电力变压器瓦斯保护仪设计硬件系统(附件)
本文主要阐述了变压器故障对电气网络的危害，介绍传统变压器瓦斯故障中的基本原理和方法，调查了国内外针对变压器瓦斯保护的研究背景和最新进展，给出了瓦斯保护过程中的基本参数，通过单片机技术对故障等级和报警等级进行控制,改进了传统瓦斯保护，使得瓦斯保护的性能得到增强，可靠性和稳定性都取得长足进步。通过这篇论文，可以对电力系统变压器的瓦斯保护原理和具体操作有一定的了解，并能在今后的工程实际中有一定的指导意义。关键词 变压器，瓦斯保护，单片机，控制
目 录
1 绪论 1
1.1气体保护的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3本文研究内容 3
2 保护仪硬件设计方案 3
2.1整体硬件设计思路 3
2.2瓦斯继电器的整定 6
2.3 CPU的选择 7
2.4 时钟电路 10
2.5 传感器模块 11
2.6 A/D转换器 14
2.7 LCD1602工业字符型液晶 15
2.8 报警模块 15
3 电路设计与分析 17
3.1 复位电路设计 17
3.2 电源电路设计 19
3.3 CPU最小系统 19
4 系统原理与分析 20
4.1 系统分析 20
4.2 硬件调试 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1气体保护的背景及意义[1~3]
近年来，随着经济的发展，电力部门和用户越来越重视供电质量的问题。由于电能在电力系统中传输时不能做到完全无损耗，整个过程必然会产生各种能量的损耗。同时输送同种功率的电能，其电压与电压损耗成正相关，电压的平方和损耗的功率成反比的公式，可以利用变压器将传输电压进行升压，减少电力传送过程中的能量损耗。变压器是电网中常见的重要电气设备，它可以实现改变电力系统中交流电电压电流大小的任务。作为电力系统中应用最广泛用的电压转换设备,变压器是整个电力系统变换的一个重要节点,一旦电网中某一变压器发生故障，都会给对电网的供电平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
稳、其他用电系统的照常运转以及企业的正常生产带来严峻的考验,并且容量大的电力变压器设备的造价比较高昂，一旦故障损失惨重。因此根据变压器的具体参数和重要性的权重有必要考虑安装工作稳定可靠、性能卓越的继电保护装置。
变压器常见故障通常会归纳为短路故障和不正常运转状态两种,这种设备的短路故障发生在变压器油箱里时被称作内部故障反之则是外部故障。设备内的故障主要有各相线圈之间发生的线圈相间短路、线圈的线匝之间发生的匝间短路、线圈或引出线通过外壳发生的接地短路故障等。变压器的外部故障主要有设备外用来绝缘的套管和引出线之间的相间短路和直接接地短路。根据这些不正常运行状态发生的原因，设备的容量、性能和重要程度，一个完整的变压系统除了变压器设备之外还应该配备气体保护、差动保护或速断保护、针对变压器外部相间短路的后备保护、针对变压器外接地短路的保护、超载保护等保护。加上纵差动保护，气体保护是变压器的另一种主保护，油箱内的所有故障都能够通过气体保护的触发进行判断。包括了:油箱里发生的多个相之间的短路、各相线圈匝间短路、线圈与铁芯或与变压器壳体之间的短路、线圈芯故障、变压油液面回落或者泄漏、导线接点连接不合格等。气体保护具有保护动作快、安全可靠和制造简单的特点。其主要部件是气体继电器，通常情况下设计于油箱与油枕两两相接的通道里面。当设备油箱里出现故障时会产生电弧，设备内部灌满的变压油在高压电弧的作用下释放出大量的气体。不正常运行的等级越是严重，释放的气体越多，流体运动得也越急，流体主要成分是体积很小的、温度高且稀薄的油滴。变压器油受热分解所产生的热流体是气体保护触点导通实施保护操作的必要条件。但是油箱外部电路的故障无法通过气体保护保障正常运行。这代表着一旦发生异常状态，气体保护无法独自承担保护设备内部出现异常状况的保护装置。如果只有气体保护是无可能的,它能保护设备油箱里的任何异常状况，但是不能成为差动保护针对设备引线的相线之间短接、大电流接地系统引线的相间短接提供保护的替代品。
综上所述,除非气体保护和差动保护彼此联动,才会一定意义上完整地保护变压器不会损坏于各种非正常运行状态。
1.2 国内外研究现状[4~9]
