变压器综合保护器毕业设计

動力系發電廠及電力系統專業

畢業設計說明書

變壓器綜合保護器

指導教師：xxx

設計學生：xxx

河北 xx 大學（水電學院）

動力系

二○○八年六月

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發電廠及電力系統專業畢業設計說明

序言

本說明書是對變壓器綜合保護器的設計介紹。

該保護器可以對超載、短路、漏電、觸電四種情況進行保護，可以有效的保護設備及人身安全，防止事故發生，提高了農業用電的安全性及可靠性。設計結合了《單片機原理介面與應用》，《電路》，《電子技術》等專業課。在這次設計中得到了李臨生老師的大力幫助和指導以及同組同學的幫助，在此表示誠摯的謝意！但由於本人的知識和設計水準有限，設計中肯定有不足和錯誤之處，懇請各位老師多批評指正，以利於我今後的工作和學習。

一、設計題目：變壓器綜合保護器

二、設計目的：我國農村變壓器的數量十分龐大，有專供澆地水泵的，

有用於日常生活的，也有混在一起使用的。這些變壓器在農村的

各方面都起著非常重要的作用，但由於農村條件有限，用戶有時

不守規範，容易造成超載、短路、漏電、觸電事故，針對這種情

況，為了保證農村變壓器能夠長期正常運行而設計了該保護器。

本保護器安裝在變壓器低壓側，當上述四種參考數超過規定值時，可以及時切斷供電，有效的保護人身及設備安全，防止事故發生，提高農業用電的安全性和可靠性。

三、設計思路：

用穿心400安培CT測量變壓器工作電流，用高靈敏度CT測

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量三相接地的合成漏電流.使用89C51單片機，分別採樣判別變壓器的輸出電流和接地漏電流按照預定值，判斷是否斷電，送電或重合閘。此保護器採用獨特的複位電路以適用應現場惡劣的電磁環境，保證能夠長期可靠的運行，不發生死機現象。使用廉價的A/D轉換模式，把電流採樣數位化，觸電的判別採用鑒相方式，運用三相點合成理論，避免動作死區。

四、主要功能：

1、漏電流保護範圍0~400 mA，分2 檔可調。

2、觸電電流保護範圍15~400 mA，分2檔可調。

3、超載時延時30 s切斷，短路時立即切斷。

4、有自動重合閘功能，間隙30 s。

5、採用廉價的A/D轉化方式。

6、設計複位電路，保證電路運行時永遠不會出現死機現象。

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目錄

1. 任務說明 (5)

2.測量原理

2.1 超載,短路 (6)

2.2漏電,觸電 (6)

2.3 觸電的鑒相 (7)

2.4 試送電與重合閘 (8)

3. 硬體實現

3.1信號輸入 (9)

3.2 A/D轉換 (9)

3.3 複位電路 (10)

3.4 相位的鑒別 (10)

3.5 電源的產生 (11)

3.6 器件的選擇及參數確定 (12)

4. 軟體編制

4.1 主程序的編制 (14)

4.2 A/D採樣副程式 (17)

4.3 數值計算 (17)

4.4 查表程式 (17)

4.5 其他 (17)

5. 系統調試

5.1 硬體調試 (18)

5.2 軟體調試 (19)

5.3 軟硬體聯調 (19)

6. 工裝的設計過程

6.1 工裝的設計目的 (19)

6.2 工裝的硬體實現 (20)

6.3 工裝的軟體編制 (21)

結束語 (25)

附錄1 程式編制的一些細節問題 (27)

附錄2 保護器電源中部分元件的作用 (27)

附錄 3 參考文獻 (28)

附錄4 設計中涉及的原理圖 (29)

附錄 5 農用變壓器型號及技術參數 (36)

致謝:李臨生老師及同組成員

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1.任務說明

單片機應用系統設計既要構成硬體邏輯電路，又要設計相應的支持軟體，這兩者相互依存，相互補充，缺一不可，並且兩者又具有一定的互換性，即某些功能既可以用軟體實現也可以用硬體實現。用硬體實現能提高工作速度，減少軟體工作量，但會使電路變的複雜，成本增加；而用軟體代替硬體則可以是電路簡化，成本降低，但增加了軟體的複雜程度，因此必須在兩者之間反復權衡，合理分工，以達到即易於實現，又經濟實用的目的。

單片機的特點是硬體高度集中，並且具有軟體優勢，設計中應在充分利用單片機本身硬體資源的基礎上充分發揮其軟體優勢。

各個具體的應用系統由於實現的任務和要求不同，設計方案也就會有所不同。但設計首先應明確任務。對於本設計來講，任務有如下幾條：

1、該設計系統的任務性質是檢測與控制相結合。檢測參數有短路電流、超載電流的數值、漏電及觸電的相位和幅值等，控制回路有放電控制回路，複位控制回路等。

2、該設計輸入信號有4個電流信號，2個電壓信號，其中A、B、C相及零序電流均採用電流互感器（CT）取得輸入信號，這些信號經過電阻變成電壓信號再經過精密整流、濾波、A/D轉換與單片機的口線相連，作為單片機的輸入信號。一個電壓信號經過比較電路轉換後經電容與電阻（並聯一個放電二極體）組成的脈衝產生電路後作為單片機的

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複位信號。另一個經比較器後送到單片機的INT0端子作為中斷信號（檢測相位用）。

3、該設計的輸出信號有10 個，其中有8個LED作狀態指示，P1.0作為電容放電控制端，P1.1作為繼電器的控制端。

4、該設計需要設計一些人機對話功能，如開關，LED顯示等。

5、本系統的應用環境條件非常惡劣，溫度、濕度變化不定，電磁干擾嚴重，採用獨特的複位電路以適應現場惡劣的電磁環境，消除干擾。

6、經過仔細分析該系統各項技術指標，合理選擇達到這達到這些指標的方案，以求達到最佳性能價格比。

2. 測量原理

2.1超載、短路

農用變壓器多為50～100KW，額定電流為75～150A一般把超過額定值的1.2～1.5倍認為是超載。當出現超載電流時，保護器既進入計時狀態，如果30 秒內超載消除，往往是因為大負載突然啟動或其他臨時用電高峰所致，保護器不動作。如果持續30秒出現超載，為了變壓器和用戶設備的安全必須切斷供電，保護器動作，如果出現大於額定值2～3倍的電流，則認為是有短路發生，保護器立即動作。

2.2 漏電、觸電

漏電是指供電線路中絕緣程度降低而導致的對地電流，考慮到農村的實際情況，如果漏電電流不大於500 mA，可以照常供電。觸電也是相線對地產生的電流，為了能在500 mA的漏電下工作需區分二者。一

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