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1、 毕 业 设 计（论 文） 基于单片机的线路保护设计与实现 系系 别别： ：机机电电信息学院信息学院 专专业业名名称：称：电电气工程及其自气工程及其自动动化化 学学生生姓姓名：名： 学学 号：号： 指指导导教教师师姓名、姓名、职职称称： ： 完成日期 2012 年 12 月 14 日 I 论文题目：论文题目：基于单片机的线路保护基于单片机的线路保护设计与实现（设计与实现（硬件硬件） 专专 业：电气工程及其自动化业：电气工程及其自动化 本本 科科 生：生： （签名）（签名） 指导教师：指导教师： （签名）（签名） 摘要 电力作为一种高级、清洁、方便的能源利用形式，正越来越广泛地应用于经济社会的
2、各个方面。电力系统运行的安全性是形成系统威胁的主要问题，然而电力系统中的故障 却是不可避免的。为确保系统安全稳定运行，增强供电的可靠性和连续性，就需要一个 优质的故障诊断分析系统。输电线路，它连接着电源和各种用电设备，实现电能的传输 任务。当输电线路发生短路故障时，短路电流比正常工作电流大许多倍，产生巨大的热 效应和力效应。这不仅危及线路的本身的运行，而且给整个电力系统的安全稳定运行带 来了隐患。本设计对采用单片机构成结构简单，成本低，使用方便的三段式电流保护装 置的硬件结构、软件设计进行了研究，设计了一种基于 AT89S52 单片机的输电线路电流 保护装置。本论文重要包括二大部分的内容。第一
3、部分介绍了微机保护的相关知识；第 二部分为单片机实现线路过流保护的硬件电路设计，包括模拟电流输入、单片机系统、 继电器动作、以及按键和显示电路，并介绍了了 LM324、AD0809、LF398 等芯片。 关键词：单片机；继电保护；电流保护；电流。 研究类型： 应用研究 II Subject: Based on SCM line protection （hardware） Specialty: Electric Engineering and its Automation Name: Liu YongJin (Signature) Instructor: Fu ZhouXing (Signatu
4、re) Abstract Electric power as a senior，clean，convenient energy use form，is widely used in the aspects of economic societyPower system operation safety of the main threat is to form a system problem，however， is the power system fault inevitableTo ensure the safe and stable operation of the system，st
5、rengthen the power supply reliability and continuity，you need a high quality fault diagnosis analysis system Power lines，it connects the power and all kinds of electric equipment，realize power transmission taskWhen the transmission lines happen when the fault than normal working current short circui
6、t current many times, the enormous heating and power effectThis not only endanger lines of the operation itself，and the whole power system for the safe and stable operation of brought hidden troubleThis design by single chip microcomputer constitutes of simple structure，low cost and convenience 3- s
7、ectional current protection device of the hardware structure and software design research，design a kind of 52 single chip microcomputer based on MCS transmission line current protection deviceThis paper includes two most important contentThe first part introduces the microcomputer protection related
8、 knowledge；The second part is the single chip microcomputer transmission line current protection hardware circuit design，the design of the simulation，the input channel and single-chip microcomputer system，switching output channel and the keyboard and show circuit，and introduce LM324，it AD0809，LF398
9、chip，etc. Keywords: Single chip microcomputer；The relay protection；Current protection；current. Type of research: applied research 目录 目录.1 1 绪论1 1.1 选题的目的和意义1 1.2 电力系统继电保护的任务1 1.3 继电保护装置原理和装置的组成2 1.3.1 继电保护的原理.2 1.3.2 继电保护装置的构成.3 1.4 继电保护的基本要求3 1.4.1 选择性.3 1.4.2 速动性.3 1.4.3 灵敏性.4 1.4.4 可靠性.4 1.5 微机保护
