變電所的防雷監(jiān)控系統(tǒng)設計【畢業(yè)論文】

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

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 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，所以變電所的運行安全十分重要。但變電所的安全運行易受到自然災害特別是雷擊的影響，因此防雷是變電所的一項重任務。</p><p>　　傳統(tǒng)變電所的防雷設施已不能適應電力系統(tǒng)自動化的防雷要求，本文通過對雷電流的特性和防雷技術的分析，對變電所的防雷監(jiān)控提出一個整體的方案。在變電所防雷

4、方面，將變電所防雷看成一個綜合系統(tǒng)，由三個子系統(tǒng)即三道防線構成一個完整的變電所防雷保護系統(tǒng)。它們之間關系密切，相互影響，各負其責、缺一不可。</p><p>　　變電所防雷監(jiān)控報警系統(tǒng)是采用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器對電子設備線路電路電流進行監(jiān)測，自動監(jiān)測當前線路中的電流大小，由單片機89C51進行控制，并通過指示燈顯示。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)生報警，啟動驅動電路，開啟避雷系統(tǒng)。&l

5、t;/p><p>　　關鍵詞：雷電；變電所；防雷保護；電流傳感器；單片機</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)代變電站防雷技術特點1</p><p>　　2 避雷系統(tǒng)設計2</p><p>　　2.1雷電流的特性2</p><p>　　2.2 雷擊與雷電過電壓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范圍4</p><p>　　2.4.2 兩支以及多支避雷針的聯(lián)合保護范圍6</p><p>　　2.5雷電浪涌的綜合保護設計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、設計8</p><p>　　3 變電站防雷監(jiān)控報警系統(tǒng)方案設計10</p><p>　　3.1監(jiān)控報警系統(tǒng)整體設計方案10</p><p>　　3.1.1 工作原理10</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)結構10</p><p>　　3.2單片機的選擇11</p><p>　　3.

16、3 AD574A簡介12</p><p>　　3.4 AD574A 與89C51單片機的接口電路設計13</p><p>　　3.5聲音報警電路設計15</p><p>　　3.6狀態(tài)指示燈及控制鍵電路設計15</p><p>　　3.7驅動電路設計16</p><p>　　3.8 避雷系統(tǒng)的接地控制設計1

17、7</p><p>　　4總體設計程序流程圖19</p><p><b>　　5 結論21</b></p><p><b>　　6致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻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>　　變電站的安全運行易受到自然災害特別是雷擊的影響，因此防雷是變電站的一項重要任務。雷擊是一種我們常常遇見的自然災害，雷擊至變電站，會使變電站的電氣設備絕緣性降低，設備不能正常運行，嚴重地影響到變電站安全運行的可靠性。如果變電站發(fā)生雷擊事故

19、，將會造成所供電范圍的大面積停電，給社會生產(chǎn)和人民生活帶來不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。</p><p>　　當今世界范圍內由于雷擊而導致入侵波侵入變電站而引起的事故時時發(fā)生，我國多個地區(qū)的變電站也都發(fā)生了雷擊引起的開關閃絡和爆炸事件。所以，當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)定運行的重要工作之一。</p><p>　　1.2現(xiàn)代變電站防雷技術特點<

20、/p><p>　　現(xiàn)代變電站防雷技術的理論基礎在于：雷電是發(fā)生在因強對流天氣兒形成的雷雨云層間和雷雨云與大地之間的強烈瞬間放電現(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地泄放的合理的阻抗路徑，而不讓其隨機地選擇放電通道，簡言就是要控制雷電能量的泄放與轉換。</p><p>　　德國專家西曼斯基提出了現(xiàn)代變電站防雷保護的三道防線：1外部保護，將大部分雷電流直接引入大地些散；2內部保

21、護，阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號線侵入的雷電波危害設備；3過電壓保護，限制被保護設備上的雷電過電壓幅值。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)設計</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

