变电所论文.doc

华北科技学院毕业设计(论文)目 录摘 要Abstract绪论41 方案设计背景51.1 变电站综合自动化由功能分散到单元分散发展61.2 变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展61.3 从少功能向多功能发展71.4 向测量数据完全共享发展72 系统的方案论证92.1 控制系统的选择92.2 本次设计的主要思想92.3 电流互感器102.3.1 电流互感器的工作原理102.3.2 电流互感器的选择122.3.3 电流互感器如何配置132.3.4 电流互感器的二次负荷如何计算132.3.5 选用LZZBJ9-10b2型电流互感器142.4 电压互感器152.4.1 电压互感器的工作原理152.4.2 选用JDZ10-10 全封闭电压互感器162.5 温度传感器172.5.1 AD590简介172.5.2 AD590的应用电路182.6 A/D转换器192.6.1 A/D转换器概述192.6.2 ADC0809212.6.3 CS5460242.7 AT89C52262.8 TTL芯片74LS373302.9 X2545323 硬件电路的设计343.1 电流、电压信号采集转换电路343.2 温度信号采集转换电路343.3 单片机最小系统分析353.4 报警电路363.5 硬件看门狗电路的组成363.6 执行电路363.7 电源电路374 软件部分的设计384.1 主程序结构图384.2 A/D转换程序384.2.1 A/D转换程序384.2.2 A/D转换程序流程图404.3 温度转换报警程序404.3.1 温度转换报警程序404.3.2 温度转换报警程序流程图424.4 单片机I/O口初始化程序42结束语43参考文献44附录45致谢46基于单片机的变电所的保护电路设计摘 要：本文主要是能过对地面变电所工作系统的研究，设计开发一个自动化程度高，故障率低，使用周期长的保护系统。该系统主要由AT89C52单片机来控制，通过CS5460进行前端信息的采集，实现短路、过载、失压、温度等各种保护。关键词：变电所； AT89C52； CE5460；单片机；保护Abstract：In our system ,we use the single chip-microcomputer AT89C52 to be the core . Using the micro-controller with some necessary surround-changing circuit to achieve the bus station reporting and the display of the correspond station name .Keywords: Transformer substation；AT89C52； CS5460；Microcomputer；protect绪论电力系统是指由生产、传输、分配、消耗的发电机、变压器、电力线、并联电容器、电抗器和各种用电设备组成的有机整体。发电机生产出来的电能，通过变压器、输电线路和配电线路传送、分配到各个电力用户，为生产和消费服务。由于电能从生产到消耗应时刻保持平衡，电力系统的发电量必须跟随电力负荷的变化而变化。为保障电力系统的安全运行，电力系统还装备有各种保护、自动装置、远程通信等相应的系统和设备。变电站是介于发电厂和电力用户之间的中间环节。变电站由主变压器、母线、断路器、隔离开关、避雷器、并联电容器、互感器等设备和元件集合而成。它具有汇集电源、交换电压等级、分配电能等功能。电力系统内的各种保护、自动装置、调度控制的远动设备等也安装有变电站内。因此，变电站是电力系统的重要组成部分。本设计采用微处理器作为控制核心，新型单片数据采集器，16位高精度A/D 转换器CS5460作为前端采集芯片，AT89C52单片机进行数据运算处理，去实现数据的读取和故障查询，出故障自动报警。此装置操作简单，采集准确，保护可靠，很大程度上提高了变电站的生产效率和效益，在电力系统中有很大的前景。1 方案设计背景20世纪70年代末，英国、意大利、法国、西德新装的都是微型机的，个别的有用16位小型计算机的，布线逻辑的远动装置已开始淘汰。监控系统的功能渐渐扩大，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展，除“三遥”外，还增加了：寻找并处理单相接地故障；作为保护拒动或断路器拒动的补充保护；负荷管理；成组数据记录，其中包括负荷曲线、最大需量、运行数据、事故及事件顺序记录等；自动重合闸及断电保护。这表明国外变电站自动化水平明显提高，变电站综合自动化初显雏形。1975年，日本在关西电子公司和三菱电气有限公司的协助下，开始研究用于配电变电站的数字控制系统（称为SDCS1）,于1979年9月完成样机，同年12月在那须其竹克里变电站安装并进行现场实验。1980年已开始商品化生产。20世纪80年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多，包括德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、美国GE公司、西屋公司、法国阿尔斯通公司等。