變電所的防雷監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　論文題目 變電所的防雷監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　(英文) The Design of Lightning Protection</p><p>　　System for Substation</p><p>　　所在學(xué)院 電子信息學(xué)院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 日</p><

3、p><b>　　摘 要</b></p><p>　　變電所是電力系統(tǒng)重要的組成部分，所以變電所的運(yùn)行安全十分重要。但變電所的安全運(yùn)行易受到自然災(zāi)害特別是雷擊的影響，因此防雷是變電所的一項(xiàng)重任務(wù)。</p><p>　　傳統(tǒng)變電所的防雷設(shè)施已不能適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的防雷要求，本文通過(guò)對(duì)雷電流的特性和防雷技術(shù)的分析，對(duì)變電所的防雷監(jiān)控提出一個(gè)整體的方案。在變電所防雷

4、方面，將變電所防雷看成一個(gè)綜合系統(tǒng)，由三個(gè)子系統(tǒng)即三道防線構(gòu)成一個(gè)完整的變電所防雷保護(hù)系統(tǒng)。它們之間關(guān)系密切，相互影響，各負(fù)其責(zé)、缺一不可。</p><p>　　變電所防雷監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是采用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器對(duì)電子設(shè)備線路電路電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)當(dāng)前線路中的電流大小，由單片機(jī)89C51進(jìn)行控制，并通過(guò)指示燈顯示。若雷擊浪涌產(chǎn)生，線路電流突然增大超出限定大小，系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)啟避雷系統(tǒng)。&l

5、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：雷電；變電所；防雷保護(hù)；電流傳感器；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The substation is the important part of the power system,So the running safety of the substation is v

6、ery important.But the safe operation of the substations are vulnerable to natural disasters, particularly the impact of the lightning,so mine is a heavy task for the substation.</p><p>　　The traditional subs

7、tation mine facilities have been can not meet the requirements of lightning protection of power system automation, In this paper, the analysis of the characteristics of the lightning current and lightning protection tech

8、nology, 110KV substation lightning monitoring a whole program.In the substation lightning,Substation lightning protection as an integrated system,three lines of defense consists of three subsystems constitute a complete

9、substation lightning protection system.T</p><p>　　Substation lightning monitoring and alarming system uses SE1T hall closed-loop power sensor detection of the line circuit current.Automatic measurement of th

10、e current size of the current line,Control from microcontroller89C51,and through the lights display.The lightning surge, the line current suddenly increases beyond the limited size of the system alarm,Start the drive cir

11、cuit, open the lightning protection system.</p><p>　　Key words:Thunder；Substation；Lightning protection；Current sensor; Single chip microcomputer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

12、><b>　　1　引言1</b></p><p>　　1.1變電站防雷的重要性1</p><p>　　1.2現(xiàn)代變電站防雷技術(shù)特點(diǎn)1</p><p>　　2 避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1雷電流的特性2</p><p>　　2.2 雷擊與雷電過(guò)電壓2</p>

13、;<p>　　2.2.1 直擊雷和繞擊2</p><p>　　2.2.2 雷電反擊2</p><p>　　2.2.3 感應(yīng)雷3</p><p>　　2.2.4 雷電侵入波3</p><p>　　2.2.5 雷電浪涌3</p><p>　　2.3 變電站的主要防雷3</p><

14、;p>　　2.4 接閃器的防雷范圍4</p><p>　　2.4.1 避雷針及其單支保護(hù)范圍4</p><p>　　2.4.2 兩支以及多支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍6</p><p>　　2.5雷電浪涌的綜合保護(hù)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.6 變電站變壓器防雷7</p><p>　　2.7變電站接地裝置

15、設(shè)計(jì)8</p><p>　　3 變電站防雷監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　3.1.1 工作原理10</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10</p><p>　　3.2單片機(jī)的選擇11</p><p>　　3.