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)云層帶電極性來定義雷電流的極性時，云層帶正電荷對地放電成為正閃電，而云層帶負電荷對地放電稱為負閃電。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，正閃電的電流比負閃電的電流大。一次雷擊放電過程常常包含多次先導致主放電的過程和后續(xù)電流。正極性放電和隨后負放電的波形是有明顯區(qū)別的：第一次負放電電流波形較長，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，沒有雙峰，電流徒度遠大于第一次放電，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 雷擊與雷電過電壓 </p><p>　　2.2.1 直擊雷和繞擊</p><p>　　直擊雷是指雷云對大地和建筑物放電現(xiàn)象。它以強大的沖擊電流、熾熱的溫度、猛烈的沖擊波以及強烈的電池輻射損壞放電

24、通道，直接擊在變電站構架上，因電效應、熱效應和機械效應等而造成變電所等損壞以及人員傷亡。閃電開始之前先是雷云底部的始發(fā)先導按間歇分級躍進方式向地表發(fā)展，當距地面50~100m時，由避雷針等地表突出物電場畸變集中的地方產(chǎn)生垂直向上的迎面先導。兩者相接后，進入直擊或繞擊的主放電階段[2]。</p><p>　　2.2.2 雷電反擊</p><p>　　當防雷裝置接受雷擊時，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)生了強大的變化磁場。處在變化磁場中的導體會感應出很高的電動勢。如果防雷裝置與變電站內外電氣設備、電線或其他金屬管道之間的絕緣距離不夠，他們之間會產(chǎn)生放電，稱之為反擊[3]。反擊將會損壞儀器設備，甚至危及人的生命，引起爆炸。</p><p><b>　　2.2.3 感應雷</b></p><p>　　感應雷在

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

27、gt;　　遠方落雷以電磁感應和靜電感應等方式通過高壓輸電線路、低壓電源線路、通信線以及金屬管道等途徑侵入變電站。由于管線相對較長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)象用波傳輸理論來解釋稱作波傳導衰減過程。雷電波在傳輸過程中通過不同參數(shù)的連接線段或線路端點時，波阻抗將發(fā)生變化，產(chǎn)生反射和折射，可導致波阻抗突變處的電壓升高許多，從而加大了對設備的危害。雷擊對低壓系統(tǒng)的耦合侵入方式有電阻耦合過電壓、反擊過電壓、電容耦合過電壓和

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

29、電流水平的下降，對雷電的承受能力也下降；另一方面由于信號來源路徑增多，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接閃器引入到地下進行泄散(外部保護);阻止沿著變電站的線路或信號線引入的過電壓波(內部保護);限制變電站需要保護的設備上浪涌過壓幅值(過電壓保護)。變電所的防雷應做到設備先進、安

30、全可靠維護實驗方便，經(jīng)濟合理。</p><p>　　防止雷電直擊的主要設備有避雷針、避雷線; 防止雷電波沿架空線路侵入電氣設備和變電站內部的主要設備有避雷器等。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物體的金屬支柱，當雷云先導致放電臨近地面時首先擊中接閃器，使被保護物免遭直接雷擊。接閃器由下列各形式之一或任意組合而成：獨立避雷針；直接裝設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；混凝土構件內鋼筋。</p><p>　　2.4.1 避雷針及其單支保護范圍</p><p>　　避雷針的保護原理是當雷云放電時使地面電場畸變，在避雷針的頂端形成局部場

32、強集中的空間，以影響雷閃先導放電的發(fā)展方向，使雷閃對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。避雷針必須高于被保護物體，但避雷針在雷云-大地這個大電場中的影響確實又有限的。雷云在高空隨機漂移，先導放電的開始階段隨機的向地面的任意方向發(fā)展，只有當發(fā)展到距離地面某一高度H后，才會在一定范圍內受到避雷針的影響而對避雷針放電。H稱為定向高度，與避雷針的高度h有關[7]， 如表2-1所示。</p><