这些公司都有自己的综合自动化系统产品。由此可见，界上研究变电站综合自动化系统始于20世纪70年代后期，80年代发展较快。著名的制造厂家颇多，彼此间刚开始就十分注意这一领域的技术规范和标准的制定与协调，避免各自为政造成不良后果。为了配合变电站综合自动化方面的进展，国际电工委员会第57次技术委员会（IECTC57）成立了“变电站控制和保护接口”工作组，负责起草该接口的通信标准。该工作组由12个国家（主要集中在北美和欧洲，亚洲有中国，非洲有南非）2000位成员参加。从1994年3月到1995年4月，举行了四次讨论会，于1995年2月向IEC秘书处提交了保护通信伙伴标准IEC 608705103,为控制与保护之间的通信提供了一个国际标准。我国变电站综合自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期。1987年，清华大学工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功的投入运行。该系统主要由3台微机及外围接口电路组成。20世纪80年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中，90年代，变电站综合自动化已成为热点，召开了规模很大全国变电站综合自动化研讨和技术经验交流会。规模比较大的单位有南端公司。四方公司等，而变电站综合自动化系统的产品可谓层出不穷。变电站综合自动化系统的研究和生产之前之所以会产生如此热潮，其根本原因在于变电站实现综合自动术，能够全面提高变电站的技术水平，提高运行的可靠性和管理水平。近几年，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，网络技术、现场总线技术等的出现，为提高变电站综合自动化水平提供了技术支持。90年代中，变电站综合自动化实际了成为电力系统自动化最亮丽的热点，其功能和性能也不断完善。变电站综合自动化技术已成为新建变电站的主导技术。随着电力工业的发展，以及微机技术的通信技术的应用，为提高变电运行的安全性和可靠性，提高供电质量，也为了简化设计，节省投资，对变电站综合自动化产生了巨大的推动作用。从二十世纪八十年代起，我国先后开展了变电站综合自动化工作，到九十年代初，结合变电站技术发行和变电站无人值班工作的开展，出现了多种结构功能不一的变电站综合自动化系统，目前这项技术正向纵深发展。在变电站综合自动化的探索和实践中，人们认识到一些共性问题待解决下列几个方向将成为发展中主要考虑的几个因素。1.1 变电站综合自动化由功能分散到单元分散发展早期的变电站综合自动化系统，通常将微机保护，微机监控，故障录波，微机远动等按功能分散考虑，一个功能模块管理很多个设备多个单元，现在更多地考虑分散性，让一个综合模块去管理一个电气系统，这种综合模块既可分散安装在电气单元附近，也可适当集中到一个拉罐小间，这种单元分散式模块的独立性很强，硬件故障不会涉及到其他单元。1.2 变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展早期的变电站综合自动化系统是由传统自动化发展起来的，大多数采用集中控制方式硬件上采用总线插槽中插入功能模块，这种结构一方面要将设备单元的信息通过电缆集中，另一方面数据通信处理能力受到限制，系统可靠性不高，采用网络结构，特别是分布式的风格结构，可从根本上克服了集中控制的缺点，。从广义上说，变电站综合自动化系统采用的通信网络可分为三个层次，第一是基于传统的RS-422、RS485组成的总线网络，多个模块挂在这个总线上实现信息交换，其主要缺点是传送速率低，智能化低，第二是将LAN技术应用于控制系统，产生的CAN和LONWORK等总线技术均可称为现场总线型网络，这种网络的基本特点是传送速率比RS-422、RS485高（几十K几兆BPS），通信的灵活性强，第三是LAN，它技术成熟，具有很强的通信能力，尽管它最初的适应环境是办公室而不是变电站这种电磁恶劣的环境但在光纤等抗干扰通信媒体的支持下，实践证明它也可使用在变电站综合自动化系统中。1.3 从少功能向多功能发展变电站综合自动化系统所能完成的功能是逐步增加的，早期的变电站综合自动化仅传统功能的简单集中，现在同在多个方面增加功能，增强其综合性，例如从测量监控保护相对独立发展到测量曼德拉保护的一体化。故障录波由微机保护兼容，省去了故障录波装置。电压无功综合控制纳入变电综合自动化系统，操作闭锁已经成为变电站综合自动系统的功能之一。变电站中尚未实现自动化的或独立自动化的功能正在逐步由变电站综合自动化系统来完成。1.4 向测量数据完全共享发展变电站综合自动数据完全共享是指保护所需要的输入信息和测量信息完全共享，即取同一个电流互感器TA和同一个电压互感器TV的信号，测量信息完全共享优点是：保护和测量可以共用同一个CPU和共用的模拟量输入通道，即同一个功能单元既完成保护的功能，也完成测量的功能，因此可减小测控单元体积、降低设备造价。