10KV线路微机保护装置软件设计_毕业论文Word文档下载推荐.doc

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本设计的主题是10kV线路微机保护装置的软件。

本文首先简要介绍了电力系统微机继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。

接着介绍了线路保护的原理，然后详细论述了线路保护装置中采用的保护、测量算法进行了详细论述。

本设计针对10kV线路微机保护装置的软件，对微机保护装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能做了具体介绍。

设计了主程序、A/D采样、键盘、液晶显示、通信程序的流程图，针对一些模块运用C语言进行了编程。

关键词:

继电保护；

微机保护；

线路保护

TitleSoftwareDesignFor10KVLineMicrocomputer

ProtectiveDevice

Abstract

Protectionrelayisthemostimportanttooltomakethepowersystemworksafelyandimprovesthequalityofpowerenergy.Withtheexpansionofthepowersystemandtheconsumerraisinghigherrequirementforqualityofpowerenergy,theprotectionrelaymustbeimprovedgreatlyandfulfillthehighrequirement.

Thedesignthemeis10kvmicrocomputercircuitprotectiondevicesoftware.Thisarticlebrieflyintroducesthedevelopmentofpowersystemrelayprotectionhistory,presentsituation,characteristicsanddevelopment.Thenintroducedtheprincipleoflineprotectionandlineprotectiondevicesarediscussedindetailtheuseofprotection,measurementalgorithmindetail.

10kvmicrocomputercircuitdesignedtoprotectthesoftware,themicrocomputerprotectiondeviceofsoftwarestructuredesign,thefunctionofeachmoduleofintroducedconcretely.Designthemainprogram,A/Dsampling,keyboard,LCDdisplay,communicationprogramflowcharts,inviewofsomemodulesusingClanguageprogramming.

KeyWords：

Protectionrelay;

Computer-basedprotection;

Lineprotection

目次

1绪论 1

1.1论文选题的背景及意义 1

1.2继电保护的国内外研究现状和发展趋势 1

1.3本设计的主要内容 2

2线路继电保护原理和算法 4

2.1继电保护装置的基本功能概述 4

2.2线路故障分类及其原因 5

2.3继电保护的原理与算法 6

3线路保护装置的算法分析与软件设计 13

3.1FIR数字滤波器的设计 13

3.2保护装置的采样算法 15

3.3主程序设计 17

3.4故障处理与A／D交流采样程序设计 18

3.5液晶显示程序设计 19

3.6键盘设计 22

4CDT规约及其设计 25

4.1电力系统通讯规约 25

4.2CDT规约及其设计 25

结论 30

参考文献 32

附录A滤波器算法程序代码 33

附录B微机保护傅氏算法程序 33

附录C键盘扫描程序 35

附录D液晶显示程序 36

附录ERS232串口通信程序（接收和发送） 42

44

1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，继电保护装置的计算速度不断加快，可靠性也大为提高。

微机继电保护的对象一般包括电动机、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，减产明显。

这次灾害体现了线路保护重要性。

1.2继电保护的国内外研究现状和发展趋势

我国继电保护技术进入微机保护时代以来，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。

1988年我国开始研究基于DSP的保护、控制、测量一体化微机装置。

采用32位微机芯片除了考虑精度之外，关键是32位微机芯片具有很高的集成度、工作频率和计算速度，同时芯片内部的寻址空间较大，外部的端口资源丰富，具有存储器管理功能、保护功能等，能够满足继电保护算法对芯片数据处理速度和精度的要求。

我国线路保护主保护在1994年推出LFP-901、WXH-15高频方向原理技术，线路保护主保护采用高频方向、高频距离原理。

由于光纤通道抗干扰能力强，解决了高频相差、高频距离很难解决的系统振荡、选相等问题，2000年以后，光纤电流差动保护成为我国线路主保护。

随着光互感器（光TA、光TV）的研究和推广使用，保护装置应能够适用于光互感器，国内目前开展了适用于光互感器的继电保护装置的研究。

自20世纪90年代中后期开始，国外著名继电保护制造商如GE、ABB等公司的产品就已经向保护测控装置网络化的方向发展，开始将网络设计思想引入装置内部硬件设计中。

ABB公司生产的数字式保护就是基于通用标准化硬件设计的理念，采用了B448C总线作为保护内部各模块之间通信的方式。

并且ABB公司于1998年推出的RE系列数字式保护装置就是具有代表性的网络化新一代继电保护装置。

现代继电保护装置的发展趋势是向微机化、网络化、智能化和功能一体化。

（1）微机控制化

电力系统对微机保护的要求不断提高，除了实现继电保护的基本功能外，还需要保护装置具有存放故障报告和各种电参量的存储空间、高速和准确的数据处理功能、可靠的通信能力以及与其它继电保护装置联网共享数据、信息的能力，能够运行C/C++等高级语言的程序代码。

（2）保护装置网络化

继电保护的作用是保护电力系统的安全稳定，能够及时判断电网出现的故障，启动相应的保护动作，这就要求每个保护单元都能共享运故障报告的数据，各个保护单元在分析这些数据的基础上动作，避免出现误动作或是拒动作。

这就要求继电保护装置实现网络化。

继电保护装置能够通过网络得到的故障信息越多，根据软件算法的分析，就能越准确地判断所发生故障的性质、位置和距离并启动保护动作。

（3）算法智能化

人工智能技术如神经网络、遗传算法等在电力系统各个领域都得到了应用。

神经网络是一种非线性映射的方法，很多传统方法难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法就能方便的解决。

其它智能化算法例如遗传算法、动态规划等方法也都各有特点，将这些算法相结合，可使求解的速度和准确度大幅提高。

（4）功能一体化

继电保护技术在实现了微机化、网络化和算法智能化后，继电保护装置实际上就成为一台高性能、多功能的计算机，可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，通过智能化的算法对这些数据进行快速准确的分析并作出判断，生成故障报告，发出相应的保护动作指令，同时将存储的被保护器件的运行和故障数据通过网络传送到控制中心或其它终端。

1.3本设计的主要内容

本设计主要是针对10kV微机线路保护装置开发软件，分析了该保护装置的软件程序和通信方式。

本设计的主要内容如下：

1）绪论，主要介绍论文的背景和意义，国内外继电保护的研究现状以及微机线路继电保护的今后发展方向。

2）线路故障与微机保护原理分析，主要介绍线路保护的常见故障，对线路继电保护原理和故障判据进行了分析。

3）10KV微机线路保护的软件算法设计，主要分析了线路保护的常用算法并对保护装置的主要程序，如交流采样程序，显示程序，键盘程序等以流程图的形势表示出来。

4）10KV微机线路保护装置的通信设计，本设计采用的RS232通信接口，同时分析了CDT通信规约。

2线路继电保护原理和算法

10KV电网线路是重要的公用基础设施。

如何正确有效地判断、查找、处理配电线路故障，及时恢复供电非常重要。

2.1继电保护装置的基本功能概述

当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。

2.1.1继电保护装置的主要作用

1）当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。

2）反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。

反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。

由此可见，继电保护装置直接关系到电力系统的安全运行。

不仅如此，设计、选用完善的继电保护装置，对于进一步提高供电质量也有很大作用。

例如，继电保护装置与自动重合闸、备用电源自投、故障点定位等装置的配合使用，可以大大缩短故障停电时间等。

但是，如果继电保护装置本身的质量不高或使用维护不当，不仅起不到积极作用，还会给电力系统的安全运行造成不利的影响。

2.1.2继电保护的基本原理和构成方式

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。

大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。

2.1.3