目前我国普遍采用的是开口杯挡板式瓦斯继电器，相比较旧式浮筒式水银接点继电器运行不稳定可靠性差，抗震能力不够理想且易因外部振动而使水银流动造成继电器误动作，新式瓦斯继电器优点就显得十分突出，稳定性、可靠性及抗震能力都有了长足的进步。变压器在正常运行时里面的开口杯全部沉没在变压油液面以下，开口杯的壳体和其他部件在变压油内的重量产生的力，没有用来配重的重物的力大，所以开口杯是向上倾斜的，同时开口杯上的报警触点处于无法接通状态。一旦设备处于非正常运行状态，变压油分解释放的气体在继电器上部积累，迫使设备中的油面下降（当然也有可能是漏油导致油面下降，这需要专业人员排查），开口杯侧的平衡会被打破，在配重重物的带动下开口杯转动，于是在上开口杯下降带动下，磁铁吸住干簧接点使其接通并发出讯号，这是一个轻气体讯号。当设备内部发生严重的非正常运行状态时，压力猛增下产生的流体束就会冲击金属板，被冲击的金属板移到极限距离后，剩余的干簧接点会被磁铁吸住，跳闸回路被导通，这就是重气体保护的执行过程。
计算机技术的普及，促进了微机保护的诞生。最先开始使用微机保护的是欧美国家，在上个世纪九十年代我国紧跟其后开始推广微机保护，CPU也从八位机逐步发展到十六位机，现阶段已经应用的最先进的主运算器有三十二位；早期用于数据换算和处理的单元大致有模数转换器、电压频率转换器，后来又研发出Digital Signal Processor，即数字处理器[6]。计算机为核心执行继电保护的模块被称为数字式继电保护。计算机的兼容性、强大的存储能力和运算功能，可以应用不同方式的复杂的防护；除了发挥保护作用外，还实现了电网异常波动记录、异常点距离的测量、记录事件时间先后和保护管理中心计算机以及远程遥控系统数据交换等功能[7]。计算机技术在继电保护中的运用对于各种防护的工作状态监控、系统故障分析以及异常状态后的原因排查等十分重要。另外，计算机能够随时对保护系统的整体进行运行状态的检查，及时通知后方的监控中心系统装置的非正常情况，这样一来整个系统的安全性和稳定性很高。无人值守的自动化变电站在新的继电保护技术和调度自动化技术诞生的背景中高速推广，变电所自动化装置性能优异且集成了监控、操纵、防御和数据交换等功能，在我国绝大部分近期投入运营变电所的二次装置中占了绝对优势。[6]国内电力系统保护技术比国外起步发展得晚，国外的技术更先进，所以我们与国外相比还有长足的进步空间。
目 录
1 绪论 1
1.1气体保护的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3本文研究内容 3
2 保护仪硬件设计方案 3
2.1整体硬件设计思路 3
2.2瓦斯继电器的整定 6
2.3 CPU的选择 7
2.4 时钟电路 10
2.5 传感器模块 11
2.6 A/D转换器 14
2.7 LCD1602工业字符型液晶 15
2.8 报警模块 15
3 电路设计与分析 17
3.1 复位电路设计 17
3.2 电源电路设计 19
3.3 CPU最小系统 19
4 系统原理与分析 20
4.1 系统分析 20
4.2 硬件调试 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1气体保护的背景及意义[1~3]
近年来，随着经济的发展，电力部门和用户越来越重视供电质量的问题。由于电能在电力系统中传输时不能做到完全无损耗，整个过程必然会产生各种能量的损耗。同时输送同种功率的电能，其电压与电压损耗成正相关，电压的平方和损耗的功率成反比的公式，可以利用变压器将传输电压进行升压，减少电力传送过程中的能量损耗。变压器是电网中常见的重要电气设备，它可以实现改变电力系统中交流电电压电流大小的任务。作为电力系统中应用最广泛用的电压转换设备,变压器是整个电力系统变换的一个重要节点,一旦电网中某一变压器发生故障，都会给对电网的供电平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
稳、其他用电系统的照常运转以及企业的正常生产带来严峻的考验,并且容量大的电力变压器设备的造价比较高昂，一旦故障损失惨重。因此根据变压器的具体参数和重要性的权重有必要考虑安装工作稳定可靠、性能卓越的继电保护装置。