其缺点是：测量的准确度得不到保证，这是因为，目前我国的变电站大部分都安装两种类型的电流互感器，即保护TA和测量TA，众所周知，保护TA主要是要求通过短路电流时不饱和，即要求它通过大电流时线性度好，而在小电流时准确度不高，而对于测量TA，要求在正常负荷时线性度好，以保证计量的准确度，至于短路电流渡过时它们早就已经饱和了，因此如果将保护和测量的模拟量完全统一，只能将电流量的采样选择接在保护TA上，这样必然影响测量的准确度，虽然可能用软件补偿的办法做些补偿，但由于TA特性的分散性，用软件只能补偿厂家生产的一体化功能模块的小TA的非线性问题，而对于产生测量误差的主要根源变电站保护TA在小量程时的非线性问题，就难以补偿了。因此，研制一种线性范围大，同时满足测量控制和保护的TA，已成为实现测量信息完全共享不可逾越的屏障。光电传感器的出现为实现测量信息完全共享开辟了道路。光电传感器与传统的电磁型互感器相比有很多优越性，主要表现为：优良的绝缘性能，抗干扰性能力强。电磁式互感器的一次绕组与二次绕组通过铁芯耦合，他们间的绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升；而光电电流传感器（OTA）和光电电压传感器（OTV）绝缘结构简单，其造价一般随电压等级升高而呈现线性增加。另外，光耦合不受电磁环境的干扰。不含铁芯，消除了磁饱和、铁磁共振等问题。电磁型的互感器在电力系统故障时易饱和，而光电传感器根本不存在此问题。动态范围大，测量精度高。光电传感器的额定电流可由几十安到几千安，过电流范围可达几十万安；一个OTA可同时满足计量和断电保护需要。变电站综合自动化是一门新技术，已得到行业内认同，也吸引着越来越多行业外技术力量的参与。变电站综合自动化系统产品制造商越多，就应更重视这方面的技术规范和标准的制定与实施。国际电工委员会第57次技术委员会（IEC TC57）已颁布了与此相关的IEC 60870-5系列标准，我国也陆续推出了与之配套的相关标准DL/T634-1997,DL/T667-1999,DL/T719-2000等。变电站综合自动化系统的开发商都按照标准组织生产，将有利于系统的集成，有利于变电站综合自动化技术的推广和发展，有利于变电站综合自动化技术水平的提高。 2 系统的方案论证2.1控制系统的选择 控制器的采用有多种方案：最基本是采用一些数字、模拟电路组合成控制电路；另外就是采用PLC可编程逻辑控制器、现场总线、继电器来控制整个系统；还可以使用各种系列的单片机。第一种方案显然是最为传统的方式，其控制精度较低，而且实现起来非常复杂，出故障后设备维修较为困难，因此不是一种合适的实现方式；采用PLC作为主控制器，控制精度较为理想，而且可靠性性很高，可以对大行动的电动机实现很好的保护，但是PLC的成本很高，并且若控制量较多，就需要较多节点的PLC，这无疑又增添了设计的成本，因此从经济角度上考虑，采用单片机变成了既经济又能到达控制要求的一种方案。单片机具有一般微机的性能，而且价格低廉，用单片机作为整个系统的控制核心不失为一种较为理想的选择。单片机的种类很多，比如我们常用的就有，51系列、PIC系列、AVR系列，凌阳16位单片机系列等等，选择何种类型的单片机仍需要我们认真考虑。经过仔细比较，从性价比、市场供货量等等各个角度考虑，我们选择ATMEL公司的AT89系列51单片机AT89C52。89系列单片机仍以8031为内核构成的，与8051系列单片机完全兼容。并且89系列有更加明显的优点：片内RAM、内部含Flash存储器，系统的开发过程中可以十分容易；允许程序进行上千次的修改；静态时种方式，超低功耗；与8051系列单片机引脚完全兼容。利用AT89C52加上三只电容、一只电阻加上一片晶体即可构成单片机的最小系统。2.2 本次设计的主要思想本次设计主要是通过电流、电压、温度采集电路的数据采集作用，通过采样器、A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再将其送入单片机，通过单片机的控制实现系统的过流、失压、过载、温度保护。由此可见，本系统主要是解决单片机最小系统、电流、电压、温度采集电路、A/D转换电路的设计取材问题。 本次设计的原理框图电流互感器电压互感器温度传感器A/D转换器A/D采样器接触器关开单片机2.3 电流互感器2.3.1 电流互感器的工作原理电力系统电流采集电路中广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器)，它的工作原理和变压器相似。电流互感器的原理接线，如左图所示。电流互感器的特点是： (1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n。因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即knkN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。 利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。由于副边接近于短路，所以原、副边电压U1和UC2都很小,励磁电流I0也很小。 