单片机在变压器三备一系统中的应用

汪 涛

（国家新闻出版广电总局724台，陕西 岐山 722400）

0 引 言

DX600发射机原机使用三台美国OLSUN公司10 kV/205 V干式变电器，对3个PB分别提供独立功率电源.美国公司生产的主用变压器引进已运行近15年，当夏季高温气候时，铁芯最高温度可达170 ℃，如果出现故障，可能无法在短期内正常给PB单元提供电源。经过参数参考对比后，选择增加一台昆明赛格迈的10 kV/205 V容量500 kVA干式变压器做为备份主用变压器电源，设计安装成一套三备一切换装置，可对将原3台美国干式变电器中任意某一台故障时进行快速切换使用。

1 备用变压器与刀开关的安装

独立设计制作三套HS13-1500V/31BX刀开关。该刀开关属于刀形转换开关，采取中央杠杆操作机构式，配备有灭弧装置，额定工作电压为380 VAC，额定工作电流达到1 500 A。在PB1、PB2、PB3变压器的顶部平行安装固定好三套HS13-1500V/31BX刀开关，一个变压器对应一套刀开关。每套刀开关有左右各一组三端接口，将每一组的三端接口分为A、B、C三端，将三套刀开关相同一侧定为公共侧，将三套刀开关的公共侧的A端用铜排串联，同理将B、C端用铜排串联（三根铜排套上高压绝缘热缩管）。串联好的A、B、C三根铜排依次用大电流电缆接在备用变压器的次级输出端A、B、C三相上。三套刀开关的另外一侧的三端分别用大电流电缆与对应的变压器的次级A、B、C三相连接。PB1、PB2、PB3输出的125 VDC电源，通过三个单相双掷开关KA、KB、KC与备用变压器进行切换；PB1、PB2、PB3输出的三相205 VAC电源，通过三套三相双掷开关K1、K2、K3与备用变压器进行切换，如图1所示。

该安装设计方案很好地解决了用一台备用变压器对任意三台主用变压器进行备份切换，实现了快速切换的目的，但存在隐患，即有可能有两台或两台以上的主用变压器都切换到备用变压器上工作，会就对备用变压器造成极大负荷，损坏备用变压器。

2 译码电路告警与控制

告警电路可以采用数字电路74LS138组成一个3线8线译码，通过地址端接三个触动开关进行模式筛选，原理如图2所示。当S1、S2或S3中有合上的开关时，说明有对应的变压器切换到了备用变压器工作。当出现非正常工作模式时，如S1与S2同时切换到合的位置，说明PB1与PB2同时使用了备用变压器，则Y5（10脚）输出低电平，使U2的10脚输出高电平，触发告警器报警，同时DS1与DS3都亮起红灯，指示报警的位置。

此电路原理简单，制作方便，可以采用单片机方式设计告警控制电路，同样可以起到告警的作用，还可以对告警有所升级。

3 单片机告警控制电路

控制芯片采用89C52，是INTEL公司MCS-51系列单片机中的基本产品。它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术以及CMOS的低功耗特征，基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多功能。89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）、32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构、一个全双工串行通信口和片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。空闲模式下，冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其他功能[1]。根据单片机特性，设计时序控制原理图如图3所示。

图1 三备一刀开关安装原理图

图2 74LS138告警控制原理图

图3 单片机告警控制原理图

89C52的P0端口设置为状态输入口，把S1、S2、S3的开关信息转换成P0.0、P0.1、P0.2的高低电平信号；P1.0到P1.5做为状态输入信号，控制6只发光二极管，其中3只红色3只绿色，红色代表工作在备份变压器状态，绿色代表工作在主用变压器状态；P3.3做为非正常工作模式告警信号；S4作为单片机复位按钮，通过编程实时读取P0.0～P0.2的状态信号。当三个电平为全高电平时，DS1、DS3、DS5三只绿色二极管亮起，表示三个PB都工作在主用变压器状态；当只有PB1启用备用变压器时，S1被合上，P0.0端口监测到低电平，使P1.0低电平DS1灭，使P1.1输出高电平，则DS2（红）指示灯亮，同时在P3.3端口输出1.5 s的1 kHz频率的信号，推动无源峰呜器DEEP产生一个特定的声音持续1.5 s的时间；当只有PB2启用备用变压器时，S2被合上，P0.1端口监测到低电平，使P1.2低电平DS3灭，使P1.3输出高电平，则DS4（红）指示灯亮，同时在P3.3端口输出1.5 s的2 kHz频率的信号，推动无源峰呜器DEEP产生一个特定的声音持续1.5 s的时间；当只有PB3启用备用变压器时，S3被合上，P0.2端口监测到低电平，使P1.4低电平DS5灭，使P1.5输出高电平，则DS6（红）指示灯亮，同时在P3.3端口输出1.5 s的3 kHz频率的信号，推动无源峰呜器DEEP产生一个特定的声音持续1.5 s的时间。

当有两个PB或两个以上PB都切换到了备用变压器时，监测到P0.0到P0.2端口上有两个或两个以上的低电平时，对应的指示电路如图3不变。在P3.3端口产生一个对应特定声音后，会紧接着增加一个持续的1.5 kHz频率的声音信号，用以提示工作在错误模式下。直到切换到允许的工作模式时，持续的1.5 kHz频率的声音信号才会被中断。

4 单片机电路与译码电路的比较

采用89C52单片机设计的告警电路与采用74LS138译码器设计的告警电路同时满足变压器三备一告警电路的设计要求。74LS138译码电路设计思路简单清晰，电路制片简单；单片机电路设计也很简单，同时丰富了电路功能，加入了生动的声音识别，用户不仅可以直观从指示上知道操作的位置，而且可以通过声音进行识别；采用单片机电路设计还可增加简单的通信电路，实现与计算机的连接，扩展远程监控系统，方便值班人员实时了解设备的工作。

5 结 论

单片机在现代生活中不断应用与加强，不仅解决了许多技术问题，还提升了应用，减轻了人们的工作强度。充分应用单片机电路来实现变压器三备一告警电路，解决了现阶段电路工作非正常模式下的告警功能，也为远程监控提供了最好的解决方案，使DX-600发射机主变压器系统在突发故障时能采用最快、最经济的方式实现备设备份切换，同时完善告警保护电路，避免切换过程中忙中出错而发生事故，有利地保障了发射机的安全有效输出。

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