





























本身具有的复杂功能和逻辑,使微机保护在输电线路保护这领域获得了广泛应用。
研究的目的和意义继电保护装置是任何电力系统必不可少的组成部分,研制开发套切合实际的微机继电保护装置,对保证系统安全运行保证电能质量防止故障的扩大和故障的发生,有作极其重要的作用。
由于输电线路保护在继电保护中具有重要地位,且随着超高压长距离输电线路的发展,对输电线路保护的功能提出了更新更高的要求,加之输电线路保护本身具有复杂功能和逻辑,使微机保护在输电线路保护这领域获得了广泛应用。
目前国内外应用于微机保护的处理器有单片机和嵌入式的处理器。
其中,由于其独特的算法处理功能而在最近的国内外市场上占有主导地位。
单片机是通过大规模集成电路技术将等封装在个芯片中,具有接口设计简单可靠性高低功耗和性价比高的特点,从最初的位单片机到位位单片机的保护设计从最初的单到现在的多,都在电力系统微机保护中得到了广泛的应用。
总的来说,用单片机实现微机保护系统有以下几个优点单片机价格低廉,接电路设计简单,扩展外围电路比较容易。
单片机主要面向控制领域,抗干扰能力强,可靠性比较高。
单片机技术基本已经成熟,可参考的例子和资料非常多,可以缩短开发周期。
这个题目可以让我了解继电保护的相关知识,并把课程中所学的单片机技术,汇编语言编程,工厂供电等相关知识学以致用。
这也是大学生毕业前的关键环节。
国内外发展情况微机型继电保护技术未来趋势是向计算机化网络化智能化及保护控制测量和数据通讯体化发展。
电力系统对机电保护及其自动装置的要求不断提高,除了装置本身的基本功能外,还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间快速的数据处理能力强大的通讯能力,具有与其他继电保护及其自动装置和调度联网共享信息和网络资源的能力。
为了保证系统的安全稳定运行,这就要求各个继电保护及其自动装置共享全系统的运行和故障信息数据,各个继电保护及其自动装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作,确保系统的安全稳定运行。
实现这种功能的基本条件是将全系统继电保护及其自动装置用计算机网络连接起来,即实现继电保护及其自动装置的网络化。
在实现继电保护及其自动装置的计算机化和网络化的条件下,继电保护及其自动装置可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也可将自身获得的信息和数据传送给网络控制中心或任何终端。
这样每个继电保护及其自动装置不但可以完成自身的基本功能,而且在无故障正常运行情况下完成测量控制数据通讯功能,即可实现保护控制测量数据通讯体化。
早在年,英国剑桥大学的及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想,并发表了的文章。
年澳大利亚新南威尔士大学的预测了输电线路计算机控制的前景。
年美国西屋公司与公司合作研制成功套输电线路的计算机保护装置。
这是世界上第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台小重庆大学工程硕士学位论文绪论型计算机实现的。
在整个年代,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。
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。
年,国际电子电气工程师学会教育委员会组织了次世界性的计算机继电保护研修班,对世纪年代以来的计算机保护的研究成果进行了总结和交流。
到世纪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年。
国内自年开始微机继电保护的研究工作,首先在各高校和些科研单位开展了微机保护的研究工作,年月,华北电力大学研究的以构成的型微机线路保护装置在河北电厂投入运行,这是我国研究成功的第套微机线路保护装置。
我国微机保护的发展从硬件上看大体可分为三个阶段以单的位微处理器构成的微机保护装置。
以多个位单片机组成的多微机系统。
以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,从世纪年代中期开始,到目前为止,经过近年左右的奋因数角可通过下式计算从而得到电网的功率因数。
采集电路数据采集系统由采样保持器,多路开关和转换器所组成。
为简化电路的硬件结构,本设计采用模数转换器对采到的数据进行数字滤波,并计算有效值。
有十路模拟输入通道,它将多路开关采样保持位转换,基准电源,内部时钟等集成于个芯片内,大大提高了集成性与可靠性,此部分电路将信号输入电路传来的信号进行变换,将模拟输入量变成数字量,送给单片机进行处理。
图的接口电路输出及报警电路开关量输出电路开关量输出包含合闸信号跳闸信号以及报警信号等。
开关量输出采用固态继电器来实现,首先通过单片机驱动光电耦合器件,然后光耦器件导通继电器的控制电源,由继电器空节点输出开关信号。
开关量输出电路具有重要的地位。
因为在微机保护装置中,所有的保护功能最终是通过开关量输出部分来控制继电器动作,驱动断路器跳闸或发出告警信号。
