中南大學 信息科學與工程學院 馮威，粟梅

    1 引言

    電力變壓器是電力系統(tǒng)中應用相當普遍而又十分重要的電氣設備，它運行較為可靠，故障機率小。但是在運行中，還是可能發(fā)生箱內故障、箱外故障及出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)。其中，箱內故障是非常危險的，因為短路電流產(chǎn)生的電弧不僅會破壞繞組絕緣，燒壞鐵芯，還可能使絕緣材料和變壓器油受熱而產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸。一旦發(fā)生故障，將給電力系統(tǒng)的運行帶來嚴重的后果。

    為了保證變壓器的安全運行和防止擴大事故，根據(jù)變壓器的容量大小及其重要程度安裝靈敏、快速、可靠和選擇性好的各種專用保護裝置是極為重要的。對變壓器的保護主要分為電量型繼電保護和非電量型保護。

    電力變壓器的電量型繼電保護主要有：差動保護、電流速斷保護、零序電流保護等，但這些保護對變壓器內部故障是不靈敏的。而非電量保護是變壓器本體的非電量觸點(如瓦斯、溫度等)直接進入保護裝置重動后發(fā)信及跳閘。

    非電量保護主要有瓦斯、溫度、壓力、冷控失電保護等。其中，變壓器內部故障的主保護是瓦斯保護，它能瞬間切除故障設備，但氣體繼電器的靈敏度卻取決于鑒定值(流速)。對于溫度保護，當前新的變壓器多采用高溫直接跳閘，而早期的變壓器則采用高溫和冷控失電跳閘。

    2 系統(tǒng)總體設計方案

    本文設計的測控裝置集非電量監(jiān)測、控制和報警功能于一身。其優(yōu)點是功能相對集中，全數(shù)字通信，只需要使用一個單片機就可實現(xiàn)所有功能，大大節(jié)省了成本和空間。

    需要實現(xiàn)的功能：以一片單片機為控制核心，實現(xiàn)高速計算和控制；實現(xiàn)對主變壓器的溫度監(jiān)測和報警；實現(xiàn)對調壓檔位的監(jiān)測和報警；實現(xiàn)對瓦斯信號的監(jiān)測和報警；具有中文液晶顯示和鍵盤輸入，在中文環(huán)境下輸入?yún)?shù)，數(shù)據(jù)也可以在中文環(huán)境下顯示，顯示風格人性化；具有rs-485總線通信接口和can總線通信接口；具有簡單的狀態(tài)信號輸出；具有繼電器輸出功能。

    根據(jù)方案所需要實現(xiàn)的功能，筆者將系統(tǒng)構建成信號輸入→信號處理→信號輸出的模式，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。左邊為信號輸入部分，可分為幾個小模塊進行設計；中間是信號處理部分，為c8051f041最小系統(tǒng)；右邊為信號輸出部分，可分為幾個小模塊進行設計。

    鍵盤輸入和液晶顯示模塊又稱為人機接口模塊，主要負責參數(shù)的輸入和狀態(tài)的顯示，這里采用的是2×2的小鍵盤輸入和128×64的液晶模塊。

    溫度監(jiān)測模塊選用maxim公司的max6674。檔位監(jiān)測模塊、瓦斯監(jiān)測模塊以及其他附加開關量都是對繼電器的狀態(tài)進行檢測。因此，直接用光耦對繼電器信號進行采集和隔離，采集進c8051f041的i／o引腳。采用高速通信光耦6n137將c8051f-041與rs-485通信器件sn75hvd10d隔離，防止外界的干擾通過通信線路經(jīng)過sn75hvd10d后直接進入單片機，造成程序跑飛。同樣，在can總線通信器件pca82c250與單片機的連接上，也使用高速光耦6n137將單片機和pca82c250隔離．防止外界干擾進入。輸出繼電器控制方面，采用低速光耦tlp521隔離單片機i／o端口和控制繼電器的三極管tip42。

    3 系統(tǒng)模塊的設計

    從總體上看，本系統(tǒng)可以分為以下模塊：cpu模塊、溫度信號處理模塊、瓦斯信號處理模塊、調壓檔位監(jiān)測及輸出模塊、電源模塊、通信模塊�？紤]到篇幅的原因，本文將詳細介紹cpu模塊、溫度信號處理模塊以及瓦斯信號處理模塊。

    3.1 cpu模塊

    微程序控制器(mcu)采用silabs公司的soc(system on chip，片上系統(tǒng))can混合信號型mcu，它具有一系列的特點：51內核、功能非常強大、指令運行速度高、i／o端口功能采用軟件配置，有多種復位方式。

    本設計選用型號為c8051