16、3 AD574A簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.4 AD574A 與89C51單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.5聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.6狀態(tài)指示燈及控制鍵電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.7驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.8 避雷系統(tǒng)的接地控制設(shè)計(jì)1

17、7</p><p>　　4總體設(shè)計(jì)程序流程圖19</p><p><b>　　5 結(jié)論21</b></p><p><b>　　6致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　附錄1 總電路圖24&l

18、t;/p><p><b>　　1　引言</b></p><p>　　1.1變電站防雷的重要性</p><p>　　變電站的安全運(yùn)行易受到自然災(zāi)害特別是雷擊的影響，因此防雷是變電站的一項(xiàng)重要任務(wù)。雷擊是一種我們常常遇見(jiàn)的自然災(zāi)害，雷擊至變電站，會(huì)使變電站的電氣設(shè)備絕緣性降低，設(shè)備不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重地影響到變電站安全運(yùn)行的可靠性。如果變電站發(fā)生雷擊事故

19、，將會(huì)造成所供電范圍的大面積停電，給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。</p><p>　　當(dāng)今世界范圍內(nèi)由于雷擊而導(dǎo)致入侵波侵入變電站而引起的事故時(shí)時(shí)發(fā)生，我國(guó)多個(gè)地區(qū)的變電站也都發(fā)生了雷擊引起的開(kāi)關(guān)閃絡(luò)和爆炸事件。所以，當(dāng)今怎樣有效地制定和完善變電站的防雷措施，已經(jīng)成為變電站統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作之一。</p><p>　　1.2現(xiàn)代變電站防雷技術(shù)特點(diǎn)<

20、/p><p>　　現(xiàn)代變電站防雷技術(shù)的理論基礎(chǔ)在于：雷電是發(fā)生在因強(qiáng)對(duì)流天氣兒形成的雷雨云層間和雷雨云與大地之間的強(qiáng)烈瞬間放電現(xiàn)象。電擊是電流源，防雷的基本途徑就是要提供一條雷電流對(duì)地泄放的合理的阻抗路徑，而不讓其隨機(jī)地選擇放電通道，簡(jiǎn)言就是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。</p><p>　　德國(guó)專家西曼斯基提出了現(xiàn)代變電站防雷保護(hù)的三道防線：1外部保護(hù)，將大部分雷電流直接引入大地些散；2內(nèi)部保

21、護(hù)，阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號(hào)線侵入的雷電波危害設(shè)備；3過(guò)電壓保護(hù)，限制被保護(hù)設(shè)備上的雷電過(guò)電壓幅值。這三道防線相互配合，各盡其職，缺一不可[1]。</p><p><b>　　2 避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1雷電流的特性</b></p><p>　　雷電的破壞作用與峰值電流及其波形有著密切的關(guān)

22、系。各次雷擊閃電電流的大小和波形差別很大，尤其是不同種類的放電差別更大。根據(jù)云層帶電極性來(lái)定義雷電流的極性時(shí)，云層帶正電荷對(duì)地放電成為正閃電，而云層帶負(fù)電荷對(duì)地放電稱為負(fù)閃電。一次雷擊大多是分成3或4次放電，一般是第一次放電電流最大，正閃電的電流比負(fù)閃電的電流大。一次雷擊放電過(guò)程常常包含多次先導(dǎo)致主放電的過(guò)程和后續(xù)電流。正極性放電和隨后負(fù)放電的波形是有明顯區(qū)別的：第一次負(fù)放電電流波形較長(zhǎng)，在峰值附近有明顯的雙峰；隨后放電電流波形的波頭較

23、短，沒(méi)有雙峰，電流徒度遠(yuǎn)大于第一次放電，而電流幅值約為第一次放電的一半。隨后放電約有一半存在連續(xù)的后續(xù)電流，至少40ms,電流為幾十安到五百安。</p><p>　　2.2 雷擊與雷電過(guò)電壓 </p><p>　　2.2.1 直擊雷和繞擊</p><p>　　直擊雷是指雷云對(duì)大地和建筑物放電現(xiàn)象。它以強(qiáng)大的沖擊電流、熾熱的溫度、猛烈的沖擊波以及強(qiáng)烈的電池輻射損壞放電

