單片機(jī)在變壓器三備一系統(tǒng)中的應(yīng)用

汪 濤

（國家新聞出版廣電總局724臺，陜西 岐山 722400）

0 引 言

DX600發(fā)射機(jī)原機(jī)使用三臺美國OLSUN公司10 kV/205 V干式變電器，對3個PB分別提供獨(dú)立功率電源.美國公司生產(chǎn)的主用變壓器引進(jìn)已運(yùn)行近15年，當(dāng)夏季高溫氣候時，鐵芯最高溫度可達(dá)170 ℃，如果出現(xiàn)故障，可能無法在短期內(nèi)正常給PB單元提供電源。經(jīng)過參數(shù)參考對比后，選擇增加一臺昆明賽格邁的10 kV/205 V容量500 kVA干式變壓器做為備份主用變壓器電源，設(shè)計安裝成一套三備一切換裝置，可對將原3臺美國干式變電器中任意某一臺故障時進(jìn)行快速切換使用。

1 備用變壓器與刀開關(guān)的安裝

獨(dú)立設(shè)計制作三套HS13-1500V/31BX刀開關(guān)。該刀開關(guān)屬于刀形轉(zhuǎn)換開關(guān)，采取中央杠桿操作機(jī)構(gòu)式，配備有滅弧裝置，額定工作電壓為380 VAC，額定工作電流達(dá)到1 500 A。在PB1、PB2、PB3變壓器的頂部平行安裝固定好三套HS13-1500V/31BX刀開關(guān)，一個變壓器對應(yīng)一套刀開關(guān)。每套刀開關(guān)有左右各一組三端接口，將每一組的三端接口分為A、B、C三端，將三套刀開關(guān)相同一側(cè)定為公共側(cè)，將三套刀開關(guān)的公共側(cè)的A端用銅排串聯(lián)，同理將B、C端用銅排串聯(lián)（三根銅排套上高壓絕緣熱縮管）。串聯(lián)好的A、B、C三根銅排依次用大電流電纜接在備用變壓器的次級輸出端A、B、C三相上。三套刀開關(guān)的另外一側(cè)的三端分別用大電流電纜與對應(yīng)的變壓器的次級A、B、C三相連接。PB1、PB2、PB3輸出的125 VDC電源，通過三個單相雙擲開關(guān)KA、KB、KC與備用變壓器進(jìn)行切換；PB1、PB2、PB3輸出的三相205 VAC電源，通過三套三相雙擲開關(guān)K1、K2、K3與備用變壓器進(jìn)行切換，如圖1所示。

該安裝設(shè)計方案很好地解決了用一臺備用變壓器對任意三臺主用變壓器進(jìn)行備份切換，實(shí)現(xiàn)了快速切換的目的，但存在隱患，即有可能有兩臺或兩臺以上的主用變壓器都切換到備用變壓器上工作，會就對備用變壓器造成極大負(fù)荷，損壞備用變壓器。

2 譯碼電路告警與控制

告警電路可以采用數(shù)字電路74LS138組成一個3線8線譯碼，通過地址端接三個觸動開關(guān)進(jìn)行模式篩選，原理如圖2所示。當(dāng)S1、S2或S3中有合上的開關(guān)時，說明有對應(yīng)的變壓器切換到了備用變壓器工作。當(dāng)出現(xiàn)非正常工作模式時，如S1與S2同時切換到合的位置，說明PB1與PB2同時使用了備用變壓器，則Y5（10腳）輸出低電平，使U2的10腳輸出高電平，觸發(fā)告警器報警，同時DS1與DS3都亮起紅燈，指示報警的位置。

此電路原理簡單，制作方便，可以采用單片機(jī)方式設(shè)計告警控制電路，同樣可以起到告警的作用，還可以對告警有所升級。

3 單片機(jī)告警控制電路

控制芯片采用89C52，是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的基本產(chǎn)品。它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)以及CMOS的低功耗特征，基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多功能。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）、32個雙向輸入/輸出（I/O）口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全雙工串行通信口和片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。空閑模式下，凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其他功能[1]。根據(jù)單片機(jī)特性，設(shè)計時序控制原理圖如圖3所示。