因此,开关量输出电路的可靠性直接反映了继电保护装置的可靠性。
图开关量输出电路图中的为固态继电器,固态继电器是由微电子电路,分立电子器件,电力电子功率器件组成的无触点开关。
用隔离器实现了控制端与负载端的隔离。
固态继电器的输入端用微小的控制信号,达到直接驱动大电流负载。
本设计采用上海固态继电器,额定电压为,此固态继电器与单片机的口相连,达到控制继电器开关量输出的目的。
报警电路图声光报警电路光报警器件的发光器件常用发光二极管。
因为发光二极管不仅耗电小,而且有多种颜色可供选择,便于用闪光颜色区分不同报警信息。
本次设计通过发光二极管,个蜂鸣器进行报警。
当输电线路上发生故障,单片机通过内部保护判据判断继电器是否跳闸,如果继电器动作,则启动报警电路。
键盘电路图键盘电路从图中可以看出,键盘电路采用的是个式的按键,分别接到单片机的口,当按键按下时,相应的口被拉为低电平,当按键松开时,口被拉为高电平。
另外,按键也通过的上拉电阻接到电源上,即在按键不被按下的时候提供高电平。
因为考虑到普通的按键去抖动效果不理想,按键选择的是欧姆龙公司的按键开关,实践证明,这种按键去抖动效果很好,不会引起误操作。
个按键的功能分别为光标横向移动按次横向右移动光标位,至最右端时返回至本行的最左端。
光标纵向移动按次纵向下移动光标位,至最下端时返回至本列的最上端。
循环翻屏键按次翻屏次,至最后屏返回至第屏。
整定值数字调整键整定值的输入键,每按次,光标对应的数字位数字加,至时再变为。
确定键定值输入完后,按确定键,将定值送入中。
返回键在任何情况下按此键都可进入主菜单界面。
显示电路图显示电路显示电路采用串口控制,的和角分别于单片机的和口相连。
由于此款为串行口控制,所以只需连接个管脚即可正常工作。
显示主菜单包括采样输入定值设置以及其他。
通讯电路图通讯电路的通讯接口是由芯片构成,通讯方式上采用了半双工方式,即指令和数据的传送都采用应答方式,通讯接口实行光电隔离。
它使通讯总线上的节点之间没有电气上的连接,提高了各个节点工作的可靠性旦个节点出现故障,避免整个系统陷入瘫痪。
常用的光电隔离方法是将的通过光电隔离电路连接芯片的引脚,控制信号同样经光电隔离电路去控制芯片的和引脚。
供电电源微处理器供电电路设计中采用为微处理器供电,其原理图如图所示图微处理器供电电路整流二极管耐压反向击穿电压应该在变压器的次级电压的倍以上,即留有余量。
耐流值等于变压器的次级电流。
为稳压器件。
而输出电容般接入的电容器,便可改善负载的瞬态相应,但是为了减小纹波电压,有时在稳压器的输出端并入只大容量电解电容器。
但是,当稳压器的输入端出现短路时,输出上的大电容器上储存的电荷,将通过集成稳压器内部电路的输出调整管放电,由于电荷量较大,会造成集成稳压器输出调整管的损坏。
为了防止这点,设计中接入了个二极管,它为电容器上的电荷提供了放泄通路,对集成稳压器起到了分流保护作用。
电解电容的选型由公式取则由于规格限制取,耐压值选。
放大器供电电路设计中采用给放大器供电,所采用的三端稳压器件为和。
其电路原理图如图所示图放大器供电电路作用是将交流电网电压变成要求的交流电压,通过桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
由于整流后的脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网的电压波动般有左右负载和温度的变化而变化。
因而在整流滤波电路之后,还需接稳压电路。
稳压电路由三端稳压器构成,其作用是当电网电压波动负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定,其中二极管和对集成稳压器起到了分流保护作用。
直流电压进入三端稳压器和的输入端进行稳压,再分别由输出端输出−电压。
电解电容的选型由公式,代入数据得,由于规格限制取,耐压值选。
第章系统软件设计个好的微机保护系统,除了必要的硬件系统,还要有功能强大的软件系统。
软件系统在硬件平台上运行,通过程序设计实现所要求的保护功能,是整套装置的灵魂。
就线路微机保护而言,套好的软件系统可以增加硬件系统的稳定性和可靠性,可以充分利用硬件资源,在不增加硬件的基础上就可以尽可能多的实现保护功能。
软件系统构成在线路微机保护装置的软件设计中,实现了三套程序设计,分别是保护功能程序设计监控系统程序设计和串口通讯程序设计。
其中监控系统程序主要完成通过按键对保护整定值的调整和液晶显示功能保护功能程序主要完成数据采集算法设计逻辑比较和开关量输出口控制等功能。
串口通讯程序主要完成数据采集系统和之间的通讯功能。
系统的总体框图如图所示。
串口通讯监控系统程序保护功能程序图系统软件设计的总体框图监控系统设计监控系统实现的功能系统的监控程序实现对按键和显示屏的控制,包括主程序串口中断程序定时器中断程序。
通过按键实现对参数整定值的调整,调整完毕通过发送按键实现对整定值的存储和发送。
监控系统程序设计是否有键按下延时是否有键按下显示相应内容开始初始化图监控程序设计流程图由图可知,在监控系统的主程序设计中,首先执行初始化,初始化程序包括,数码管小数点定位和清零操作,初始化完毕就开始进入查询状态,旦检测到口上出现低电平,首先进行个软件去抖动的过程,然后进入按键处理子程