24、通道，直接擊在變電站構(gòu)架上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等而造成變電所等損壞以及人員傷亡。閃電開(kāi)始之前先是雷云底部的始發(fā)先導(dǎo)按間歇分級(jí)躍進(jìn)方式向地表發(fā)展，當(dāng)距地面50~100m時(shí)，由避雷針等地表突出物電場(chǎng)畸變集中的地方產(chǎn)生垂直向上的迎面先導(dǎo)。兩者相接后，進(jìn)入直擊或繞擊的主放電階段[2]。</p><p>　　2.2.2 雷電反擊</p><p>　　當(dāng)防雷裝置接受雷擊時(shí)，在接閃器引下線和接地

25、體上都產(chǎn)生很高的電壓，由于雷電流巨大的徒度及幅值，雷電流周圍產(chǎn)生了強(qiáng)大的變化磁場(chǎng)。處在變化磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)。如果防雷裝置與變電站內(nèi)外電氣設(shè)備、電線或其他金屬管道之間的絕緣距離不夠，他們之間會(huì)產(chǎn)生放電，稱之為反擊[3]。反擊將會(huì)損壞儀器設(shè)備，甚至危及人的生命，引起爆炸。</p><p><b>　　2.2.3 感應(yīng)雷</b></p><p>　　感應(yīng)雷在

26、雷云之間放電或雷云對(duì)地放電時(shí)，在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連線上產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的概率比直擊雷高得多。雷電感應(yīng)是雷電流的強(qiáng)大電場(chǎng)以及磁場(chǎng)變化是產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成。事實(shí)上，在生產(chǎn)實(shí)踐中雷擊的靜電感應(yīng)破壞力數(shù)倍于電磁感應(yīng)[4]。</p><p>　　2.2.4 雷電侵入波</p><p&

27、gt;　　遠(yuǎn)方落雷以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等方式通過(guò)高壓輸電線路、低壓電源線路、通信線以及金屬管道等途徑侵入變電站。由于管線相對(duì)較長(zhǎng)且存在著分布電感和電容，因此雷電傳播速度減慢。這一現(xiàn)象用波傳輸理論來(lái)解釋稱作波傳導(dǎo)衰減過(guò)程。雷電波在傳輸過(guò)程中通過(guò)不同參數(shù)的連接線段或線路端點(diǎn)時(shí)，波阻抗將發(fā)生變化，產(chǎn)生反射和折射，可導(dǎo)致波阻抗突變處的電壓升高許多，從而加大了對(duì)設(shè)備的危害。雷擊對(duì)低壓系統(tǒng)的耦合侵入方式有電阻耦合過(guò)電壓、反擊過(guò)電壓、電容耦合過(guò)電壓和

28、電感耦合過(guò)電壓[5]。</p><p>　　2.2.5 雷電浪涌</p><p>　　雷電浪涌是近年來(lái)由于微電子設(shè)備的不斷使用而引起人們極大重視的一中雷電危害形式，同時(shí)其防護(hù)方式也不斷完善。最常見(jiàn)的電子設(shè)備危害不是由直接</p><p>　　雷擊引起的，而是由雷擊發(fā)生時(shí)在電源和通信線路中感應(yīng)出的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化，設(shè)備耐過(guò)電壓、耐過(guò)

29、電流水平的下降，對(duì)雷電的承受能力也下降；另一方面由于信號(hào)來(lái)源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入[6]。</p><p>　　2.3 變電站的主要防雷</p><p>　　變電站的防雷主要是將絕雷擊電流直接通過(guò)接閃器引入到地下進(jìn)行泄散(外部保護(hù));阻止沿著變電站的線路或信號(hào)線引入的過(guò)電壓波(內(nèi)部保護(hù));限制變電站需要保護(hù)的設(shè)備上浪涌過(guò)壓幅值(過(guò)電壓保護(hù))。變電所的防雷應(yīng)做到設(shè)備先進(jìn)、安