33、;p>　　表2-1 避雷針高度與定向高度關系 </p><p>　　圖 2-1單支避雷針的保護范圍</p><p>　　單支避雷針的保護范圍如圖2-1所示。設避雷針的高度為h，被保護物體的高度為hx，避雷針的有效高度ha=h-hx 。在hx的高度上避雷針保護范圍的半徑rx由公式2-1計算。</p><p><b>　?。ü?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，p=1;當30m<h<120m 時，，實際設計中 h>30m，取p=0.98。</p><p>　　從避雷針頂尖向下作45°斜線，此斜體旋轉而成的椎體，構成bx>h/2時的保護范圍。從地平面距離避雷針1.5h向避雷針0.75h高處作連線，

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

36、，而擊于兩針之間單針保護范圍邊緣外側的雷，可能被相鄰避雷針吸引而擊于其上，從而使兩針間保護范圍加大，如圖2-2所示。</p><p>　　2.5雷電浪涌的綜合保護設計</p><p>　　雷擊浪涌的特點是能量很大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，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設備并聯(lián)，以便對超過設備承受能力的浪涌電壓進行吸收或能量轉移。浪涌抑制器件的一個共同特性就是其阻抗在浪涌電壓出現(xiàn)時與沒浪涌電壓時不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對電路的工作沒有影響，而當有很高的浪涌電壓加在它上面時，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，當浪涌電壓出現(xiàn)時迅速導通，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，因此浪涌通過它們時發(fā)生的變化不同。如2-3所示，對浪涌通過這3種器件時的變化進行了比較。</p><p>　　圖2-3 浪涌沖擊通過不同的抑制器件時的電壓波形</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備,電力變壓器繞組各側設防的耐雷可靠性應一致

39、，眾所周知,電力變壓器不論哪一側繞組損壞,變壓器都要停運和修理。因此變壓器繞組各側設防的防雷可靠性應一致。電力變壓器防雷保護的簡繁應根據(jù)容量大小、其防雷措施除了在母線側裝設避雷器外,還必須考慮其中性點的保護?！耙?guī)程”規(guī)定,35kV變壓器中性點一般不需保護,但對110kV且為單進線的變電所,則宜在中性點上加裝避雷器,這些避雷器的額定電壓可按線電壓或相電壓選擇。對變電站避雷器的保護距離進行計算,當母線避雷器到主變壓器的電氣距離大于下列數(shù)據(jù)時

40、,應在變壓器附近增設一組避雷器,所增設的避雷器與變壓器的電氣距離一回應不小于15 m、二回應小于23 m。</p><p>　　圖2-4 變壓器防雷保護接線</p><p>　　如圖2-4所示的變壓器防雷保護接線方式優(yōu)點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，將低壓線圈中性點與外殼相連，這將同時抬高低電壓線圈對地電位，使之處在同一水平線上。此時，低壓

41、線圈必須裝有避雷器保護。</p><p>　　2.7變電站接地裝置設計</p><p>　　在設計和施工時, 避免構架無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一個統(tǒng)一的接地網(wǎng), 以做好防雷保護。接地是防雷的基礎，標準接地方法是采用金屬型材鋪設水平或垂直地極，在腐蝕強烈的地區(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鋼筋做地極，有事半功倍之效[10]。同時,變電站所在的地質情況及土壤電阻率確定了變電所防雷及保護接地網(wǎng)的設計，圖2-5所示是主控室接地網(wǎng)的具體設計方案。</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)控報警系統(tǒng)方案設計</p><

43、;p>　　防雷設施常常人們稱為避雷，指的是使被保護的設備免遭雷擊的意思，然而事實上它們確實引雷上身。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施斷開，當發(fā)生雷擊時再將防雷接地閉合，使避雷針上的電流泄放到大地。</p><p>　　本設計方案對變電站的電子設備進行雷電浪涌的監(jiān)控報警，當發(fā)生雷擊浪涌時，線路電壓會急速升高，通過設計對其線路的電流進行監(jiān)控。當線路的電流量升高到一定量時，系統(tǒng)電

