10kV馈电线路微机保护

山东科技大学本科毕业设计（论文）报告题目10kV馈电线路微机保护系统的设计学院名称信息与电气工程学院专业班级电气工程及其自动化2008-1学生姓名董营学号200801100104指导教师吴娜山东科技大学学士学位论文摘要摘要本文研究了以AT89C51为核心的线路微机保护系统的开发，包括保护原理的探讨、装置硬件的设计和软件系统的开发。在参阅了大量文献资料的基础上，文中对电力系统10kV线路保护的原理进行了分析和总结，选取了以三段式电流保护为主的稳定可靠的保护判据。本文介绍了保护单元的硬件组成、结构特点，以及软件实现方法。在装置硬件设计方面，进行了深入的研究和设计，包括处理器模块、模拟量采集模块、开入开出模块、人机接口模块、通信模块及电源模块等。论文详细分析了各模块的设计和实现。在软件设计方面采用了三采样值乘积算法。最后，在总结论文涵盖的研发工作的基础上，提出了下一步工作方向。关键词：微机保护硬件设计三段式电流保护山东科技大学学士学位论文ABSTRACTABSTRACTThisthesismainlydiscussestheresearchonthedevelopmentofmicrocomputermeasuringandprotectiondevicefortenkilovolttransmissionlinebasedonAT89C51platform.Firstly,itanalysestheprotectiontheoryoftenkilovolttransmissionlinebasedonthereferencetoalotofarticlesanddata,andpromotesthestableandreliablejudgebasedonthreestagecurrentprotection.Thispaperintroducesthehardware,protectionunit,thestructuralcharacteristicsandthesoftwarerealizationmethod.Inthehardwaredesign,conductsin-depthresearchanddesign,anditincludesaprocessormodule,analogacquisitionmodule,anopening-insertingopening-excludingmodule,man-machineinterfacemodule,communicationmoduleandpowermoduleThepaperdetailsanalysisofeachmoduleindesignandimplementation.Insoftwaredesignusingthreesamplevalueistheproductofthealgorithm.Finally,attheconclusionofthepapercoverstheresearchanddevelopmentofworkputforward,basesonthenextworkdirection.Keywords:MicrocomputerprotectionHardwaredesignThreephasecurrentprotection山东科技大学学士学位论文目录目录1绪论...............................................11.1微机保护的概述.........................................11.2微机保护装置的特点............................................................................21.310kV线路微机保护的功能..................................................................41.4研究本课题的意义................................................................................41.5论文的结构及安排................................................................................5210kV线路保护原理分析..............................62.1三段式电流保护...................................................................................62.2三相一次重合闸.................................................................................162.3零序保护.............................................................................................183微机保护装置硬件设计..............................193.1概述......................................................................................................193.2硬件总体结构.....................................................................................193.3各个模块的设计与实现......................................................................204.微机保护的软件设计...............................334.1微机保护的算法.................................................................................334.2微机保护软件流程图.........................................................................355.工作结论和展望...................................405.1工作总结..............................................................................................405.2工作展望.............................................................................................40参考文献............................................42山东科技大学学士学位论文目录致谢...............................................44附录I..............................................45外文翻译....................................................................................................45附录II电路总图1：模拟量输入部分电路总图2：单片机连接模块山东科技大学学士学位论文绪论11绪论1.1微机保护的概述继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用[1]。早在1965年，英国剑桥大学的P.G.Mclamr及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想，并发表《SamplingTechniqueappliedtoderivationLetter》的文章。1967年澳大利亚新南威尔士大学的L.F.Morrison预测了输电线路计算机控制的前景[2]。1969年美国西屋公司与GE公司合作研制成功一套输电线路的计算机保护装置。这是世界上第一套比较完整的用于现场的计算机保护装置，它具备了计算机保护的基本组成部分。但由于当时微型机尚未出现，因此该保护装置是由一台小型计算机实现的。在整个70年代，各国的专家学者围绕算法理论作了大量的工作，为计算机继电保护的发展奠定了比较完整和牢固的基础。经过80年代的继续努力，现在计算机保护的算法己比较完善和成熟。70年代中期出现了单片微型计算机，微处理器和单片机的出现使计算机应用于电力系统继电保护更加成为现实。1979年，国际电子电气工程师学会教育委员会组织了一次世界性的计算机继电保护研修班，对20世纪70年代以来的计算机保护的研究成果进行了总结和交流。到20世纪80年代中期计算机保护在电力系统中获得了广泛的应用。在我国，计算机继电保护技术的研究和开发起步比较晚，比先进国家大约延后10年。国内自1979年开始微机继电保护的研究工作，首先在各高校和一些科研单位开展了微机保护的研究工作，1984年4月，华北电力大学研究的以MC6809CPU构成的MDP-1型微机线路保护装置在山东科技大学学士学位论文绪论2河北某电厂投入运行，这是我国研究成功的第一套微机线路保护装置[3]。我国微机保护的发展从硬件上看大体可分为三个阶段[4]：①以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置。②以多个8位单片机组成的多微机系统。③以16位单片机组成的多微机系统。由于我国继电保护工作者的努力，从20世纪80年代中期开始，到目前为止，经过近20年左右的奋斗，计算机继电保护—特别是输电线路的微机保护己达到了大量采用的程度。输电线路的微机保护从用于500kV系统的保护装置到用于10kV线路的微机保护装置均有相应得产品，近年来，发电机、变压器以及大型发电机变压器组和母线的微机保护也相继研究成功，己投入使用。据2001年全国电力系统继电保护动作情况的统计数据，2001年我国220kV以上电网的继电保护动的正确动作率达到了99.13%，元件保护的正确动作率达到了9.03%。这些成果无疑与微机保护的成功应用分不开。1.2微机保护装置的特点传统的模拟式保护是根据电力系统中的模拟量电流、电压等工作的，即将模拟量与装置中给定的机械量（如弹簧力矩）或电气量（门槛电压）进行比较和逻辑运算而构成的保护。而微机保护是根据数字量工作的，即将代表电力系统工作状态的模拟量（电流、电压）经采样、编码变为数字量后，输入到微机进行分析、计算、判断，从而构成保护。微机保护在发展过程中继承、借鉴了模拟式继电保护的成熟经验，并利用微机的优越性能把继电保护技术推向前进。实践证明微机保护的性能显著优于传统的继电保护。微机保护主要有以下特点[5]：（1）性能稳定、可靠性高。机械型继电器的运动机构可能失灵，触山东科技大学学士学位论文绪论3点可能接触不良，模拟式静态继电器的元器件可能有故障，而微机保护中的功能是由软件实现的，没有上述缺陷。批量生产的保护装置程序相同，各功能的特性一致，不受温度等条件的影响，所以性能稳定。而且微机保护装置在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动。另外它还有自诊断能力，能够自动监测出本身软硬件的异常并报警，因而大大提高了装置的可靠性。（2）逻辑判断清除、正确。机械型保护由触点构成逻辑回路，模拟式静态保护由门电路构成逻辑回路，微机继电保护中主要由程序作逻辑判断。前两者