30、全可靠維護(hù)實(shí)驗(yàn)方便，經(jīng)濟(jì)合理。</p><p>　　防止雷電直擊的主要設(shè)備有避雷針、避雷線; 防止雷電波沿架空線路侵入電氣設(shè)備和變電站內(nèi)部的主要設(shè)備有避雷器等。避雷針有單支、多支, 等高和不等高之分; 避雷器有閥型避雷器和金屬氧化物避雷器等。</p><p>　　2.4 接閃器的防雷范圍</p><p>　　防雷保護(hù)的基本措施就是由接閃器、引下線和接地裝置組成。接閃

31、器是明顯高出被保護(hù)物體的金屬支柱，當(dāng)雷云先導(dǎo)致放電臨近地面時(shí)首先擊中接閃器，使被保護(hù)物免遭直接雷擊。接閃器由下列各形式之一或任意組合而成：獨(dú)立避雷針；直接裝設(shè)在建筑物上的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)；屋頂上的永久性金屬物及金屬屋面；混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋。</p><p>　　2.4.1 避雷針及其單支保護(hù)范圍</p><p>　　避雷針的保護(hù)原理是當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避雷針的頂端形成局部場(chǎng)

32、強(qiáng)集中的空間，以影響雷閃先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷閃對(duì)避雷針?lè)烹?，再?jīng)過(guò)接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。避雷針必須高于被保護(hù)物體，但避雷針在雷云-大地這個(gè)大電場(chǎng)中的影響確實(shí)又有限的。雷云在高空隨機(jī)漂移，先導(dǎo)放電的開(kāi)始階段隨機(jī)的向地面的任意方向發(fā)展，只有當(dāng)發(fā)展到距離地面某一高度H后，才會(huì)在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對(duì)避雷針?lè)烹姟稱為定向高度，與避雷針的高度h有關(guān)[7]， 如表2-1所示。</p><

33、;p>　　表2-1 避雷針高度與定向高度關(guān)系 </p><p>　　圖 2-1單支避雷針的保護(hù)范圍</p><p>　　單支避雷針的保護(hù)范圍如圖2-1所示。設(shè)避雷針的高度為h，被保護(hù)物體的高度為hx，避雷針的有效高度ha=h-hx 。在hx的高度上避雷針保護(hù)范圍的半徑rx由公式2-1計(jì)算。</p><p><b>　　（公式 2-1）</b&g

34、t;</p><p>　　式中 h,hx,ha,rx,p 的單位都是m 。P是避雷針的高度影響系數(shù)，h<30m時(shí)，p=1;當(dāng)30m<h<120m 時(shí)，，實(shí)際設(shè)計(jì)中 h>30m，取p=0.98。</p><p>　　從避雷針頂尖向下作45°斜線，此斜體旋轉(zhuǎn)而成的椎體，構(gòu)成bx>h/2時(shí)的保護(hù)范圍。從地平面距離避雷針1.5h向避雷針0.75h高處作連線，

35、此連線旋轉(zhuǎn)而成的椎體，構(gòu)成hx<h/2 時(shí)的保護(hù)范圍。</p><p>　　2.4.2 兩支以及多支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍</p><p>　　圖2-2 兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍</p><p>　　工程上多采用兩支以及多支（等高或不等高）避雷針以擴(kuò)大保護(hù)范圍。登高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍要比兩針各自保護(hù)范圍的和要大。避雷針的外側(cè)保護(hù)范圍同樣可以由（公式2-1）確定

36、，而擊于兩針之間單針保護(hù)范圍邊緣外側(cè)的雷，可能被相鄰避雷針吸引而擊于其上，從而使兩針間保護(hù)范圍加大，如圖2-2所示。</p><p>　　2.5雷電浪涌的綜合保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　雷擊浪涌的特點(diǎn)是能量很大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來(lái)濾波、吸收的方案基本無(wú)效，必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專門的浪涌抑制器件才行[8]。</p>&l

