譚智東的避雷器漏電檢測及動(dòng)作計(jì)數(shù)器論文

1、天津理工大學(xué) 科技立項(xiàng)結(jié)題報(bào)告 避雷器的雷擊計(jì)數(shù)及漏電檢測儀 整體概述部分專業(yè)班級： 10 電信 2班 學(xué) 號： 20101652 學(xué)生姓名： 譚智東 指導(dǎo)教師： 周浥 時(shí) 間： 2013年6月 設(shè)計(jì)任務(wù)避雷器漏電流及雷擊記數(shù)器是高壓交流電力系統(tǒng)中與雷器配套使用的儀器該儀器有漏電檢測儀和雷擊計(jì)數(shù)器兩部分合成，該儀器串接在避雷器接地回路中，漏電檢測儀，則可以檢測泄漏電流的大小，并且可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換到顯示，其中動(dòng)作計(jì)數(shù)器則記錄避雷器的過電壓動(dòng)作次數(shù)顯示出來。 摘要 輸變電設(shè)備中，避雷器是較為昂貴的大型設(shè)備，避雷器動(dòng)作計(jì)數(shù)器起著監(jiān)測避雷器泄漏電流和用作雷擊次數(shù)統(tǒng)計(jì)的作用。避雷器泄漏電流的大小直接反映

2、的性能好壞，工作人員一般都將泄漏電流值當(dāng)作避雷器是否正常工作的重要依據(jù)。另外，每當(dāng)雷雨季節(jié)來臨之前，工作人員都要測試動(dòng)作計(jì)數(shù)器能否可靠動(dòng)作。因此，現(xiàn)場工作人員迫切需要一種能測能檢驗(yàn)動(dòng)作計(jì)數(shù)器可靠性的實(shí)用儀器。 避雷器現(xiàn)場動(dòng)作計(jì)數(shù)器檢驗(yàn)儀正好能很好解決這一難題。由于電力系統(tǒng)中的雷擊計(jì)數(shù)器及漏電檢測可以知道所謂“泄漏電流”就是非正常工作電流以外的各種雜散電流的總稱，包括絕緣子表面污染形成爬電和絕緣受到損傷時(shí)的漏電等等。避雷器試驗(yàn)一般是單個(gè)進(jìn)行的，每一個(gè)都有單獨(dú)的數(shù)據(jù)。所以我們模擬一個(gè)漏電檢測的方法，完全可以達(dá)到這種效果,該模擬部分有四部分組成。² 通常電子電力系統(tǒng)中避雷泄漏電流的檢測方法

3、及原理² 避雷器泄漏電流的測量方法有兩種：1、在線測量方法。2、離線測量方法。圖1所示為JS型動(dòng)作記數(shù)器的原理接線圖。圖1（a）為JS型動(dòng)作記數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)，即所謂的雙閥片式結(jié)構(gòu)。當(dāng)避雷器動(dòng)作時(shí)，放電電流流過閥片R1，在R1上的壓降經(jīng)閥片R2給電容器C充電，然后C再對電磁式記數(shù)器的電感線圈L放電，使其轉(zhuǎn)動(dòng)1格，記1次數(shù)。改變R1及R2的阻值，可使記數(shù)器具有不同的靈敏度。一般最小動(dòng)作電流為100A（820s）的沖擊電流。因R1上有一定的壓降，將使避雷器的殘壓有所增加，故它主要用于40kV以上的高壓避雷器。圖1（b）表示 JS8型動(dòng)作記數(shù)器的結(jié)構(gòu)，系整流式結(jié)構(gòu)。避雷器動(dòng)作時(shí)，高溫閥片R1

4、上的壓降經(jīng)全波整流給電容器C充電，然后C再對電磁式記數(shù)器的L放電，使其記數(shù)。該記數(shù)器的閥片R1的阻值較小（在10kA時(shí)的壓降為1.1kV），通流容量較大（ 1200A方波），最小動(dòng)作電流也為100A（820 s）的沖擊電流。JS8型記數(shù)器可用于6.0 330kV系統(tǒng)的避雷器，JS8A型記數(shù)器可用于 500kV系統(tǒng)的避雷器。² 動(dòng)作的檢查方法及計(jì)數(shù)器檢測儀原理由于密封不良，動(dòng)作記數(shù)器在運(yùn)行中可能進(jìn)入潮氣或水分，使內(nèi)部元件銹蝕，導(dǎo)致記數(shù)器不能正常動(dòng)作，所以規(guī)程規(guī)定，每年應(yīng)檢查1次。現(xiàn)場檢查記數(shù)器動(dòng)作的方法有電容器放電流支、交流法和標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法。研究表明，以標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法最為可靠，其原理

5、接線如圖2所示。 第二部分：l 簡易模擬實(shí)物 由于條件有限，所以簡易的避雷器的漏電檢測儀及計(jì)數(shù)器采用的是離線安全的方式，采用電容充放電的過程模擬避雷器的漏電流，而多為交流電，需要提前整流，最終整流成方波的形式對單片機(jī)觸發(fā)計(jì)數(shù)，同時(shí)對初步整流的漏電流計(jì)入A/D采集，最終都傳送的顯示器顯示漏電流大小和脈沖計(jì)數(shù)值，整體設(shè)計(jì)思路簡化后成模塊原理方框圖如下:機(jī) 顯示 電壓值雷擊次數(shù)單片機(jī) 記 數(shù) 器采集整流 濾波穩(wěn)壓 測得瞬時(shí)值 A/D 從圖上可以看得出來需要有一套完整的采集整流濾波穩(wěn)壓雷電流是一個(gè)脈沖電流。避雷器的泄流是通過殘壓體現(xiàn)的，通過避雷器泄流后，所謂“泄漏電流”就是非正常工作電流以外的各種雜散

