微机厂用变保护监控装置的设计毕业设计

本科毕业设计开题报告 题 目： 微机厂用变保护监控装置的设计 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目微机厂用变保护监控装置的设计来源工程实际1、 研究目的和意义社会的发展使人们的生活与电的联系越来越紧密，保证电力系统安全可靠地运行是每个电力工作者的首要任务。电力系统能否安全可靠地供电决定于组成电力系统的各个电气元件能否正常运行。厂用变压器是电力系统中最重要的设备，广泛应用与各种工厂中，它的工作状况直接影响着电力系统的安全性和稳定性。近年来，由于变压器的保护不当，造成故障的案例很多，甚至引发了大面积停电事故，同时，由于系统故障也可能损坏厂用变压器。因此，要对发电机可能发生的故障类型及不正常运行状态进行分析，并有针对性的设置相应的保护，尽量避免发电机发生故障。而且，随着计算机技术的迅猛发展，社会生活的各个方面受其影响，也在发生深刻的变化。计算机的应用已经遍及生产和生活的各个领域。电力系统就是其中的领域之一。“数字电力系统”的概念，形象的说明电力系统的各个方面受计算机影响的深度和广度。毫无疑问，计算机也是影响近30年来电力系统中继电保护技术发展和进步的最重要因素。因此，变压器的微机保护装置的研发具有重要的现实意义和很好的市场潜力。2、 国内外发展情况(文献综述)着重介绍微机保护的国内外发展情况电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速 发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，电力系统继电保护经过长期发展，已经进入微机继电保护发展时期。（1）微机继电保护的特点研究和实践证明，与传统的继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点如下： 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，其运行高正确率也已在实践中得到证明。 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、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。（2）微机继电保护的发展史 电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段微机继电保护指的是以数字式计算机为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期, 60年代中期, 有人提出用小型计算机实现继电保护的设想, 但是由于当时计算机的价格昂贵, 同时也无法满足高速继电保护的技术要求,因此没有在保护方面取得实际应用, 但为后来的继电保护发展奠定了理论基础。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破, 大规模集成电路技术的飞速发展, 使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降, 可靠性、运算速度的大幅度提高, 促使计算机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期, 出现了比较完善的微机保护样机, 并投入到电力系统中试运行。80年代, 微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟, 并已在一些国家推广应用。90年代, 电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代, 它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。随着计算机硬件的迅猛发展, 微机保护硬件也在不断发展。从8位单CPU结构的微机保护问世,不到5年时间就发展到多CPU结构, 又发展到总线不出模块的大模块结构, 性能大大提高, 得到了广泛应用, 后又发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。电力系统对微机保护的要求不断提高, 除了保护的基本功能外, 还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间, 快速的数据处理功能, 强大的通信能力, 与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力, 高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟, 这将是微机保护的发展方向之一。（3）我国继电保护的现状我国从7O年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科院起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输 电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方 面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机、压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通 大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。 3、研究/设计的目标：微机厂用变保护装置硬件电路设计，包括微机系统、数据采集系统、开关量输入/输出系统、电源系统、人机对话系统，微机厂用变保护软件部分主程序及部分模块程序设计。 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：设计针对中小型工厂10KV/0.4KV型，容量3150KVA内的厂用变压器的保护。厂用变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。 