最新套线路保护装置本科

套线路保护装置本科

摘要

输电线路是电力系统中的组成部分，负责电力输送及联网的重要任务。电力系统对供电质量提出了更高的要求，而快速准确地切除线路故障是保证电网安全的关键。本文采用微机控制方法设计了1套线路保护装置，对10kV线路故障和非正常运行状态进行判断和保护。

这套线路保护装置采用ATmega128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，电源电路和RS-485通信电路等。考虑到户外复杂的电磁环境，在硬件电路中还进行了抗干扰设计，本文详细阐述各部分电路的组成和功能。在软件设计方面，研究了输电线路发生的各种主要故障，采用MATLAB仿真对故障进行了模拟，程序用C语言编程方法，按照不同的功能采用模块化设计。

在通信设计方面，本文阐述了保护装置所采用的RS-485通信电路和Modbus通信规约。

关键词：线路保护线路故障交流采集

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ABSTRACT

Electrical transmission lines is the fundamental part of electrical system, undertakes the important task of power transmission and network. More requests have been raised in the dealing-with the quality of power supply. The paper designs a lines relay protection instrument based on micro processor and aims to detect various lines failure and abnormal operation state and supply protection accordingly.

The lines relay protection instrument adopts ATmega128 as micro processor, the hardware circuit mainly consist of the chip peripheral circuit, analog signals procession and sampling circuit, switch value input-output circuit, source circuit and RS485 communicative physical interface circuit and soon. Considering outdoor complex ferromagnetic condition, the hardware circuit evaluates anti-interference design. The paper expounds composition and function of circuit in detail. On the part of soft ware design, the paper research various faults happened in transmission lines, adopts MATLAB to simulate inadequate influence that faults cause to. The soft ware program adopts C language programming method and modular design according to different functions, which facilitates modulation and evaluation.

On the part of communicative design, the paper introduce RS-485 communicative interface circuit and Modbus protocol.

KEY WORDS: lines protection failure; alternative signals sampling;

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目录

摘要 ........................................................................................................................................... I 目录 ......................................................................................................................................... III 第一章绪论 (1)

1.1论文选题的背景及意义 (1)

1.2继电保护的国内研究现状 (1)

1.3线路保护的国内外研究现状 (2)

1.5现代继电保护装置的发展趋势 (3)

1.6本论文的主要内容和章节 (4)

第二章线路保护的原理分析 (5)

2.110K V线路故障分类及其原因分析 (5)

2.1.1 10kV线路常见故障分类 (5)

2.1.2 10kV线路短路故障原因分析 (5)

2.1.3 10kV线路接地故障原因分析 (6)

2.210K V线路异常工作状态分析与仿真 (6)

2.2.1线路运行于过负荷工作状态分析与仿真 (6)

2.2.2线路运行于低电压工作状态 (8)

2.2.3线路运行于低频减载工作状态 (11)

2.2.4控制回路异常 (11)

2.2.5断路器弹簧未储能 (12)

2.2.6电压互感器TV断线 (12)

2.3继电保护的原理与逻辑分析 (12)

2.3.1两段式电流保护的原理与逻辑分析 (12)

2.3.2过负荷保护的原理与逻辑分析 (14)

2.3.3三相一次重合闸的原理与逻辑分析 (15)

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2.3.4后加速保护的原理与逻辑分析 (15)

2.3.5低电压保护的原理与逻辑分析 (17)

2.3.6零序电流保护的原理与逻辑分析 (21)

2.3.7低频减载保护的原理与逻辑分析 (22)

2.3.8控制回路异常告警 (23)

2.3.9 TV断线告警 (24)

本章小结 (24)

第三章 10KV线路微机继电保护装置的硬件设计 (25)

3.1保护装置硬件设计 (25)

3.2三相电压和电流的交流采样电路 (26)

3.2.1三相交流信号低通滤波器TCL04的分析 (26)

3.2.2三相交流信号的采样电路 (27)

3.3角度测量电路 (29)

3.4SD2200时钟电路 (31)

3.58路开关量输入输出电路 (32)

3.6按键电路 (33)

3.76路开关量输出电路 (33)

3.8液晶显示电路 (34)

本章小结 (35)

第四章线路保护装置的主程序 (36)

4.1主程序设计分析 (36)

4.2故障判断与处理程序 (37)

4.3SD2200时钟软件设计 (38)

4.4液晶显示软件设计 (38)

4.5主菜单的软件设计 (39)

4.6实验结果分析 (40)

本章小结 (43)

第五章总结与改进 (45)

参考文献 (47)

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致谢 (49)

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第一章绪论

1.1论文选题的背景及意义

现代电力系统是一个巨大的统一的整体,系统中的装置以及用电设备都是由线路连接且都是开放设备。继电保护研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。近年来随着微型计算机和微处理机的飞速发展，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护被广泛使用。微机继电保护的对象一般包括发电机，电动机，变压器和线路。

线路是电力系统重要的组成部分，但是由于线路容易受到周围环境以及自然灾害的影响下，其发生故障的可能性很大。2008年冬季的冻灾当中，由于输电线路受损导致受灾省份供电一度中断，很多企业蒙受了经济损失尤其是对电力依赖较大的企业如电解铝厂，减产非常明显。这次灾害体现了线路保护重要性。

本文针对输电线路设计开发出一套10kV线路微机继电保护装置，该继电保护装置采用高性价比的ATmega128作为中央处理器，能够提供2段式电流保护，过负荷保护，后加速保护等11项线路保护功能，能对10套保护定值进行独立的整定，通信采用RS-485/MODBUS通信方式，具有很好的兼容性和抗干扰能力。

1.2 继电保护的国内研究现状

我国电力系统继电保护技术经历了电磁型保护、晶体管保护、集成电路保护、微机保护四个阶段。从上世纪90年代开始我国继电保护技术进入微机保护时代。微机保护在电力系统的各个方面及各种电压等级上均有较大的发展，如线路保护、发电机保护、变压器保护、励磁调节系统。

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