37、t;p>　　浪涌抑制器件基本的使用方法是直接將浪涌吸收器件與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，以便對(duì)超過(guò)設(shè)備承受能力的浪涌電壓進(jìn)行吸收或能量轉(zhuǎn)移。浪涌抑制器件的一個(gè)共同特性就是其阻抗在浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)與沒(méi)浪涌電壓時(shí)不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對(duì)電路的工作沒(méi)有影響，而當(dāng)有很高的浪涌電壓加在它上面時(shí)，它的阻抗就變得很低。這類器件的使用方法是并聯(lián)在參考地之間，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)迅速導(dǎo)通，以將電壓幅度限制在一定的數(shù)值上[9]。</p><

38、;p>　　壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的福安特性，因此浪涌通過(guò)它們時(shí)發(fā)生的變化不同。如2-3所示，對(duì)浪涌通過(guò)這3種器件時(shí)的變化進(jìn)行了比較。</p><p>　　圖2-3 浪涌沖擊通過(guò)不同的抑制器件時(shí)的電壓波形</p><p>　　2.6 變電站變壓器防雷</p><p>　　變壓器是變電站的重要電氣設(shè)備,電力變壓器繞組各側(cè)設(shè)防的耐雷可靠性應(yīng)一致

39、，眾所周知,電力變壓器不論哪一側(cè)繞組損壞,變壓器都要停運(yùn)和修理。因此變壓器繞組各側(cè)設(shè)防的防雷可靠性應(yīng)一致。電力變壓器防雷保護(hù)的簡(jiǎn)繁應(yīng)根據(jù)容量大小、其防雷措施除了在母線側(cè)裝設(shè)避雷器外,還必須考慮其中性點(diǎn)的保護(hù)?！耙?guī)程”規(guī)定,35kV變壓器中性點(diǎn)一般不需保護(hù),但對(duì)110kV且為單進(jìn)線的變電所,則宜在中性點(diǎn)上加裝避雷器,這些避雷器的額定電壓可按線電壓或相電壓選擇。對(duì)變電站避雷器的保護(hù)距離進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)母線避雷器到主變壓器的電氣距離大于下列數(shù)據(jù)時(shí)

40、,應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器,所增設(shè)的避雷器與變壓器的電氣距離一回應(yīng)不小于15 m、二回應(yīng)小于23 m。</p><p>　　圖2-4 變壓器防雷保護(hù)接線</p><p>　　如圖2-4所示的變壓器防雷保護(hù)接線方式優(yōu)點(diǎn)在于變壓器主絕緣只承受避雷器殘壓作用，但變壓器外殼電位升高，為防止低壓線圈擊穿，將低壓線圈中性點(diǎn)與外殼相連，這將同時(shí)抬高低電壓線圈對(duì)地電位，使之處在同一水平線上。此時(shí)，低壓

41、線圈必須裝有避雷器保護(hù)。</p><p>　　2.7變電站接地裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)和施工時(shí), 避免構(gòu)架無(wú)專用接地扁鐵接地現(xiàn)象的發(fā)生。將垂直安裝的變壓器中性點(diǎn)放電間隙, 改為水平放置。變電站要根據(jù)安全和工作接地要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng), 以做好防雷保護(hù)。接地是防雷的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)接地方法是采用金屬型材鋪設(shè)水平或垂直地極，在腐蝕強(qiáng)烈的地區(qū)可以采用鍍鋅和加大金屬型材的截面積的方法抗腐

42、，也可以采用非金屬導(dǎo)體做地極。如石墨地極和硅酸鹽水泥地極。更合理的方法是利用變電站的基礎(chǔ)鋼筋做地極，有事半功倍之效[10]。同時(shí),變電站所在的地質(zhì)情況及土壤電阻率確定了變電所防雷及保護(hù)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)，圖2-5所示是主控室接地網(wǎng)的具體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　圖2-5 采用均壓等電位原理主控室系統(tǒng)接地網(wǎng)</p><p>　　3 變電站防雷監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><

