6月29周鹏本科毕业设计

6月29周鹏本科毕业设计 ) 题目:高压电网微机继电保护装置的设计 院 系:工学院电气与电子工程系 专 业:电气工程及其自动化 班 级:电气工程1104班 姓 名:周鹏 学 号:201102011164 指导教师:刘学军 烟台南山学院教务处 二〇一五 年 五 月 烟台南山学院毕业设计()原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文～是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外～本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体～均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名: 年 月 日 烟台南山学院关于毕业设计(论文)使用授权的说明 本人完全了解烟台南山学院有关保留、使用学士学位论文的规定～即:学校有权保留、送交论文的复印件～允许论文被查阅～学校可以公布论文的全部或部分内容～可以采用影印或其他复制手段保存论文。 指导教师签名: 论文作者签名: 年 月 日 年 月 日 第 ? 页 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 高压电网微机继电保护装置的设计 摘 要 本设计对高压电网微机继电保护原理进行了研究，涉及到高压输电线路的保护、防干扰等方面的内容。在硬件设计中设计了数据采集系统、CPU主系统、开关量输入输出回路、人机接口电路及其他电路。数据采集系统中主要将A/D转换器和VFC型转换器进行了比较分析，因VFC型转换器具有低通滤波效果，抗干扰能力强等，最终决定使用VFC型转换器。CPU主系统中对单CPU和多CPU进行比较整理，结合高压输电线路的可靠性要求，采用多CPU结构。并对于开关量输入输出回路和人机接口电路进行简单介绍。在软件设计中主要设计了初始化程序、采样中断服务程序、故障保护程序等。对于微机继电保护的算法介绍了傅氏算法和两采样值积分算法。在对保护装置的防干扰设计中，分析了干扰形式(横模干扰和共模干扰)、基本措施和抗干扰的具体措施。最后结合经济效益、电网的可靠性要求等因素，在综合对比后完成了本设计，满足了对高压电网输电线路保护的快速性，可靠性。提高了电力系统的可靠性。 关键字: 继电保护 高压电网 微机保护 可靠性 第II页 烟台南山学院本科毕业设计(论文) HIGHVOLTAGE POWER GRID DESIGNOF MICROCOMPUTER RELAY PROTECTION DEVICE ABSTRACT This design is mainly dedicated to the design and implementation of high-voltage microcomputer relay protection device. Firstly, the status of the high-voltage microcomputer protection device is introduced.. The characteristics and requirements of the high pressure microcomputer protection device are analyzed, and the design requirements and protection principle of the protection device are analyzed.. Then, the development of DSP and the characteristics of DSP chip are introduced.. The design of the combination of topics chose to use the TMS320C32 chip, and the chip has been characterized. Secondly, the design of the equipment is mainly divided into 3 parts.. The first part is hardware design, including data acquisition system, CPU master system, switch input and output circuit, man-machine interface circuit and other circuit. The second part is the software design, including the initialization procedure design, the sampling interrupt service design, the fault protection program design. The third part is the design of anti interference for the protection device.. The design and strict compliance with the national design standards, considering the grid scale size, protection requirements and area difference, after comprehensive analysis and comparison in economy and technology completed the design. Keywords: Relay Potection High Voltage Power network Microcomputer Protection Reliability 烟台南山学院毕业设计(论文) 目录 第1章 绪论 ????????????????????????? 1 第2章 硬件设计 ??????????????????????? 2 2.1 总体结构??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.1.1 DSP+CPU的优越性 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.1.2 C32特点 ???????????????????? 2 2.1.3 数字处理器???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.2 数据采集系统??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.2.1 模拟量输入回路???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.2.2 电压形成回路???