电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。因此，电流互感器副边回路中不许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。 电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（下图a、b、c）。 电流互感器与测量仪表的接线额定变比和误差互感器的额定变比KN指电压互感器的额定电压比和电流互感器的额定电流比。前者定义为原边绕组额定电压U1N与副边绕组额定电压 U2N之比；后者则为额定电流I1N与I2N之比。即 KNU1N/U2N （对电压互感器）、 KNI1N/I2N （对电流互感器）。电压（或电流）互感器原边电压（或电流）在一定范围内变动时,一般规定为0.851.15U1N（或10120%I1N）,副边电压（或电流）应按比例变化,而且原、副边电压(或电流)应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差。比差为经折算后的二次电压（或二次电流）与一次电压（或一次电流）量值大小之差对后者之比，即 fU 为电压互感器的比差，fI 为电流互感器的比差。当KNU2U1（或KNI2I1）时，比差为正，反之为负。角差为二次电压(或二次电流)相量旋转180后与一次电压(或一次电流)相量之间的夹角，以分为单位。对没有采取补偿措施的电压互感器，比差为负，角差一般为正值，比差的绝对值和角差均随电压的增大而减小；铁心饱和时，比差与角差均随电压的增大而增大。 对于没有采取补偿措施的电流互感器，比差为负值，角差为正值，比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。 采用补偿的办法可以减小互感器的误差。一般通过在互感器上加绕附加绕组或增添附加铁心，以及接入相应的电阻、电感、电容元件来补偿。常用的补偿法有匝数补偿、分数匝补偿、小铁心补偿、并联电容补偿等。2.3.2 电流互感器的选择电流互感器的二次回路分为测量回路和保护回路。它的主要技术规范的选择方法如下所述： （1） 额定一次电压，由所在系统的标称电压确定。可以选用高电压等级的电流互感器在低电压等级的系统中使用，如选用10kv的电流互感器在6kv系统中使用。 （2） 额定一次电流，按照GB1208规定的额定电流等级选用。如果一次电流不能按照规定的这些等级选用时，可以用以下的方法解决： 保护回路和测量回路的变比要求不同时，可采用二次绕组带抽头电流互感器。也可以改变一次抽头的电流互感器，一般分串联和并联接法，可获得倍数变比或半数变比的电流互感器。 测量回路用电流互感器有特殊用途的用s级的，它在10110%的额定电流范围内保持准确度要求。 （3） 额定二次电流：有1A和5A两类。选用原则： 对新建发电厂和变电所有条件时，宜选用1A。 如有利于互感器安装或扩建工程原有TA为5A时，及某些情况下为降低TA的二次开路电压，额定二次电流可选用5A。 一个厂，站内的额定二次电流可同时选用1A和5A。 （4） 准确级和暂态特性在以下专题说明 （5） 铁心个数。 电流互感器铁心个数有两类：一类为一个电流互感器只有一个一次绕组和二次绕组的单铁心式，大部分低压电流互感器就是这一类；一类是为一个一次绕组有两个及两个以上二次绕组的多铁心式，每个二次绕组，按照用途不同配置。电能计量仪表和测量表计在满足准确级的前提下，可以共用一个二次绕组。 （6） 按结构可分为油浸式，树脂浇注式和SF6式电流互感器。 （7） 短路要求，对带有一次回路导体的TA进行校验，对于母线从窗口穿过皆无固定板的TA可不校验动稳定。 2.3.3 电流互感器如何配置电流互感器的配置应符合以下要求：（1） 电流互感器二次绕组的数量，铁心类型和准确等级应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。（2） 保护用电流互感器的配置应避免出现主保护的死区。接入保护的电流互感器二次绕组的分配，应注意当一套保护停用时，出现被保护元件保护范围内部故障时的保护死区。（3） 对中性点有效接地系统，电流互感器可按3相配置，对中性点非有效接地系统，依具体要求可按两相或三相配置。（4） 但配电装置采用一个半断路器接线时，对独立式电流互感器每串宜配置三相，每组的二次绕组数量按照工程需要确定。（5） 继电保护和测量仪表宜用不同的二次绕组供电，若受条件限制需共用一个二次绕组时，其性能应同时满足测量和保护的要求，且接线方式应避免注意仪表校验时影响继电保护工作。（6） 在使用微机保护的条件下，各类保护宜尽量共用二次绕组，以减少电流互感器二次绕组的数量。当一个元件的两套房为备用的主保护应使用不同的二次绕组。（7） 电流互感器的二次回路不宜进行切换，当需要时，应采取防止开路的措施。2.3.4 电流互感器的二次负荷如何计算（1）电流互感器的二次负荷可以用阻抗Zb()或容量Sb(VA)表示。二者之间的关系为Sb=Isn*Isn*Zb 。电流互感器的二次负荷额定值（Sbn）可根据需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30VA。