43、;p>　　防雷設(shè)施常常人們稱為避雷，指的是使被保護(hù)的設(shè)備免遭雷擊的意思，然而事實(shí)上它們確實(shí)引雷上身。避雷器的安裝，增加了安裝位置的雷擊概率。所以本方案先將防雷接地設(shè)施斷開(kāi)，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)再將防雷接地閉合，使避雷針上的電流泄放到大地。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案對(duì)變電站的電子設(shè)備進(jìn)行雷電浪涌的監(jiān)控報(bào)警，當(dāng)發(fā)生雷擊浪涌時(shí)，線路電壓會(huì)急速升高，通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)其線路的電流進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)線路的電流量升高到一定量時(shí)，系統(tǒng)電

44、路會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示有浪涌現(xiàn)象發(fā)生，并啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)啟避雷系統(tǒng)。</p><p>　　3.1監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1.1 工作原理</p><p>　　雷電浪涌監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是以89C51 單片機(jī)為控制核心，采用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器監(jiān)測(cè)線路上的電流信息。</p><p>　　首先，傳感器收集的信號(hào)送入AD574

45、A中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送至89C51單片機(jī)。然后在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行大小對(duì)比，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，并判斷電流大小是否超出報(bào)警限度，當(dāng)電流大小處于正常狀態(tài)時(shí)，綠色指示燈長(zhǎng)亮；當(dāng)電流大小超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并紅色指示燈閃亮。并啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)啟避雷系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　防雷監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，使用89C5

46、1單片機(jī)，選用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器，利用AD574A轉(zhuǎn)換器、狀態(tài)指示燈、聲音報(bào)警電路和避雷系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)發(fā)了可用于變電所防雷監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)計(jì)由7大部分組成：電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、89C51單片機(jī)、狀態(tài)指示燈電路、聲音報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路。其中電流傳感器是對(duì)線路的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)換電路是將傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　圖3-1 結(jié)構(gòu)框圖</b>

47、;</p><p><b>　　3.2單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它控制周圍器件的協(xié)調(diào)工作，從而完善特定的功能。</p><p>　　89C51單片機(jī)采用40引腳雙列直插式DIP，內(nèi)有128個(gè)RAM單元及4K的ROM。89C51有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4

48、個(gè)8位并行輸入口，如圖3-2所示。89C51內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于89C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來(lái)源廣，應(yīng)用也很成熟，許多單片機(jī)芯片傾力于提高89C51系列產(chǎn)品的綜合功能，從而形成了89C51的主流產(chǎn)品的地位。89C51已經(jīng)成為事實(shí)上的單片機(jī)主流系列，所以，本次設(shè)計(jì)選擇89C51單片機(jī)。</p><p>　　圖3

49、-2 89C51 引腳圖</p><p>　　3.3 AD574A簡(jiǎn)介</p><p>　　AD574A型快速12位逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器為美國(guó)模擬器件公司產(chǎn)品。一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，轉(zhuǎn)換速率為40MSPS，分辨率12位，非線性誤差小于±1/2LSB。采用28腳雙立直插式封裝，圖3-3是其引腳圖。</p><p>　　圖3-3 AD574A引腳圖<

50、/p><p>　　AD574A主要引腳功能:</p><p>　　DB11～DB0: 12位數(shù)據(jù)輸出線。DB11為最高，DB0為最低。</p><p>　　12/8：數(shù)據(jù)模式選擇。當(dāng)此引腳輸入為高電平時(shí)，12為數(shù)據(jù)并行輸出；當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，與引腳A0配合，把12位數(shù)據(jù)分兩次輸入。</p><p>　　A0：字節(jié)選擇控制。此引腳有兩個(gè)功能，一個(gè)

51、功能是決定方式是12位是8位。另一個(gè)功能是決定輸出數(shù)據(jù)是高8位還是低4位。</p><p>　　CS: 芯片選擇。當(dāng)CS=0時(shí)，AD574A被選中；否則AD574A不進(jìn)行任何操作。</p><p>　　R/C：讀/轉(zhuǎn)換選擇。當(dāng)R/C=1時(shí)，允許讀取結(jié)果；當(dāng)R/C=0，允許A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　CE：芯片啟動(dòng)信號(hào)。CE=1時(shí)，允許讀取結(jié)果，到底是轉(zhuǎn)換還是讀

