号键是否按下，按下转 JNB ACC.2，K2 ;检测 2 号键是否按下，按下转 JNB ACC.3，K3 ;检测 3 号键是否按下，按下转 JNB ACC.4，K4 ;检测 4 号键是否按下，按下转

33、JNB ACC.5，K5 ;检测 5 号键是否按下，按下转 JNB ACC.6，K6 ;检测 6 号键是否按下，按下转 JNB ACC.7，K7 ;检测 7 号键是否按下，按下转 JMP START ;无键按下返回，再顺次检测 K0：AJMP PROM0 本科生课程设计（论文） 11 K1：AJMP PROM1 K7：AJIMP PROM7 PROM0： ;0 号键功能程序 JMP START ;0 号键功能程序执行完返回 PROM1： ;0 号键功能程序 JMP START ;1 号键功能程序执行完返回 ; 7 号键功能程序 PROM7： JMP START ;7 号键功能程序执行完返回 3

34、.2.2 模拟量检测接口电路 由气体继电器和按键电路组成的模拟量检测接口电路图，如图 3.2 所示： Q1 R1 R2 D1 DIODE P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 XIAL2 18 XIAL1 19 VSS 20 VCC 21 P0.0 22 P0.1 23 P0.2 24 P0.3 25 P0.4 26 P0.5 27 P0.6 28 P0.7 29 EA 30 A

35、LE 31 PSEN 32 P2.7 33 P2.6 34 P2.5 35 P2.4 36 P2.3 37 P2.2 38 P2.1 39 P2.0 40 A1 89C51 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 +5V K RELAY-DPST KG1 KG2 图 3.2 气体继电器与按键电路连接 3.3 瓦斯保护仪输出接口电路设计 报警电路由 NPN 三极管、蜂鸣器、LED 和限流电阻组成，如图 3.3 所示。 由单片机两个 I/0 口控制声报警方式和光报警方式，实际应用时，可以通过软件 设置选择其中一种报警方式，也可以两种都选择。

36、本科生课程设计（论文） 12 8050 是一种常用的小功率开关三极管，它的最大负载电流为 700mA, VCEO=20V,饱和压降为 0.5V。 Q1 和 Q2 分别作为蜂鸣器和发光二极管的驱动器， 蜂鸣器的正常工作为 3V，声音强度为 80dB，发光二极管的额定电流为 5lOmA。当单片机 I/O 口信号为高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声音， 发光二极管则给出光指示信号，其中，R2, R3 和 R1 均为限流电阻。 R3 10K R2 10K R1 470 Q2 8050 Q1 8050 D4 LS1 SPEAKER +3.3V +3.3V+3.3V P1.0 P1.1 图 3.3 报

37、警装置电路图 本科生课程设计（论文） 13 第 4 章 瓦斯保护仪软件设计 4.1 软件实现功能综述 该系统软件主要由主程序、按键程序和报警子程序等模块组成,因为 C 语言编 写的软件易于实现模块化,生成的机器代码质量高、可读性强、移植好。 1) 比较监测到的瓦斯浓度值值和报警设置值,发现超限则蜂鸣器报警提示 2) 报警的同时启动输出相应的开关量信号。 4.2 流程图设计 4.2.1 主程序流程图设计 主程序功能是将继电器程序、按键程序与数据程序结合在一起检验是否发生 故障，灵敏水银触点是否闭合，闭合则报警，反之则不报警，主程序流程图如图 4.1所示： 图 4.1 主流程图 本科生课程设计（论

38、文） 14 4.2.2 模拟量检测流程图设计 89C51单片机独立式按键子程序流程图，如图4.2所示。 图 4.2 按键子程序流程图 4.2.3 报警装置流程图设计 报警电路分为蜂鸣器报警电路和 LED 发光报警电路组成。当输入端为低电 平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。而当输入端为高电平时不报警。 当输入端 KG1 接通，启动 00 按键程序并报警，当输入端 KG2，启动 01 按 键程序并报警，当输入端 KG1 和 KG2 同时接通，启动 10 按键程序并报警 程序框图如图 4.3 所示： 本科生课程设计（论文） 15 图 4.3 报警子程序流程框图 4.3 程序清单 START