6、電流的總稱，包括絕緣子表面污染形成爬電和絕緣受到損傷時(shí)的漏電等等。避雷器試驗(yàn)一般是單個(gè)進(jìn)行的，每一個(gè)都有單獨(dú)的數(shù)據(jù)總體分為4個(gè)模塊。注意幾點(diǎn)：l （1）漏電流是以亂脈沖的形式出現(xiàn)，簡易設(shè)計(jì)的漏電檢測儀，需要首先用電容充放電的過程模擬漏電流，電容用一個(gè)開關(guān)控制其輸入電流，通過電源輸入，和開關(guān)控制形成了交流的脈沖，就是模擬成功的漏電流，通過5v橋式整流既可以顯示直流，然后濾波取包絡(luò)，通過三端穩(wěn)壓器7805既可以得出方波，接到單片機(jī)可以選定T1計(jì)數(shù)2，低電平觸發(fā)計(jì)數(shù)第一部分電路圖如下： l （2）通過第一部分的得出方波接到89C51單片機(jī)可以，控制部分必須有最小系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖所示，對51系

7、列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路.下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖：實(shí)驗(yàn)框圖大體上可以分為晶振電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、及電源電路五個(gè)部分：晶振電路：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號。復(fù)位電路：當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，為單片機(jī)提供復(fù)位信號。驅(qū)動(dòng)電路：為了驅(qū)動(dòng)負(fù)載，本實(shí)驗(yàn)中負(fù)載為共陽極數(shù)碼管。電源電路：為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。單片機(jī)：系統(tǒng)的核心部分，用于運(yùn)行用戶程序，實(shí)現(xiàn)控制目的。脈沖計(jì)數(shù)：從穩(wěn)壓后的形成的方波，通過A對T0（P3.4）、T1（P3.5）引腳上輸入的外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)外部輸入脈沖發(fā)生由“1”到“0”的負(fù) 跳變時(shí)，進(jìn)行“+1”計(jì)數(shù)，外部輸入脈沖周期應(yīng)大于2個(gè)機(jī)器

8、周期（f<fOSC/24）。 P3.4脈沖觸發(fā)P1.0 外部計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)結(jié)果通過顯示到1602上，得到脈沖的個(gè)數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示。l 第三部分就是A/D采集部分，本A/D部分采用PCF8591芯片，從題目第一部分采集后初步電整流橋后，得到電壓瞬時(shí)值后接入A/D采集。PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I²C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I²C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的

9、地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I²C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I²C總線的最大速率決定。PCF8591 特性· 單獨(dú)供電 · PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V · 低待機(jī)電流 · 通過I²C總線串行輸入/輸出 · PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址 · PCF8591的采樣率由I²C總線速率決定 · 4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 

10、3; 自動(dòng)增量頻道選擇 · PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD · PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路 · 8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器 · 通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益 ·AIN0AIN3：模擬信號輸入端。 A0A3：引腳地址端。 VDD、VSS：電源端。 （2.56V） SDA、SCL：I2C 總線的數(shù)據(jù)線、 時(shí)鐘線。 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘 輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使 用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) EXT 接地。 AGND：模擬信號地。 AOUT：D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 VREF：基準(zhǔn)電源端。通過A/D轉(zhuǎn)換，可以得到漏電

11、流的瞬時(shí)值，四路采集模擬量，輸出一路數(shù)字量，到1602動(dòng)態(tài)顯示漏電流的瞬時(shí)值大小。實(shí)現(xiàn)了漏電檢測的功能。仿真如下：l (4）顯示部分，本題目采用1602液晶顯示，LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。LCD1602的典型電路連接如圖2所示:說明： 數(shù)據(jù)線DB0DB7 接到單片機(jī)的P0口；3條控制線分別接到P1.5、P1.6、P1.7（可以根據(jù)具體的硬件電路修改這幾條控制線）；電阻R1用來調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度，可以接一個(gè)5k的電位器來調(diào)節(jié)；電阻R2用來設(shè)置背光的亮度，一般情況接一個(gè)1k的電阻就可以了，當(dāng)然也可以接入電位器來調(diào)節(jié)顯示的亮度。技巧： 一般在電路設(shè)計(jì)時(shí)，很少把液晶直接做到單片機(jī)的電路板上，而是通過一個(gè)接口電路來轉(zhuǎn)接，比如在主板上留出來16根線的接口，這樣就可以通過一組16根的排線來連接單片機(jī)和液晶 接口引腳功能引腳號符號狀態(tài)功 能1Vss電源地2Vdd電源+5V3V0液晶驅(qū)動(dòng)電源4RS輸入寄存器選擇5R/W輸入讀、寫操作6E輸入使能信號7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9D