在某些特殊情况下，也可选用更大的额定值。（2）电流互感器的负荷通常有两部分组成：一部分是所连接的测量仪表或保护装置；另一部分是连接导线。计算电流互感器的负荷时应注意不同接线方式下和故障状态下的阻抗换算系数。（3）测量用的电流互感器的负荷计算。一般在工程计算时可负略阻抗之间的相位差，二次负荷Zb可按下式计算Zb=Kmc* Zm+Klc*Z1+Rc式中：Zm -仪表电流线圈的阻抗() Z1-连接导线的单程阻抗()，一般可忽略电抗，仅计算电阻。Rc-接触电阻()，一般取0.050.1()。Kmc-仪表接线的阻抗换算系数Klc-连接导线的阻抗换算系数无功电能表一般与同回路的有功电能表采用同一等级的TA2.3.5 选用LZZBJ9-10b2型电流互感器根据本设计的要求，考虑工程实际，我选择LZZBJ9-10b2型电流互感器。A. 概述LZZBJ910b2、LZZBJ910b3型电流互感器相当于AS12/150b/2型电流互感器（以下简称“互感器”）适用于额定电压10kV，额定频率50Hz的户内配电设备中，供测量电流、电能及保护用。本产品符合GB12081997电流互感器标准的规定。产品采用环氧树脂混合胶作为主绝缘，支柱式全封闭结构。其特点为动热稳定性好、高精度、大爬距、体积小、绝缘安全可靠，不需要特别维护，只需定期清除表面污物。B. 技术参数额定电压kV额定一次电流A额定二次电流A额定短时热电流（有效性）额定动稳定电流（峰值）额定绝缘水平0.20.55P1010P105P1510P15kAs1020515151531304.41405.81507.517511.4110016115022.5120020242（341）2.4 电压互感器2.4.1 电压互感器的工作原理电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。右图为电磁式电压互感器原理接线图，电压互感器的特点是：(1)容量很小，类似一台小容量变压器；(2)二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此，在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。电压互感器的一、二次线圈额定电压之比，称为电压互感器的额定电压比。即：kn=U1n/U2n，其中一次线圈额定电压U1n是电网的额定电压，且已标准化(如10，35,110，220，330，500感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统,330765kV超高压电力系统应用较多。电压互感器按用途又分为测量用和保护用两类。对前者的主要技术要求是保证必要的准确度；对后者可能有某些特殊要求，如要求有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。 电磁感应式电压互感器的工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用,也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形（右图），开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）。 电容分压器 电容分压式电压互感器电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。点容分压式电压互感器在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图2。电容C1和C2串联，U1为原边电压,UC2为C2上的电压。空载时,电容C2上的电压UC2为UC2C1/（C1+C2）*U1。由于C1和C2均为常数，因此UC2正比于原边电压。但实际上，当负载并联于电容C2两端时, UC2将大大减小,以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器(图3)。 电抗可补偿电容器的内阻抗。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振引起的过电压。 电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。2.4.2 选用JDZ10-10 全封闭电压互感器根据本设计的要求，考虑工程实际，我选择JDZ10-10 全封闭电压互感器。A. 概述: 本型电流互感器环氧树脂浇注全封闭支柱式结构,供额定功率50-60HZ额定电压为3.610KV的交流户内装置中作电压,电能测量或继保护时使用,本产品的特点是体积小,重量轻.可以任意方向安装.B. 结构简介:本型电压互感器为全封闭结构,铁心采用优质冷扎硅钢片饶制,并经严格热处理,铁心与一次绕组和二次绕组一起以先进的真空浇注工艺用环氧树脂浇注成型,互感器耐污秽,耐潮湿性能好.二次出线端子盒有三个不同出线方向,接线方便,端子盒有三个不同出线方向接线方便,并可实现防窃电措施。C. 