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 2.2.3 采样保持(S/H)电路和模拟滤过器(ALF) ????????????????????????? 13 2.3 CPU主系统 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 2.3.1 CPU介绍和方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.3.2 存储器?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.3.3 定时器/计数器 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.3.4 复位电路?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.4 开关量输入/输出回路 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.4.1 开关量输入回路?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 2.4.2 开关量输出回路?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 2.5 人机接口电路及其他电路????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 2.5.1 人机接口?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 2.5.2 通信单元?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 2.5.3 电源?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 2.6 纵联差动保护原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 第3章 软件设计 ??????????????????????? 18 3.1 初始化程序设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 3.2 采样中断服务程序????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 烟台南山学院毕业设计(论文) 3.3 故障保护程序????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 第4章 微机继电保护的算法 ?????????????????? 26 4.1 傅氏算法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26 4.2 两采样值积分算法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 第5章 对保护装置进行防干扰的设计 ?????????????? 30 5.1 干扰形式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30 5.2 微机保护机制干扰的基本措施????????????????????????????????????????????????????????? 31 5.3 抗干扰措施的具体实施方法????????????????????????????????????????????????????????????? 31 结论 ????????????????????????????? 31 致谢 ????????????????????????????? 33 参考文献 ??????????????????????????? 34 附录 ????????????????????????????? 35 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 1 页 第1章 绪论 随着经济的飞速发展，电力的输送成为关键。电力系统规模得到飞速扩展，特高压和高电压输电是作为远距离跨地区的主要输电方式。并加强了各区域之间的联系，对人们带来巨大的利益。但是电网的维护与运行却面临着巨大的挑战。在大电网中，局部的事故很可能引起整个系统的瘫痪。而且局域之间的电网联系也很可能导致区域的大面积停电，造成难以估计的损失。总结电网事故发生的原因，大多是工作人员的误操作和自动装置的误动作或拒动作所产生的。因此，二次系统的可靠性就显得举足轻重。 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、数据通信功能，即可实现保护、控制、测量、数据通信一体化。 本设计根据要求采用DSP保护装置，并将C32作为主芯片。对其进行硬件设备的设计，软件设备的设计，选择主要的算法，以及提出可靠性的设计。硬件设备包括数据采集系统、数据处理系统、开关量输入/输出系统、通信接口、电源。软件设备包括主程序、中断服务程序、故障处理程序。算法的选择。以及对可靠性提出的措施。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 2 页 第2章 硬件设计 2.1 总体结构 本论文是根据设计要求采用的DSP+CPU结构，采用美C32作为主处理芯片，构成的硬件系统。微机继电保护装置硬件结构是由数据采集系统、数据处理系统、开关量输入/输出模块、通信接口、电源为主要组成部分。 2.1.1 DSP+CPU的优越性 传统的智能仪器大都是在单片机的基础上开发的。而单片机的保护装置局限性太大，已经渐渐满足不了现代社会。DSP处理器为了克服取指令和数据都通过同一条总线完成而造成的传输通道瓶颈效应的问题而在内部采用了区别于传统单片机冯?诺依曼结构的哈佛结构。可编程逻辑器件经历了从PROM、PLA、PAL、GAL等低密度的PLD，发展到CPLD和FPGA两种大规模的PLD，得到了完善和普及。 为实现对电力系统大型设备智能在线监测，本文以DSP智能电动机保护装 CPLD新型的智能仪器结构进行置项目为背景以C32作为基础芯片的一种DSP+ 了研和设计。 2.1.2 C32特点 TMS320C32是美国TI公司浮点C3X系列DSP器件的新一代产品,它针对C30和C31进行了简化和改进,具有如下的特点: (1) 具有较快的运算速度(20MIPS)、高精度、强悍的指令系统、外接40的 晶振 (2) 具有丰富的硬件资源,采用4级优先中断支持多种的寻址方式用来提高 了信号处理的能力; (3) 24根地址线有近16Mb的空间,数据程序总线的宽度可变因此具有较大 的寻址空间; (4) 增加了两种节电运行方式,使功耗得到降低。 