44、路會自動報警，提示有浪涌現(xiàn)象發(fā)生，并啟動驅動電路，開啟避雷系統(tǒng)。</p><p>　　3.1監(jiān)控報警系統(tǒng)整體設計方案</p><p>　　3.1.1 工作原理</p><p>　　雷電浪涌監(jiān)控報警系統(tǒng)是以89C51 單片機為控制核心，采用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器監(jiān)測線路上的電流信息。</p><p>　　首先，傳感器收集的信號送入AD574

45、A中進行A/D轉換，再送至89C51單片機。然后在單片機內進行大小對比，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，并判斷電流大小是否超出報警限度，當電流大小處于正常狀態(tài)時，綠色指示燈長亮；當電流大小超出設定的限定值時，發(fā)出聲音報警并紅色指示燈閃亮。并啟動驅動電路，開啟避雷系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)結構</p><p>　　防雷監(jiān)控報警系統(tǒng)的結構如圖3-1所示，系統(tǒng)以單片機為核心，使用89C5

46、1單片機，選用SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器，利用AD574A轉換器、狀態(tài)指示燈、聲音報警電路和避雷系統(tǒng)驅動電路，開發(fā)了可用于變電所防雷監(jiān)控系統(tǒng)。整個設計由7大部分組成：電流傳感器、A/D轉換電路、89C51單片機、狀態(tài)指示燈電路、聲音報警電路、驅動電路。其中電流傳感器是對線路的電流進行監(jiān)測，轉換電路是將傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉換。</p><p><b>　　圖3-1 結構框圖</b>

47、;</p><p><b>　　3.2單片機的選擇</b></p><p>　　單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，它控制周圍器件的協(xié)調工作，從而完善特定的功能。</p><p>　　89C51單片機采用40引腳雙列直插式DIP，內有128個RAM單元及4K的ROM。89C51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4

48、個8位并行輸入口，如圖3-2所示。89C51內部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調電容外接，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)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應用也很成熟，許多單片機芯片傾力于提高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)成為事實上的單片機主流系列，所以，本次設計選擇89C51單片機。</p><p>　　圖3

49、-2 89C51 引腳圖</p><p>　　3.3 AD574A簡介</p><p>　　AD574A型快速12位逐次比較式A／D轉換器為美國模擬器件公司產(chǎn)品。一次轉換時間為25μs，轉換速率為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。當此引腳輸入為高電平時，12為數(shù)據(jù)并行輸出；當此引腳為低電平時，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。此引腳有兩個功能，一個

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

52、取結果與R/C有關。</p><p>　　STS：狀態(tài)信號。STS=1表示正在進行A/D轉換，STS=0表示轉換已完成。</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：負電源端，VEE=-15～-12V。</p>&l

53、t;p>　　3.4 AD574A 與89C51單片機的接口電路設計</p><p>　　AD574A所有型號都與單片機接口相同。AD574A所有型號都有內部始終電路，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單片機的接口電路</p><p>

54、;　　當AD574A與89C51單片機配置時，由于AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，所以當單片機讀取轉換結果時，應分兩次進行：當A0=0時，讀取高8位；當A0=1時，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換結果。</p><p>　　3.5聲音報警電路設計</p><p>　　聲音報警電路圖如圖3-5所示。報警裝置采用無源電壓式KM3712x型蜂鳴

55、器，它比一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，使用與報警器的報警聲音源。當單片機89C51的28腳（P2.7）置一時，三極管Q1導通，蜂鳴器報警。</p><p>　　圖3-5聲音報警電路圖</p><p>　　3.6狀態(tài)指示燈及控制鍵電路設計</p><p>　　狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖3-6所示。單片機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行狀態(tài)。紅燈閃亮表示線路中電流超過報警限值，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，當電流超過報警限值，報警器會發(fā)出鳴叫，工作人員到達現(xiàn)場，可按下按鍵停止報警器鳴叫。若過一段時間線路電流再次超出報警限值，報警器會再次鳴

57、叫提醒工作人員。</p><p><b>　　3.7驅動電路設計</b></p><p>　　驅動電路圖如圖3-8所示，三極管T5D基級接到單片機的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二極管N4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管T5及干擾其他電路。R7