52、取結(jié)果與R/C有關(guān)。</p><p>　　STS：狀態(tài)信號(hào)。STS=1表示正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，STS=0表示轉(zhuǎn)換已完成。</p><p>　　VLOG：邏輯電路供電輸入端，‘+5V’。</p><p>　　VCC：正電源端，VCC=+12～+15V。</p><p>　　VEE：負(fù)電源端，VEE=-15～-12V。</p>&l

53、t;p>　　3.4 AD574A 與89C51單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　AD574A所有型號(hào)都與單片機(jī)接口相同。AD574A所有型號(hào)都有內(nèi)部始終電路，不需要任何外接器件和連線。圖3-4所示為AD574A與89C51單片機(jī)的接口電路。該電路采用雙極性輸入方式。</p><p>　　圖3-4 AD574A與89C51單片機(jī)的接口電路</p><p>

54、;　　當(dāng)AD574A與89C51單片機(jī)配置時(shí)，由于AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，所以當(dāng)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，應(yīng)分兩次進(jìn)行：當(dāng)A0=0時(shí)，讀取高8位；當(dāng)A0=1時(shí)，讀取低4位。圖中AD574A的STS與89C51的P1.0線相連，故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　3.5聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)</p><p>　　聲音報(bào)警電路圖如圖3-5所示。報(bào)警裝置采用無(wú)源電壓式KM3712x型蜂鳴

55、器，它比一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，使用與報(bào)警器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī)89C51的28腳（P2.7）置一時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。</p><p>　　圖3-5聲音報(bào)警電路圖</p><p>　　3.6狀態(tài)指示燈及控制鍵電路設(shè)計(jì)</p><p>　　狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖3-6所示。單片機(jī)89C51的21腳（P2.0）、12腳(p2.1)控制輸出的狀態(tài)

56、指示燈。綠燈常亮表示線路電流正常運(yùn)行狀態(tài)。紅燈閃亮表示線路中電流超過(guò)報(bào)警限值，線路電流發(fā)生浪涌現(xiàn)象。</p><p>　　圖3-6 狀態(tài)指示燈電路圖</p><p>　　圖3-7 控制按鍵連接示意</p><p>　　如圖3-7所示，當(dāng)電流超過(guò)報(bào)警限值，報(bào)警器會(huì)發(fā)出鳴叫，工作人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可按下按鍵停止報(bào)警器鳴叫。若過(guò)一段時(shí)間線路電流再次超出報(bào)警限值，報(bào)警器會(huì)再次鳴

57、叫提醒工作人員。</p><p><b>　　3.7驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路圖如圖3-8所示，三極管T5D基級(jí)接到單片機(jī)的P2.6端口，三極管的發(fā)射極接到繼電器KA線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上，繼電器線圈兩端并接一個(gè)二極管N4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，防止反向電勢(shì)擊穿三極管T5及干擾其他電路。R7

58、是繼電器的一個(gè)指示電路，當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候，R7上有電流通過(guò),D4LED燈亮起。</p><p><b>　　圖3-8 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　圖3-8中，CN2的1、2、3為繼電器KA輸出接線端子，其中1端子接到繼電器KA的常開(kāi)接點(diǎn)，2端子接到繼電器KA的接動(dòng)點(diǎn)，3端子接到繼電器KA的常閉接點(diǎn)。當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候，1端子和2端子接通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。&

59、lt;/p><p>　　當(dāng)89C51單片機(jī)的P2.6引腳輸出低電平時(shí)，三極管T5飽和導(dǎo)通，+5V電源加到繼電器KA線圈兩端，繼電器KA吸合，繼電器KA的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。</p><p>　　當(dāng)89C51單片機(jī)的P2.6引腳輸出高電平時(shí)，三極管T5截止，繼電器KA線圈兩端沒(méi)有電位差，繼電器銜鐵釋放，繼電器KA的常開(kāi)觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。</p><p>