厂用变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、匝间短路和单相接地以及高低压侧线圈击穿性故障和铁芯损坏等。厂用变压器的外部故障主要是套管和引出线上发生的短路。这种故障可能导致变压器引出线的相间短路或一相绕组对变压器的外壳短路接地。在大接地电流系统中，当变压器的绕组发生单相接地短路时，将产生很大的短路电流而破坏厂用电系统的正常运行。对于小接地电流系统中的变压器，通常按具体情况可装设或不装设专用的单相接地保护装置。 如果变压器的外壳损坏，引起变压器油箱严重漏油时，也将导致变压器发生故障。 厂用变压器的不正常运行状况有外部短路引起的过电流、油箱内油面的过度降低和变压器中性点电压的升高等。由于外部短路引起的过电流将使厂用变压器的绕组过热，从而会加速绕组绝缘的老化，甚至引起内部故障。当温度显著地下降、油量不足和外壳漏油等，都会产生油面过低的现象。根据油面降低的程度，保护装置应动作于信号或跳闸。用变压器的差动保护作为变压器的主保护， 过电流保护作为后备保护，另外还采用过负荷保护等。微机保护其硬件构成包括以下五个部分：（1）微机系统，微机系统的任务是，对二次侧的电压和电流等电气量和非电气量的实时采集数据进行分析和处理，实现各种继电保护功能。同时，在电力系统正常运行时，微机系统还实时进行工况检测和自检，以提高工作可靠性。（2）模拟数据采集系统，是把模拟量信号转换成对应的数字量的硬件电路设备，包括前置低通滤波器等。（3）开关量输入和输出系统，使用一些并行接口设备和光电隔离元件完成各种继电保护命令（如出口跳闸，信号报警）及外部节点输入和人机对话任务的有关电路称为开关量输入和输出系统。（4）人机对话微机系统，该系统主要有以下几个部分：液晶显示电路、硬件时钟电路、键盘、保护装置定期检查、保护动作行为的记录、保护装置与系统的通信项目等任务。（5）电源系统，是保护装置可靠工作的基础，除精度、谐波系数等指标有一定要求外，还必须有能连续可靠地供给保护系统多个不同电压的直流电源。常用的有+15V、-15V、+5V、-5V等直流电源。1、单片机选择：本装置采用的是STC89C52RC型号单片机，它具有体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场换季恶劣等优点。STC89C52RC单片机89C52芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，其引脚排列结构如下图，它具有3个可编程I/0口，其中2个口为8位口，1个口为6位口。此外还有256单元的RAM和1个14位计数结构的定时器/计数器。C89C52主要性能：（1）8位微处理器和控制器。（2）内含一个一位布尔运算处理器，可直接对数据的位进行操作和运算，特别适用于逻辑控制。（3）内部含有4KB的程序ROM。（4）2个16位的计数/定时器。（5）内部时钟振荡器。（6）全双工方式的串行接口（UART）。（7）两极中断优先权的6个中断源/5个中断矢量的中断逻辑。 2、主要元件选择：低通滤波器(LPF)：选用由RC元件构成的有源二阶低通滤波器；运算放大器：运用OP07芯片，用+15V，-15V电源为其供电。A/D转换器：本设计使用TLC2543是12位ADC，使用开关电容依次逼近技术，完成AD转换过程，提供的最大采样速率为66ksps，供电电流仅需1mA（典型值）。3、算法选择：根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法称为算法。根据发电机保护的要求，本保护装置选择半周基波傅氏加一阶差分算法作为发电机完全差动保护的算法；三次谐波傅氏算法作为发电机定子绕组单向接地保护的算法；其余保护均采用全周基波傅氏加一阶差分算法作为算法。4、软件设计：主要运用C语言进行编程，主要分为以下几大程序：（1）用A/D转换器对二次侧的电压电流进行采样，把模拟信号转换成数字信号的程序。（2）用液晶显示电压电流的大小。（3）用按键实现步进程序。（4）实现报警程序。5、方案的可行性分析：本方案采用经济实用的8位STC89C52RC型单片机，对各种发电机可能发生的故障和不正常运行状态都进行了详细的分析，考虑全面，能够有效地保证发电机的正常供电。该方案更为经济，提高了系统的可靠性，减少了功率损耗，降低了成本，提高经济效益。因此此方案可行。6、设计产品的主要用途和应用领域：各种中小型工厂7、时间进程第一周 查阅资料 第二周 查阅资料第三周 撰写开题报告第四周 整理、提交开题报告第五周 系统方案的设计、制定工作计划第六周 总体设计第七周 保护配置和保护原理逻辑框图设计第八周 硬件电路设计第九周 硬件电路设计第十周 保护整定计算第十一周 软件部分及抗干扰设计第十二周 整理完善设计第十三周 整理完善设计第十四周 整理完善设计第十五周 整理完善设计第十六周 完成设计，进行答辩8、参考文献：1 林军电力系统微机保护中国水利水电出版社，2006：1-152 李佑光，林东电力系统继电保护原理及新技术科学出版社，2003：8-58 3 陈生贵电力系统继电保护重庆大学出版社，2003：50-654 尹星光,韩荣珍.微机继电保护发展的历史、现状及其趋势.广东电力，2003，16（3）：11-145 海涛，龙军8096单片机原理及应用20036 任宏电力系统微机型继电保护装置的设计思想中国电力教育2005：339-3718 王庆伟电力系统微机保护算法的对比分析科技创新导报2009，09：769 王伊，程善美基于8XC196KC单片机控制的液晶显示技术河南科技大学学报2006，27（2）：45-4810 刘振鹏，魏光耀电力系统继电保护使用技术问答中国电力出版社，199711 胡汉才单片机原理及其接口技术200412 童时中，张锦华.模块化继电保护系统的构成分析.电力系统自化.1998年第22卷第10期：58-6213 IEEE Guide for AC Generator Protection.IEEE Std C37.102-1995，1996指导教师意见:教师签字年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字年 月 日9 / 9文档可自由编辑打印