58、是繼電器的一個指示電路，當繼電器吸合的時候，R7上有電流通過,D4LED燈亮起。</p><p><b>　　圖3-8 驅動電路</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的常開接點，2端子接到繼電器KA的接動點，3端子接到繼電器KA的常閉接點。當繼電器吸合的時候，1端子和2端子接通，相當于開關閉合。&

59、lt;/p><p>　　當89C51單片機的P2.6引腳輸出低電平時，三極管T5飽和導通，+5V電源加到繼電器KA線圈兩端，繼電器KA吸合，繼電器KA的常開觸點閉合，相當于開關閉合。</p><p>　　當89C51單片機的P2.6引腳輸出高電平時，三極管T5截止，繼電器KA線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，繼電器KA的常開觸點釋放，相當于開關斷開。</p><p>

60、　　因為在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)?，繼電器KA線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應電動勢，線圈產(chǎn)生的感應電動勢則可以通過二</p><p>　　極管IN4148釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管D3的保護作用。</p><p>　　3.8 避雷系統(tǒng)的接地控制設計</p><p>　　通過89C51對繼電

61、器進行控制，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>　　當繼電器KA吸合，避雷系統(tǒng)接地控制電路導通，接觸器KM線圈通電吸合，KM常開主觸點及常開輔助觸點閉合，KM自鎖，接地主電路導通。</p><p>　　當

62、按下SB時，接觸器KM失電，銜鐵釋放，KM常開主觸點斷開?？刂崎_關斷開，避雷系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　4總體設計程序流程圖</p><p>　　89C51單片機對電流傳感器信號進行A/D轉換、平均值法濾波、線性化處理后，講電流值與報警限值相比較，判斷是否報警，同時對應指示燈工作。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設置，中斷子程序，使報警器功能更加完善，給工作人員來帶便利。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)開始后，通過對89C51單片機進行程序初始化，設定電流大小的報警范圍，讀取電流控制參數(shù)。然后通過SE1T霍爾閉環(huán)電量傳感器對線路的電流數(shù)據(jù)進行采集，經(jīng)AD547A數(shù)模轉換，把信息傳遞給89C51單片機，單片機對其輸入量進行對比，當電流大小沒有超出報警范圍時，綠色指示燈常亮，然后系統(tǒng)繼續(xù)進行電

64、流數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)。當電流大小超過報警范圍時，KM3712x型蜂鳴器通電，發(fā)出報警聲音，紅色指示燈開始閃爍；同時避雷系統(tǒng)的驅動電路啟動，開啟避雷系統(tǒng)，控制開關閉合。當工作人員按下停止按鈕時，系統(tǒng)重新進入電流數(shù)據(jù)采集步驟，繼續(xù)運行。</p><p><b>　　5 結論</b></p><p>　　本設計方案按照任務書的要求，按照開題報告的目標與流程一步步來實現(xiàn)，本文

65、設計了變電所的防雷監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)設計是基于單片機89C51控制，因為雷電浪涌現(xiàn)象發(fā)生是電子設備線路上的電流會升高，由電流傳感器對其電流進行探測，能迅速檢測出來，監(jiān)控系統(tǒng)能對此進行響應，從而對其相應的做出措施。</p><p>　　這次畢業(yè)設計是我自己一次對大學四年所學習到的知識進行一次回顧過程；也是一次我自己學習專業(yè)知識的過程。過程中常常遇到一些不熟悉的地方，通過自己對知識的復習和對相關資料的查詢，問題逐一得到

66、解決。在此過程中我自己受益匪淺，我相信這次設計的方法和過程將在我今后的學習和工作中產(chǎn)生深遠的影響。</p><p><b>　　6致謝</b></p><p>　　本人在做設計期間，得到了涂老師的精心指導。老師的耐心指導、治學嚴謹、平易近人給我留下深刻的印象。經(jīng)過幾個月的努力和學習終于完成了畢業(yè)論文，要沒有指導老師那是很難完成這個畢業(yè)設計的，在這里我得感謝我的論文指導

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

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