技术数据:（1）确级由基本二次线圈确定；（2）二次负载功率因素:COS=0.8；（3）二次极限负载功率因素:COS=0.81。型号额定电压比准确级及额定输出（VA）极限输出（VA）额定绝缘水平（KA）0.20.513P3PLDZ10-106000/10015306050502007.2/32/601000/10153060505020012/42/752.5 温度传感器集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：式中，K波尔兹常数；q电子电荷绝对值。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。 2.5.1 AD590简介根据本次设计的要求，考虑工程实际，我选择温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：（1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： Ir/T=1 mA/K；式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。（2）AD590的测温范围为-55+150。（3）AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（4）输出电阻为710MW。（5）精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。（6）AD590的输出电流值说明：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。（7）注意事项：Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K298A=2.98V测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。2.5.2 AD590的应用电路A. 基本应用电路右图是AD590的封装形式和AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和有偏差，电阻也有误差，因此应对电为1kW时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使VO=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。B. 摄氏温度测量电路如右图所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出VO=0，然后在100时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次，直至0时，VO=0mV，100时VO=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25，那么VO应为25mV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。要使图中的输出为200mV/，可通过增大反馈电阻（图中反馈电阻由R3与电位器R4串联而成）来实现。另外，测量华氏温度（符号为）时，因华氏温度等于热力学温度减去255.4再乘以9/5，故若要求输出为1mV/，则调整反馈电阻约为180kW，使得温度为0时， VO=17.8mV；温度为100时，VO=197.8mV。AD581是高精度集成稳压器，输入电压最大为40V，输出10V。C. AD590实际应用电路分析 AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V。接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。2.6 A/D转换器2.6.1 A/D转换器概述常用的A/D转换器按其转换原理可分为4种：计数式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前，在微机控制领域最常用的是双积分式和逐次逼近式转换器。A. 双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器的主要特点是：转换精度高、抗干扰能力好、价格便宜，但其转换速度较慢。这种转换器主要用于对转换速度要求不高的场合。国内使用较多的双积分A/D转换器芯片有几种：（1）ICL7106/ICL7107/ICL7126系列 这些芯片都是美国Intersil公司产品，3位半精度。具有自校零、自动极性、单参考电压、静态7段码输出、可直接驱动LED和LCD(液晶)显示器等特点。同类产品还有：TSC7106/TSC7107/TSC7126(美国Teledyne半导体公司产品)；CH7106(上海无线电十四厂产品)；DG7126(北京878厂产品)。（2）MCl4433 美国Motorola公司产品，3位半精度。