美居乐变压器智能保护电量计量模块的软硬件设计毕业论文

美居乐变压器智能保护电量计量模块的软硬件设计

毕业论文

前言 (1)

第1章变压器智能保护系统 (3)

§1.1 系统工作原理 (3)

§1.2 AT89S51单片机简介 (5)

§1.2.1 特性简介 (5)

§1.2.2 管脚定义 (6)

§1.3 小节 (9)

第2章电量计量模块硬件设计 (10)

§2.1 电量计量芯片ATT7026介绍 (10)

§2.1.1 功能简介 (10)

§2.1.2 芯片引脚定义 (11)

§2.1.3 部框图介绍 (13)

§2.1.4 应用示意图 (14)

§2.1.5 系统复位 (15)

§2.1.6 相关数值的测量 (16)

§2.1.7 接口模块 (19)

§2.2 互感器电路设计 (20)

§2.2.1 电压互感器 (20)

§2.2.2 电流互感器 (21)

§2.3 复位电路 (22)

§2.4 +5V电压设计 (23)

§2.5 小结 (24)

第3章电量计量软件模块的设计 (26)

§3.1 软件校表设计 (26)

§3.1.1 寄存器定义 (26)

§3.1.2 参数计算 (27)

§3.2 SPI通信软件设计 (29)

§3.2.1 SPI读操作 (29)

§3.2.2 SPI写操作 (31)

§3.3 小结 (33)

第4章系统原理图设计 (34)

§4.1 硬件电路图设计 (34)

§4.2 系统原理图 (34)

§4.3 硬件抗干扰设计 (36)

§4.3.1 传输通道抗干扰设计 (36)

§4.3.2 供电系统抗干扰设计 (36)

§4.3.3 系统接地的抗干扰设计 (37)

§4.4 小节 (37)

结论 (38)

参考文献 (39)

致谢 (40)

前言

1.课题的选择和意义

随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，我国的电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，这就要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。据统计连接在电网中的变压器总容量约为发电设备总装机容量的8～9倍，因此配电变压器的安全可靠决定了配电网安全可靠地运行。对配电变压器的运行状态进行实时监测，以达到对变压器安全、有效的保护是十分必要的。

配电变压器分布在各类企业、小区及城镇的大街小巷，由于通信的困难，用常规的自动化检测手段难于实现大量的配电变压器实时保护。如今，国外越来越多的生产厂家不断的推出各种的配电系统的保护装置，但是大多数是针对大型配电系统所设计的，而对于农村或是边远地区相配套的中小型配电装置的产品却是不多。相对于大型输电变压器而言，中小型配电变压器由于安装分散，工作环境相对恶劣，因此在此类变压器的运行过程中特别是用电高峰时容易出现过负荷、欠压和变压器过热等危及变压器安全运行的问题，如何以一种经济稳定的方式实现对中小型配电变压器的集中监控是一个亟待解决的问题。当变压器发生故障或异常运行时，配电保护装置可以自动读取在线电量数据，为用户提供自动化的用电信息，迅速查出异常情况，降低劳动强度，在减少人力介入的情况下完成大量重复性的工作。

工作电流、工作电压和变压器油温是决定中小型变压器是否安全运行的三个主要参数，对这三个参数进行实时监控对于保证变压器的安全运行具有很重要的作用。本文针对中小型配电变压器的集中监控具有重要的工程应用价值。

2.现阶段国外研究现状

作为变压器保护系统中很重要的一部分——电量计量模块，在国外有很多产品用于电量检测。比如可方便地测量三相四线制电力线路的各类电参数的AC86型高精度智能电量综合检测仪能同时替代电流、电压、频率、功率、功率因数、电量等多种电参量传感器；可用于手机、数码相机、MP3等手持设备的LM3658和DS278电量计量模块；基于DSP的工频电量测试仪，以TMS320VC33DSP为核心，采用钳形电流互感器输入和电压直接输入，实现对了

电压，电流，功率，电网频率，电网功率因数的测量；ZTV-I 直流电量测试仪采用单片微处理器进行控制，可以测量直流电流、电压及输入功率，具有量程自动切换，测试围广，测试精度高，使用方便；以嵌入式为核心的数字式智能多功能电量测量设备可实现对电压、电流、有功功率和无功功率等电量的测量，大大减少设备的硬件投入，简化电路，充分利用嵌入式系统强大的可编程功能，完成多参数电量测量和电网的监控。

大多数智能变压器仅是针对大型配电系统设计的，成本较高。而对于农村或是边远地区相配套的中小型配电装置的产品不多。由于在农村或是边远地区的配电网中，配电变压器数量众多，分散性大，保护措施不完善等，变压器运行中容易出现很多问题，而目前很少有专门针对中小型配电系统的故障检测和保护等保护装置，本设计就是针对这样的问题建立的。

3.本课题设计的容

针对中小型企业和边远地区的低压配电系统的核心设备变压器出现的问题，设计基于单片机的变压器硬件保护电路。通过软硬件设计构成对供电系统的监控系统，可以防止变压器因为过流、过压而出现故障。主要工作：设计能够实时检测变压器工况的各种电量数据的电压、电流、功率等的电量检测电路和电量检测驱动软件及校表软件。

变压器运行过程的工作参数:

1).设计能够实时检测变压器电量信息的电量计量电路，要求设计的硬件电路简单可靠，人机界面友好，可操作性高；

2).设计智能保护模块的电原理图。

第1章变压器智能保护系统

§1.1系统工作原理

变压器智能保护系统中主要包括基于AT89S51单片机的主控模块，电量计量模块,切闸驱动输入模块，报警电路模块，数据存储模块，显示时钟模块，键盘输入电路模块，温度检测模块，实时时钟模块。具体如图1-1所示。

图1-1 变压器智能保护模块组成框图

互感器及其它电流、电压检测电路实时地采集变压器的输出的三相电压、三相电流，然后将这些数据传送给电量计量模块。该模块主要有专门的电量计量芯片组成，它负责测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流有效值、电压有效值、功率因子、相角和频率等参数。这些采集的数据通过SPI接口送到单片机进行数据分析与计算处理；单片机根据系统的要求，一方面将计算、处理与统计的数据进行存储以备查询或下次调用；另一方面，根据数据采集与处理的结果实时地对补偿功率因数，或输出控制信号。键盘与显示电路模块组成人机接口电路，用于终端的参数设置、数据修改、数据显示及查询等。报警电路模块是在当采集的电压、电流和油温异常时，及时报警并单片机作出切闸命