输电线路微机继电保护系统设计

电气工程及其自动化专业综合设计（论文）
摘要
输电线路继电保护是整个电力系统的重要组成部分，它的任务是快速准确地切除线路 故障，保证电网安全运行。本文采用微机控制方法，对高压输电线路故障进行诊断和切除， 取代传统电磁型继电保护装置。
线路保护装置采用 STC12C5A60S2 芯片作为控制核心，硬件电路主要包括芯片外围电 路，模拟信号处理和采样电路，开关量输入输出电路，电源电路等。本文首先对整个控制 系统进行软件仿真，然后再将设计应用到实际当中，阐述三段式电流保护的控制流程和软 件实现方法。 关键词 单片机；继电保护；整流；电流互感器
总结............................................................................................................................................... 22 致谢............................................................................................................................................... 22 参考文献....................................................................................................................................... 23
电气工程及其自动化专业 综合设计(论文)
输电线路微机继电保护系统设计 DESIGN OF MICROCOMPUTER RELAY PROTECTION SYSTEM FOR TANSMISSION
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学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称 指导教师
* * 信电工程学院 电气工程及其自动化 *
2012 年 12 月 25 日
1.2 微机继电保护的源自文库展趋势及特点
继电保护技术发展趋势向计算机化、网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通 信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应 用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使 微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势[1]。
传统电力系统继电保护经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段。20 世纪 70 年代以后，电力系统继电保护进入微机时代。微机继电保护降低了设备成本，提 高了设备可靠性，同时具有控制灵活、准确，性能优良等特点，成为当今主流的继保控制 核心。本文采用 51 单片机为核心，通过低压数字微机信号采集、数据分析、动作输出， 实现对高压输电线路的诊断、分析、故障切除，保护电力系统安全运行。
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1 绪论
1.1 设计背景
当今社会，电能已经成为人类最重要的能源之一，它几乎已经渗透到人类一切的活动 当中。由于电能的生产是在相对集中的区域完成，所以电能的输送成为电力系统中重要组 成部分。随着电网电压等级的不断升高和用电负荷的不断增加，输电安全也逐渐成为重要 研究课题。
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目
录
1 绪论............................................................................................................................................. 1 1.1 设计背景............................................................................................................................. 1 1.2 微机继电保护的发展趋势及特点..................................................................................... 1 1.3 本文主要工作..................................................................................................................... 1
4 系统调试................................................................................................................................... 20 4.1 硬件电路连接................................................................................................................... 20 4.2 运行结果........................................................................................................................... 20
2 系统硬件设计............................................................................................................................. 3 2.1 系统框架............................................................................................................................. 3 2.2 系统仿真............................................................................................................................. 3 2.2.1 仿真设计..................................................................................................................... 3 2.2.2 部分电路分析............................................................................................................. 4 2.2.3 仿真结果..................................................................................................................... 6 2.3 系统硬件............................................................................................................................. 7 2.3.1 主要芯片和器件的选择............................................................................................. 7 2.3.2 单片机最小系统设计............................................................................................... 10 2.3.3 硬件实物与模块调试............................................................................................... 12 2.4 三段式电流保护理论....................................................................................................... 13 2.4.1 电流速断保护（第 I 段）........................................................................................ 13 2.4.2 限时电流速断保护（第 II 段）...............................................................................13 2.4.3 定时限过电流保护（第 III 段）............................................................................. 14 2.4.4 三段式电流保护小结............................................................................................... 14
微机继电保护主要有以下特点： 1．改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规 保护不易获得的特性；其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护；可引进自动控制、新 的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行正确率很高 也已在运行实践中得到证明。 2．可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频 减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。 3．工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准；装置体积小，减 少了盘位数量；功耗低。 4．可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限 的影响，不易受元件更换的影响；且自检和巡检能力强，可用软件方法检测主要元件、部 件的工况以及功能软件本身。 5．使用灵活方便，人机界面越来越友好。其维护调试也更方便，从而缩短维修时间； 同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性、结构。 6．可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的 通信联络使微机保护具有远方监控特性等等。
3 系统软件设计........................................................................................................................... 15 3.1 系统软件设计方案........................................................................................................... 15 3.2 系统程序........................................................................................................................... 16