具有自校零、自动极性、单参考电压、动态字位扫描BCD码输出（即千、百、十、个各位BCD码轮流在输出端输出）、自动量程控制信号输出等特点。同类产品还有5G14433(上海无线电五厂产品)。（3）ICL7136 美国Intersil公司产品，4位半精度。具有自校零、自动极性、单参考电压、动态字位扫描BCD码输出等特点。B. 逐次逼近式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器是一种转换速度较快、精度较高的转换器，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。其典型芯片有以下几种：（1）ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器 美国国家半导体公司产品，它是目前较流行的中速廉价型产品，片内有三态数据输出锁存器，单通道输入，转换时间约为100s。（2）ADC0808/0809型8位CMOS型A/D转换器 可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间约为100s。（3）ADC0816/0817 这类产品除了输入通道数增加至16个以外，其他性能与ADC0808/0809型基本相同。C. A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率分辨率是指A/D转换器能分辨的最小模拟输入量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。位数越高，分辨率越高。例如，对于8位A/D转换器，当输入电压满刻度为5V时，其输出数字量的变化范围为0255，转换电路对输入模拟电压的分辨能力为5V/25519.5mV。（2）转换时间转换时间是A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是编程时必须考虑的参数。若CPU采用无条件传送方式输入A/D转换后的数据，则从启动A/D芯片转换开始，到A/D芯片转换结束，需要一定的时间，此时间为延时等待时间，实现延时等待的一段延时程序，要放在启动转换程序之后，此延时等待时间必须大于或等于A/D转换时间。(3)量程量程是指A/D转换器所能转换的输入电压范围。(4)精度精度是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。A/D转换电路中与每一个数字量对应的模拟输入量并非是单一的数值，而是一个范围。例如：对满刻度输入电压为5V的12位A/D转换器，122mV，定义为数字量的最小有效位LSB。若理论上输入的模拟量A，产生数字量D，而实际输入模拟量A产生还是数字量D，则称此转换器的精度为0LSB。当模拟电压或还是产生同一数字量D，则称其精度为1/4LSB。目前常用的A/D转换器的精度为1/42LSB。2.6.2 ADC0809ADC0809是一种典型的8路模拟输入的8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。A. ADC0809的内部逻辑结构ADC0809内部逻辑结构如右图所示。图中，八路模拟量开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用1个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对ADDA、ADDB、ADDC三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于8路模拟通道的选择。8位A/D转换器是逐次逼近式，三态输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。B. 信号引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装的芯片，其引脚排列如右图所示。各引脚功能如下：（1）IN7IN0模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05V，若信号过小，还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换的过程中，其值应保持不变，因此，对变化速度快的模拟输入量，在输入前应增加采样保持电路。 0809通道选择C B A选择的通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（2）A、B、C地址线。A为低位地址，C为高位地址，用于对8路模拟通道进行选择，引脚图中相应为ADDA、ADDB和ADDC。其地址状态与通道的对应关系见右表。（3）ALE地址锁存允许信号。由低至高电平的正跳变将通道地址锁存至地址锁存器中。（4）START启动转换信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换。在A/D转换期间，START应保持低电平。（5）D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。