39、：CLR A; MOV P0，A; MOV P1，A; MOV ACC.0，P0; MOV ACC.1，P1; JC ACC.0，K0(KG1); JC ACC.1，K1(KG2); JMP START； K0：AJMP PROM0; K1：AJMP PROM1; PROM0：SETB P1; JMP START; PROM1：SETB P2; JMP START; 本科生课程设计（论文） 16 第 5 章 系统设计与分析 5.1 系统原理图 综上所述，此系统电路原理图如图 5.1 所示 Q1 R1 R2 D1 DIODE P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5

40、P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 XIAL2 18 XIAL1 19 VSS 20 VCC 21 P0.0 22 P0.1 23 P0.2 24 P0.3 25 P0.4 26 P0.5 27 P0.6 28 P0.7 29 EA 30 ALE 31 PSEN 32 P2.7 33 P2.6 34 P2.5 35 P2.4 36 P2.3 37 P2.2 38 P2.1 39 P2.0 40 A1 89C51 S1 S2 S3 S4 S5 S6

41、 S7 S8 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 +5V R10 R11 +3.3V +3.3V K RELAY-DPST KG1 KG2 图 5.1 系统总结线图 5.2 系统原理综述 当变压器内部发生轻微故障，使油位降低时，瓦斯继电器 KG 的上接点 KG1 动作，接通信号继电器 1KS 发出信号。当变压器内部发生严重故障，使瓦斯继电 器 KG 的下接点 KG2 动作，KG1 和 KG2 分别接按键电路 K0、K1，CPU 再由按 键状态启动相应的报警。 本科生课程设计（论文） 17 第 6 章 课程设计总结 本次课设设计了变压器的保护装置，设计中分别选用气体继电器、按键按电

42、路、报警电路等作为保护电路的重要组成部分。其运行过程为：当油浸式变压器 的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度 随故障的严重程度不同而不同。在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒， 下部是一块金属档板，两者都装有密封的水银接点。浮筒和挡板可以围绕各自的 轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银 接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部 发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦 斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，当变压器 内部发生严重故障时，则产

43、生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大 的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干 簧触点方向移动，使水银触点闭合，按键电路将水银触点闭合信息传入CPU中进 行处理、计算，之后发出报警，并关断相应开关。 变压器瓦斯信号动作后，运行人员必须对变压器进行检查，查明动作的原因， 并立即向上级调度和主管领导汇报，上级主管领导应立即派人去现场提取继电器 气样、油样和本体油样，分别作色谱分析。根据有关导则及现场分析结论采取相 应的对策， 避免事故的发生，以保证变压器的安全经济运行。 本科生课程设计（论文） 18 参考文献 1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学

44、出版社 2009.7 2 赵晶 主编 Prote199 高级应用 人民邮电出版社，2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003.4 4 何 立 民 MCS-51 系列单片机应用系统设计北京航空航天大学出版社， 19901 5 潘其光.常用测温仪表技术问答.国防工业出版社,1989 6 李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.6 7 杨世成.信号放大电路.电子工业出版社,1995 8 袁季修电力系统安全稳定控制M.中国电力出版社, 1996. 9 周玉兰, 王俊永,年全国电网继电保护与安全自动装置运行情况与分析M. 电网技术，2001 10 王 梦云. 110kV 及以上变压器事故统计分析 M.电力设备, 2005 11 王维俭电气主设备继电保护原理与应用(第 2 版)M.中国电力出版社, 2002. 12 张保会, 尹项根电力系统继电保护M.中国电力出版社, 2005. 13 刘介才工厂供电第四版M.机械工业出版社，2004 14 王葵、孙莹电力系统自动化第二版M .中国电力出版社，2007 15 黄益庄.变电所综合自动化技术M .中国电力出版社，2000 16 毛锦庆.电力系统继电保护实用技术问答第二版 M.中国电力出版社, 1999 17 许建安.电力系统微机继电保护M.中国水利水电出版社，2001