10、系统的简介4 1.5.1 继电保护的发展过程.4 1.5.2 微机保护的特点.4 2 输电线路电流保护的原理.6 2.1 三段式保护的基本概述6 2.2 三段式电流保护的整定方式6 2.2.1 电流速断保护（第段）.6 2.2.2 限时电流速断保护（第段）.8 2.2.3 定时限过电流保护（第段）.9 3 单片机实现输电线路电流保护的硬件总体设计11 3.1 系统的基本结构11 3.2 硬件设计中器件的选择11 3.3 单片机的简介12 3.3.1 单片机的定义.12 3.3.2 单片机主系统介绍.13 4 硬件设计各部分详解.16 4.1 单片机主系统设计16 4.1.1 单片机最小应用系统
11、的设计.16 4.1.2 复位电路.17 4.1.3 晶振电路.18 4.1.4 8501 电路连接图.19 4.2 直流电源电路设计19 4.3 电流形成电路设计20 4.4 信号调理的流程设计20 4.5 采样保持的设计.23 4.6 模数转换的设计24 4.6.1 模数转换电路的设计.24 4.6.2 ACD0809 的引脚和功能.25 4.6.3 ADC0809 的电路连接线.26 4.7 LED 数码显示器的设计 27 4.7.1 LED 数码显示器的结构和原理 .27 4.7.2 LED 动态显示方式 .28 4.7.3 LED 数码显示器的连接线 .28 4.8 单片机保护的抗干
12、扰措施29 5 总结与展望.30 5.1 实验完成结果总结30 5.2 设计中所遇到的问题及解决方法30 5.3 展望.31 附录.32 附录一 硬件系统总体实物照片.32 附录二 各个硬件电路实物照片.33 致谢.35 参考文献.36 1 1 绪论 1.1 选题的目的和意义 单片机是采用超大规模集成电路技术，在一个芯片上集成了 CPU、储存器和 IO 接口 三部分而形成的一个单片微计算机系统。现在可以说单片机是百花齐放的时期，世界上 各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有， 它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的
13、发展过程， 可以预示单片机的发展趋势。 单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。它在应用方面，目前已用于工业控制、 机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及 家用电器等各个领域，它改变了我们生活。就从我们生活来看，从导弹的导航装置，到 飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控 制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开 单片机，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。 最早出现的继电保护装置是熔断器，后来发展为电磁型过流继电器，随着科技的发 展，又出现了高频保护装置，从元件、
14、材料等方面来说，它经历了从电磁式保护装置到 晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。 当今，电力系统及广大用户对电网系统的继电保护技术提出了更高的要求，国内外 继电保护技术正朝着网络化、计算机化、测量、控制、保护、数据通信一体化和人工智 能化的方向发展，这对继电保护工作者提出了更加艰巨的任务，特别是对大型企业复杂 厂区电网继电保护可靠性及智能化的研究尤为重要。 继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据 通信一体化发展。 单片机实现的路保护装置护及成具有着常规保护所无法比拟的高可靠性。例如,，采 用了与高压线路保护类似的数据采集系统和高
15、性能单片机构成的双系统， 变压器主保护与变压器各侧的后备保护分别采用不同的完成保护功能。在毕业设 计的整个过程中，我们将会学习如何将单片机应用到线路保护中，这样做的好处以及它 相对于其他同类产品的优点。这也将对于我们所学习的理论知识有更加透彻的理解。 本课题以线路保护为研究对象，通过对三段式电流保护原理进行的研究，对线路保 护进行理论分析，基于单片机进行硬件设计，实现线路的 III 段式电流保护的检测、快速 处理和报警。这样将会给我们的生活很多方面带来便捷。 1.2 电力系统继电保护的任务 2 电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业。它与国家的兴盛和人民的安康有 着密切的关系，因此，电力产
16、品应该是安全、可靠、经济、优质的能源产品。 随着国民 经济的飞速发展，电力系统的规模越来越复杂。在整个电力生产过程中，由于人为因素 或大自然的原因，会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。一旦发生故障即会 产生如下后果： 1.数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧使故障设备烧坏，烧毁。 2.短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力作用，使设备受到机械 损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。 3.电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。 4.破坏电力系统各发电厂之间并行运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统 瓦解瘫痪。 对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些预防措施，如提高设备 质量，增加可靠性和延长使用寿命。而从运行管理角度出发，应提高
