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1、摘 要随着我国配电网自动化的不断发展，对配电网故障的处理提出了更高的要求。断路器作为电力系统保护和控制的终端设备，其可靠性和智能化水平直接影响着电力系统的稳定性和自动化程度。本文采用微机控制方式实现对断路器的控制，从而对10kV配电网的故障和非正常运行状态进行保护。本文研究了线路上造成保护误动作的瞬时性涌流的特点和单相接地故障的特点，分析了目前的选线方法正确率偏低的原因，提出延时加二次谐波制动的涌流识别方案和基于弹簧机构控制器和短信通信技术的小电流选线方案，具体研究了选线的判断依据，提出零序补偿导纳法的单相接地故障选线及定位方案。本设计采用Silicon Laboratories公司的C805
2、1F206芯片作为控制核心，设计的硬件平台主要包括芯片外围电路、电源电路、模拟信号采集电路、开关量和隔离电路、通信接口、面板模块。其中，对弹簧操动机构和永磁操动机构分别设计了分闸控制电路。在软件方面，将C/OS-实时操作系统移植到芯片上，方便用户程序的编写和将来软件的升级。用模块化的结构编写了涌流识别程序、单相接地选线及故障点定位程序、GPRS无线通信程序，并给出了程序的流程图。考虑到户外复杂的电磁环境，在控制器软、硬件设计中，充分考虑可靠性和抗电磁干扰性，提出相应的解决措施。最后，本文根据控制器主要功能设计了弹簧机构驱动功能、中性点不接地单相接地故障选线功能和GPRS通信功能、电磁兼容性能的
3、实验方案，并分析了实验结果。全文完成了控制器的主要硬件电路设计、仿真和相关应用程序和算法程序的编写、调试。实现了设计的主要功能，并通过了功能性实验验证和电磁兼容实验。经过研究和实验结果表明：所研制的控制器设计结构合理，能够满足设计的功能需要，具有高可靠性和实用性的特点。关键词：涌流，小电流接地，GPRS，电磁兼容，C8051F206III AbstractThe Development of Compound Controller in 10kV Lines with Comprehensive ProtectionAbstractAlong with the development of d
4、istribution automation system, more requests have raised in the dealing-with the fault. As the terminating equipment in the power system, the reliability and the intelligent level of the circuit breaker affect the stability and intelligent level of the power system.This paper adopts the microcompute
5、r mode for controlling breaker to protect fault and abnormal status of 10 kV distribution network. This thesis analyzes the characteristic of the instant inrush current which usually makes breakers operate unintentionally and single-phase earth fault. The reason which lines-selection methods at pres
6、ent usually go wrong is analyzed, and the method which uses time and secondary harmonic proportion to identify inrush current and gives the line-selection scheme based on the controller and short message service. It concretely studies the algorithm of the fault line selection, uses zero-sequence com
7、pensated admittance to identify the lines which single-phase grounds and to find the fault point is extracted. The design makes microcontroller C8051F206 of Silicon Laboratories Corporation as central processor. The hard platform mainly includes peripheral interface circuit, power circuit, analog si
8、gnals sampling circuit, I/O and separation circuit, human and machine interface, and communication module. According to the characteristic of working environment at field, it designs opening controlling circuit for spring operation organization and permanent-magnet operation organization. In softwar
9、e, it researches how to turn the developing of RTOS C/OS- on platform as kernel, in order to convenient the software compile and upgrade in future. It compiles the programs including identifying inrush current, the algorithm of line selection and fault point allocation, communication. At the same ti
10、me, it gives the program flow process charts and the steps of resolution on reliability.At last, the paper designs the experiment scheme to validate the main function of the spring operation organization driving, fault line selection, GPRS communication, and EMC, then analyses and compares the resul
11、t.The paper is completed in hardware circuit, emulation, the correlative program and arithmetic and debug. The controller realizes the main function in design. The research and experiment result proves that: the design structure of controller is reasonable and modularized to satisfy the technology r
12、equest. It is good of reliability and practical characteristic.Key Words：Inrush Current，Non-effectively Grounded System，GPRS，EMC，C8051F206目录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题的提出11.2 课题的意义21.3 课题的发展现状31.4 目前故障选线方法原理及评价41.4.1 利用稳态分量实现选线的方法41.4.2 利用暂态分量实现选线的方法61.4.3 利用外施影响法实现选线的方法61.5 论文主要内容7第二章 电流保护的理论分析和
13、依据82.1 涌流的识别82.1.1 变压器励磁涌流的分析82.1.2 实际变压器的涌流仿真分析92.1.3 励磁涌流的鉴别132.2 小电流接地系统单相接地故障分析142.2.1 NUS系统中单相金属性接地故障分析142.2.2 NUS系统经过渡电阻单相接地故障的稳态基波分析172.2.3 NES系统中单相金属性接地故障分析192.3 课题采取的选线及故障定位方法212.3.1 选线方法212.3.2 零序补偿导纳法的原理212.3.3 基于选线结果的故障定位方法252.4 本章小结26第三章 硬件设计273.1控制器的设计思路与功能实现273.2单片机及外围电路设计283.2.1 单片机的
14、选择283.2.2 控制芯片晶振的设计293.2.3 芯片复位电路设计293.2.4 时钟电路设计303.3 电源设计313.4 模拟信号采集323.5 同步采样353.6 隔离电路和开关量电路373.6.1 隔离电路373.6.2 开关量输入电路393.6.3 开关量输出电路393.7 脱扣线圈驱动电路403.8 串口通信413.8.1 GPRS短信通信的实现433.8.2 RS232通信接口设计443.9 面板设计463.10 硬件的电磁兼容设计473.11 本章小结49第四章 C/OS-操作系统和软件设计504.1 控制器软件的整体设计思想504.2 实时操作系统504.2.1 C/OS
15、-操作系统选择及其特点504.2.2 嵌入式移植条件514.2.3 软件开发环境524.2.4 C/OS-的移植内容524.3 用户应用程序设计544.3.1 线路过流、短路和涌流的鉴别程序544.3.2 单相接地故障的选线程序594.3.3 通信子程序634.4 软件的抗干扰措施654.5 本章小结66第五章 系统调试及实验结果675.1 开发板与调试环境675.2 断路器脱扣功能验证实验695.3 电磁兼容实验695.4 NUS系统小电流接地选线功能验证实验715.5 GPRS通讯功能验证实验735.6 本章小结75第六章 结论76参考文献77在学研究成果80致 谢81III 第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题的提出随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对电力需求量越来越大，促使电力事业的不断发展，用户对供电质量和供电可靠性也提出了更高的要求：能够实现不间断供电，即使断电也必须要求断电时间尽可能的短、停电范围尽可能的小。这要求供电系统具有比较高的自动化程度和智能化水平，当电力系统出现一些故障时，系统中的智能保护设备能及时识别故障类型，迅速采取相关措施，防止故障进一步扩大，使整个系统能