变压器常见故障通常会归纳为短路故障和不正常运转状态两种,这种设备的短路故障发生在变压器油箱里时被称作内部故障反之则是外部故障。设备内的故障主要有各相线圈之间发生的线圈相间短路、线圈的线匝之间发生的匝间短路、线圈或引出线通过外壳发生的接地短路故障等。变压器的外部故障主要有设备外用来绝缘的套管和引出线之间的相间短路和直接接地短路。根据这些不正常运行状态发生的原因，设备的容量、性能和重要程度，一个完整的变压系统除了变压器设备之外还应该配备气体保护、差动保护或速断保护、针对变压器外部相间短路的后备保护、针对变压器外接地短路的保护、超载保护等保护。加上纵差动保护，气体保护是变压器的另一种主保护，油箱内的所有故障都能够通过气体保护的触发进行判断。包括了:油箱里发生的多个相之间的短路、各相线圈匝间短路、线圈与铁芯或与变压器壳体之间的短路、线圈芯故障、变压油液面回落或者泄漏、导线接点连接不合格等。气体保护具有保护动作快、安全可靠和制造简单的特点。其主要部件是气体继电器，通常情况下设计于油箱与油枕两两相接的通道里面。当设备油箱里出现故障时会产生电弧，设备内部灌满的变压油在高压电弧的作用下释放出大量的气体。不正常运行的等级越是严重，释放的气体越多，流体运动得也越急，流体主要成分是体积很小的、温度高且稀薄的油滴。变压器油受热分解所产生的热流体是气体保护触点导通实施保护操作的必要条件。但是油箱外部电路的故障无法通过气体保护保障正常运行。这代表着一旦发生异常状态，气体保护无法独自承担保护设备内部出现异常状况的保护装置。如果只有气体保护是无可能的,它能保护设备油箱里的任何异常状况，但是不能成为差动保护针对设备引线的相线之间短接、大电流接地系统引线的相间短接提供保护的替代品。
综上所述,除非气体保护和差动保护彼此联动,才会一定意义上完整地保护变压器不会损坏于各种非正常运行状态。
1.2 国内外研究现状[4~9]
目前我国普遍采用的是开口杯挡板式瓦斯继电器，相比较旧式浮筒式水银接点继电器运行不稳定可靠性差，抗震能力不够理想且易因外部振动而使水银流动造成继电器误动作，新式瓦斯继电器优点就显得十分突出，稳定性、可靠性及抗震能力都有了长足的进步。变压器在正常运行时里面的开口杯全部沉没在变压油液面以下，开口杯的壳体和其他部件在变压油内的重量产生的力，没有用来配重的重物的力大，所以开口杯是向上倾斜的，同时开口杯上的报警触点处于无法接通状态。一旦设备处于非正常运行状态，变压油分解释放的气体在继电器上部积累，迫使设备中的油面下降（当然也有可能是漏油导致油面下降，这需要专业人员排查），开口杯侧的平衡会被打破，在配重重物的带动下开口杯转动，于是在上开口杯下降带动下，磁铁吸住干簧接点使其接通并发出讯号，这是一个轻气体讯号。当设备内部发生严重的非正常运行状态时，压力猛增下产生的流体束就会冲击金属板，被冲击的金属板移到极限距离后，剩余的干簧接点会被磁铁吸住，跳闸回路被导通，这就是重气体保护的执行过程。
计算机技术的普及，促进了微机保护的诞生。最先开始使用微机保护的是欧美国家，在上个世纪九十年代我国紧跟其后开始推广微机保护，CPU也从八位机逐步发展到十六位机，现阶段已经应用的最先进的主运算器有三十二位；早期用于数据换算和处理的单元大致有模数转换器、电压频率转换器，后来又研发出Digital Signal Processor，即数字处理器[6]。计算机为核心执行继电保护的模块被称为数字式继电保护。计算机的兼容性、强大的存储能力和运算功能，可以应用不同方式的复杂的防护；除了发挥保护作用外，还实现了电网异常波动记录、异常点距离的测量、记录事件时间先后和保护管理中心计算机以及远程遥控系统数据交换等功能[7]。计算机技术在继电保护中的运用对于各种防护的工作状态监控、系统故障分析以及异常状态后的原因排查等十分重要。另外，计算机能够随时对保护系统的整体进行运行状态的检查，及时通知后方的监控中心系统装置的非正常情况，这样一来整个系统的安全性和稳定性很高。无人值守的自动化变电站在新的继电保护技术和调度自动化技术诞生的背景中高速推广，变电所自动化装置性能优异且集成了监控、操纵、防御和数据交换等功能，在我国绝大部分近期投入运营变电所的二次装置中占了绝对优势。[6]国内电力系统保护技术比国外起步发展得晚，国外的技术更先进，所以我们与国外相比还有长足的进步空间。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1866.html