圖1 三備一刀開關(guān)安裝原理圖

圖2 74LS138告警控制原理圖

圖3 單片機(jī)告警控制原理圖

89C52的P0端口設(shè)置為狀態(tài)輸入口，把S1、S2、S3的開關(guān)信息轉(zhuǎn)換成P0.0、P0.1、P0.2的高低電平信號；P1.0到P1.5做為狀態(tài)輸入信號，控制6只發(fā)光二極管，其中3只紅色3只綠色，紅色代表工作在備份變壓器狀態(tài)，綠色代表工作在主用變壓器狀態(tài)；P3.3做為非正常工作模式告警信號；S4作為單片機(jī)復(fù)位按鈕，通過編程實(shí)時讀取P0.0～P0.2的狀態(tài)信號。當(dāng)三個電平為全高電平時，DS1、DS3、DS5三只綠色二極管亮起，表示三個PB都工作在主用變壓器狀態(tài)；當(dāng)只有PB1啟用備用變壓器時，S1被合上，P0.0端口監(jiān)測到低電平，使P1.0低電平DS1滅，使P1.1輸出高電平，則DS2（紅）指示燈亮，同時在P3.3端口輸出1.5 s的1 kHz頻率的信號，推動無源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個特定的聲音持續(xù)1.5 s的時間；當(dāng)只有PB2啟用備用變壓器時，S2被合上，P0.1端口監(jiān)測到低電平，使P1.2低電平DS3滅，使P1.3輸出高電平，則DS4（紅）指示燈亮，同時在P3.3端口輸出1.5 s的2 kHz頻率的信號，推動無源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個特定的聲音持續(xù)1.5 s的時間；當(dāng)只有PB3啟用備用變壓器時，S3被合上，P0.2端口監(jiān)測到低電平，使P1.4低電平DS5滅，使P1.5輸出高電平，則DS6（紅）指示燈亮，同時在P3.3端口輸出1.5 s的3 kHz頻率的信號，推動無源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個特定的聲音持續(xù)1.5 s的時間。

當(dāng)有兩個PB或兩個以上PB都切換到了備用變壓器時，監(jiān)測到P0.0到P0.2端口上有兩個或兩個以上的低電平時，對應(yīng)的指示電路如圖3不變。在P3.3端口產(chǎn)生一個對應(yīng)特定聲音后，會緊接著增加一個持續(xù)的1.5 kHz頻率的聲音信號，用以提示工作在錯誤模式下。直到切換到允許的工作模式時，持續(xù)的1.5 kHz頻率的聲音信號才會被中斷。

4 單片機(jī)電路與譯碼電路的比較

采用89C52單片機(jī)設(shè)計的告警電路與采用74LS138譯碼器設(shè)計的告警電路同時滿足變壓器三備一告警電路的設(shè)計要求。74LS138譯碼電路設(shè)計思路簡單清晰，電路制片簡單；單片機(jī)電路設(shè)計也很簡單，同時豐富了電路功能，加入了生動的聲音識別，用戶不僅可以直觀從指示上知道操作的位置，而且可以通過聲音進(jìn)行識別；采用單片機(jī)電路設(shè)計還可增加簡單的通信電路，實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)的連接，擴(kuò)展遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，方便值班人員實(shí)時了解設(shè)備的工作。

5 結(jié) 論

單片機(jī)在現(xiàn)代生活中不斷應(yīng)用與加強(qiáng)，不僅解決了許多技術(shù)問題，還提升了應(yīng)用，減輕了人們的工作強(qiáng)度。充分應(yīng)用單片機(jī)電路來實(shí)現(xiàn)變壓器三備一告警電路，解決了現(xiàn)階段電路工作非正常模式下的告警功能，也為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了最好的解決方案，使DX-600發(fā)射機(jī)主變壓器系統(tǒng)在突發(fā)故障時能采用最快、最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)備設(shè)備份切換，同時完善告警保護(hù)電路，避免切換過程中忙中出錯而發(fā)生事故，有利地保障了發(fā)射機(jī)的安全有效輸出。

[1] 百 度 文 庫 .89C52 介 紹 [EB/OL].（2012-12-01）[2017-12-09].https://wenku.baidu.com/view/f57dac67b84ae45c3b358c77.html.