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1、山东科技大学学士学位论文 摘要 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 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，
2、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1山东科技大学学士论文 10kV馈电线路微机保护ABSTRACT This thesis mainly discusses the research on the development of microcomputer measuring and protection device for ten kilovo
3、lt transmission line based on AT89C51 platform. Firstly, it analyses the protection theory of ten kilovolt transmission line based on the reference to a lot of articles and data, and promotes the stable and reliable judge based on three stage current protection. This paper introduces the hardware, p
4、rotection unit, the structural characteristics and the software realization method . In the hardware design, conducts in-depth research and design, and it includes a processor module, analog acquisition module, an opening-inserting opening-excluding module, man-machine interface module, communicatio
5、n module and power module The paper details analysis of each module in design and implementation. In software design using three sample value is the product of the algorithm. Finally, at the conclusion of the paper covers the research and development of work put forward, bases on the next work direc
6、tion .Keywords : Microcomputer protection Hardware design Three phase current protection1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31.3 10kV线路微机保护的功能41.4研究本课题的意义51.5论文的结构及安排52 10kV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172.3 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
7、334.2 微机保护软件流程图365. 工作结论和展望415.1工作总结415.2 工作展望41参考文献43致 谢45附录I46外文翻译46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1 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Sampling Technique applied to derivation Letter的文章。1967年澳大利亚新南威尔士大学
8、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
9、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： 以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置。 以多个8
10、位单片机组成的多微机系统。 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
11、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，触点可能接触不良，模拟式静态
12、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。前两者逻辑依赖电路实现，不符合人的思维逻辑，而且从硬件上看环节多，易出错，不可靠。
13、而在微机继电保护中功能均由软件完成，程序语句表达的逻辑完全符合人的思维，十分自然简单。一般错误均能在程序调试和动模试验中发现，并得以纠正。所以无论保护如何复杂，许多功能之间的复杂逻辑关系都编制在一个程序之中，都能正确反映设计思想，不会出错，并且程序被正确地复制到成批生产的各套保护装置之中。（3）维护调试方便。由于微机保护装置的硬件结构原理大致相同，各种复杂的功能是通过软件来实现的，所以也可以编制相应的软件来简化调试工作。而且微机保护装置大都具有自诊断功能，一旦发现异常会自动报警，所以只要装置没有报警，就可认为装置是完好的，从而大大减轻运行维护的工作量。（4）易于获得附加功能。应用微处理器后，如
14、果配置打印机，或者其它显示设备，就可以在系统发生故障后提供多种信息。（5）灵活性大。由于微机保护装置的特性主要由软件决定，因此只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，所以能灵活地适应电力系统运行方式的变化。（6）保护性能得到很好改善。由于微机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题可找到新的解决方法。 当然，与传统的模拟式保护相比，微机保护也存在不少缺点，如：与传统的保护有根本性的背离；对硬件和软件都要求高度可靠；硬件很快变成过时等。1.3 10kV线路微机保护的功能 10kV线路微机保护主要完成以下功能： （1）监视的功能：实时测量、显示10kV馈电线路电压、电流等主要参数，一旦参数有异常，立即发出报警功能。 （2）继电保护的功能：根据10kV馈电线路的特点，设置相应的保护方式。（3）具有就地整定保护定值的功能。（4）具有掉电保护重要数据的功能。对于一些重要的保护定值等参数，当系统出现故障重新上电时，应能够保持原来的数据，也就是必须有掉电保护的功能。（5）通信功能。自行选择先进高效的通讯技术，能实现与上位机及时、准确的传送报警数据，同时能接收上位机发送的控制命令。1.4研究本课题的意