（6）OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机上输出转换得到的数据OE=0，输出数据线呈高电阻态；OE=1，输出转换得到的数据。（7）CLOCK时钟信号。ADC0809内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，要求频率范围10kHz1.2MHz。通常使用频率为500 kHz的时钟信号。（8）EOC转换结束状态信号。EOC0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。（9）VCC+5V电源。（10）REF(+)、REF(-)参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为REF(+)=+5V，REF(-)=0V。C. MCS-51单片机与ADC0809接口ADC0809与8051单片机的连接如右图所示。电路连接主要涉及两个问题：一是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。（1）8路模拟通道选择ADDA、ADDB、ADDC分别接地址锁存器提供的低3位地址，只要把3位地址写入ADC0809内部的地址锁存器，就实现了模拟通道选择。对图8-3所示的系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把3位地址写入0809，还要提供0809的片选信号（口地址）。图中使用的是线选法，片选信号由P2.7确定，当P2.7为低电平时对ADC0809进行操作。和分别为读选通和写选通信号。因此，模拟通道IN0IN7的地址依次为7FF8H7FFFH。（2）转换数据的传送A/D转换后得到的数据是数字量，这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送的关键是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式： 定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如，对于ADC0809，若其时钟信号为500KHz时，转换时间约为128s，相当于晶振6MHz的单片机工作64个机器周期。根据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后，就调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了。接着，就可进行数据传送。 查询方式A/D转换芯片有转换结束状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以通过查询方式用软件测试EOC的状态，即可确定转换是否完成，若完成，就可进行数据传送。 中断方式把转换结束状态信号(EOC)作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管采用上述哪种方式，一旦确认转换完成，即可通过指令进行数据传送，把转换数据送上数据总线，供单片机接收。D. 应用举例使用ADC0809与单片机组成一个8路模拟量输入的巡回检测系统，要求采样数据依次存放在外部RAM的A0HA7H单元中。下面是其数据采样的初始化程序和中断服务程序。初始化程序：LOOP：HERE：MOVMOVSETBSETBSETBMOVMOVXSJMPR0,#A0HR2,#08HITlEAEXlDPTR,#7FF8HDPTR,AHERE；片外数据存储区首址；8路计数值；边沿触发方式；CPU中断允许；允许外部中断1中断；指向ADC0809的IN0通道；启动A/D转换；等待中断中断服务程序：MOVXMOVXINCINCRETIA,DPTRR0,ADPTRR0；读取转换数据；存入片外RAM中；指向下一模拟通道；指向数据存储区下一单元2.6.3 CS5460CS5460A是美国Cirrus Logic公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率电能计量集成电路芯片，现主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。不同于以前流行的CS5460芯片，该芯片特有的自动引脚模式功能，能使芯片独立工作，得电时自动初始化，由外部的E2PROM引导开始工作，并从中读取数据，如果用于高容量或用在家庭，为了降低成本，此模式下，该型芯片可以不用微控制器独立工作。除此之外，该芯片的性能主要表现在：(1) 转换精度高，测量功能强。自身转换精度达到01级，可以实现02级的测量仪表。可测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值和电能计量，这在电力系统的测量芯片中是不多见的。(2) 外围器件少，具有片内看门狗定时器(WatchDog Timer)与内部电源监视器该芯片只用很少的外围器件即可实