60、　　因?yàn)樵谌龢O管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)?，繼電器KA線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則可以通過(guò)二</p><p>　　極管IN4148釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管D3的保護(hù)作用。</p><p>　　3.8 避雷系統(tǒng)的接地控制設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)89C51對(duì)繼電

61、器進(jìn)行控制，避雷系統(tǒng)的接地控制線路如圖3-9所示。</p><p>　?。╝）主電路 （b）控制電路</p><p>　　圖3-9 接地控制線路圖</p><p>　　當(dāng)繼電器KA吸合，避雷系統(tǒng)接地控制電路導(dǎo)通，接觸器KM線圈通電吸合，KM常開(kāi)主觸點(diǎn)及常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，KM自鎖，接地主電路導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)

62、按下SB時(shí)，接觸器KM失電，銜鐵釋放，KM常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)?？刂崎_(kāi)關(guān)斷開(kāi)，避雷系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　4總體設(shè)計(jì)程序流程圖</p><p>　　89C51單片機(jī)對(duì)電流傳感器信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，講電流值與報(bào)警限值相比較，判斷是否報(bào)警，同時(shí)對(duì)應(yīng)指示燈工作。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序，使報(bào)警器功能更加完善，給工作人員來(lái)帶便利。總體流程圖

63、如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 總體流程圖</p><p>　　如圖4-1所示，系統(tǒng)開(kāi)始后，通過(guò)對(duì)89C51單片機(jī)進(jìn)行程序初始化，設(shè)定電流大小的報(bào)警范圍，讀取電流控制參數(shù)。然后通過(guò)SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器對(duì)線路的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)AD547A數(shù)模轉(zhuǎn)換，把信息傳遞給89C51單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其輸入量進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)電流大小沒(méi)有超出報(bào)警范圍時(shí)，綠色指示燈常亮，然后系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行電

64、流數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)。當(dāng)電流大小超過(guò)報(bào)警范圍時(shí)，KM3712x型蜂鳴器通電，發(fā)出報(bào)警聲音，紅色指示燈開(kāi)始閃爍；同時(shí)避雷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)，開(kāi)啟避雷系統(tǒng)，控制開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)工作人員按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)重新進(jìn)入電流數(shù)據(jù)采集步驟，繼續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書(shū)的要求，按照開(kāi)題報(bào)告的目標(biāo)與流程一步步來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文

65、設(shè)計(jì)了變電所的防雷監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)89C51控制，因?yàn)槔纂娎擞楷F(xiàn)象發(fā)生是電子設(shè)備線路上的電流會(huì)升高，由電流傳感器對(duì)其電流進(jìn)行探測(cè)，能迅速檢測(cè)出來(lái)，監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)此進(jìn)行響應(yīng)，從而對(duì)其相應(yīng)的做出措施。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我自己一次對(duì)大學(xué)四年所學(xué)習(xí)到的知識(shí)進(jìn)行一次回顧過(guò)程；也是一次我自己學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的過(guò)程。過(guò)程中常常遇到一些不熟悉的地方，通過(guò)自己對(duì)知識(shí)的復(fù)習(xí)和對(duì)相關(guān)資料的查詢，問(wèn)題逐一得到

66、解決。在此過(guò)程中我自己受益匪淺，我相信這次設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程將在我今后的學(xué)習(xí)和工作中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。</p><p><b>　　6致謝</b></p><p>　　本人在做設(shè)計(jì)期間，得到了涂老師的精心指導(dǎo)。老師的耐心指導(dǎo)、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、平易近人給我留下深刻的印象。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力和學(xué)習(xí)終于完成了畢業(yè)論文，要沒(méi)有指導(dǎo)老師那是很難完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的，在這里我得感謝我的論文指導(dǎo)

67、老師涂老師。我還要特別感謝學(xué)院的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和同學(xué)們給予我的無(wú)私幫助，正事在他們的鼓勵(lì)和幫助之下，我得以順利完成論文。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 賴世能，慕家驍.通信系統(tǒng)防雷接地技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2008，</p><p><b>　　6.</b></p&g

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