2.1.3 数字处理器 放弃了传统单片机而采用程序和数据分开的哈佛结构，同时采用流水线操作 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 3 页 技术，处理速度得到很大程度的提高并具有特殊结构的专门用于数字信号处理的微处理器就是数字信号处理器，它的指令周期多为ns级，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。与其它的微处理器相比，数字信号处理器具有以下的优点:如表2.1所示: 表2.1 数字处理器特点 运算速度快，适乘法和累加在数次处理算法中是最基本的运算。DSP内部设置了专合于数字信号处门的硬件加法器，指令系统中设置了如MAC的一类专用指令。这些专用理运算 指令可以帮助一些操作在单个指令周期中完成，这就能大大提高DSP的 运算速度。DSP还在指令系统中设置了一些特殊指令，用来满足DFT， 卷积等数字信号处理的特殊要求。这些特殊指令在寻址时可以大幅度提 高计算速度。己经达到每秒数千万次乃至数十亿次定点运算或浮点运算 的就是单片DSP。 采用哈佛结构提采用冯?诺依曼结构，即程序指令和数据共用一个存储空间就是PC高处理效率 的8X86系列微处理器。哈佛结构就是为了提高处理效率将程序指令与数 据的存储空间分开，达到各有各的地址总线和数据总线，同一条指令可 以同时对不同的数据空间进行读写操作的目的。就是因为如此DSP才采 用了哈佛结构 采用流水线技术计算机在执行一条指令时，总要经过取指，译码，取操作数，执行快速运行指令 等几个步骤，每个步骤至少需要一个指令周期来完成。第一条指令在获 取地址后进行译码，同时第二条指令开始获取地指;第一条指令在获取 操作数的时侯，第二条指令开始译码，第三条指令开始获取地址就是流 水线技术。因为指令的流水作业使得整体看起来每条指令的最终执行时 间是在单个指令周期内完成的，这就是流水作业的特点。 2.2 数据采集系统 数据采集系统的主要组成部分就是电压形成回路、采样保持电路、模拟滤波器、转换开关和模数转换器。将采集得到的电压、电流、电抗等模拟信号经过处理并转换，变成需要的数字量，这就是该系统的所用之处。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 4 页 图2.1 数据采集系统 2.2.1 模拟量输入回路 两种输入回路方式如下图 2.2所示。 (a) A/D转换方式 (a) VFC转换方式 图2.2 A/D与VFC转换方式 一个理想的A/D转换器，其输入输出关系为 UAD, (2.1) UR 式中，D为小于1的数，可用二进制表示为 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 5 页 ,,,12nDBBB,，，，222？12n (2.2) 式中又可写 ,1,2,n (2.3) U,U(B2，B2，？B2)AR12n 式(2.3)即为A/D转换器中的模拟信号量化的表达式。 A/D转换器可分为两大类型:比较式和积分式。 (1)逐位比较式A/D转换器的工作原理 图2.3所示为A/D转换器的原理框图，其工作原理如下:由控制器首先在数码设定器中设置一个数码，并经D/A转换器转换为模拟量，使之与模拟量输Uout 入电压比较。如，则重新设定极小的数码，转换成较小电压与U,UUUUoutAoutAA再作比较;如U,U，则保留设置的数码，并再附加一个较小的数码，使总数outA 码转换成与再进行比较，并根据比较结果重复上述过程，直到与接UUUUoutoutAA近到误差小于所允许的设定数码中可改变的最小值，则数码设定器此时的数码总值即为转换结果。 逐位比较逼近的步骤通常采用二分搜索法。二分搜索法是一种最快的逼近方法，n位A/D转换器只要比较n次即可，比较次数与输入模拟量大小无关。如图2.4所示，逐位比较过程如下:第一步，转换器启动最高位设定为“1”，D/A U,U转换器将此数码转换为，若，则去掉“1”而置“0”，接着将第二UoutAout U,U位置“1”，即数据位010;若则保留“1”接着第二位置“1”，即数outA U码为110。第二位，D/A转换器将第一步得到数码转换成并与相比较，若UoutA U,UU,U，则去掉该位“1”而将其置“0”;若，则保留该位“1”，outAoutA 依次类推，直至最低位(LSB)，如下图2.3所示。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 6 页 图2.3 逐位比较式A/D转换器的原理框图 图2.4 三位A/D转换器的二分搜索法示意图 (2)VFC型A/D转换器 间接型VFC型A/D转换器的作用也是对交流变换器输入、输出模拟量进行数字量的转化。为方便多CPU的数据共享必须采用的十分复杂的接口电路或者可以选择VFC型A/D转换器，各路采样并行工作，如此就不再需要采样保持器。各路计数器均安装在各CPU模件上，各CPU使用的计数器是并行工作的，这样处理结果提高了数字测量的精度和分辨率。其工作方式如图2.5(a)所示。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 7 页 (a) 每一个输入量设置VFC及计数器 (b) 多个CPU共用一个VFC型A/D转换器 图2.5 VFC型A/D转换器的工作方式 U当积分器输出电压下降至零时，零电压比较器发生跳变，触发脉冲发生C 器，使其产生一个宽度为的脉冲，在期间，模拟开关S接向负参考电压。TT,E00r由于电路设计。因此，在期间积分器一定以反充电为主，使，ER,URTUr2in10C上升到某一电压值，结束后，由于只有正的输入电压作用，使积分器充电，Uin 输出电压沿负斜线下降。当下降至零时，比较器翻转，再次触发脉冲发生UUcc 器，产生一个宽度为的脉冲，再次反充电，如此反复动荡不止，其波形如图T0 2.6所示。 图2.6 VFC电路波形图 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 8 页 经过分析，可得到输出电压的振荡频率与输入电压的关系为 R12 (2.4) f,,U,KUinVinTRTE10r 变化周期与VFC输出端的周期一致，且、、、均为常数，UUTRREC0012r说明转换系数为常数，即VFC输出信号,频率f与输入电压成正比。 KUUV0in 在一个采样间隔内对计数器计数结果进行读数，相当于在这个间隔时间TS 内对脉冲“个数”进行求职计算可等效为积分，如图2.7所示。 t，Tt，Tss (2.5) D,fdt,KUdtvin,,tt 图2.7 VFC的幅频特性 VFC型数据采集系统特点如下: (1)具有低通滤波的效果同时可抑制噪声; (2)抗干扰能力强; (3)位数可调; (4)与微型机接口简单; (5)实现多机共享; (6)易于实现同时采集; (7)不适用于高频信号采集; 2.2.2 电压形成回路 1 电压变化器 电压变换器的工作原理与电磁式电压互感器完全相同，UV的铁心一般采用 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 9 页 无气隙的硅钢片叠成，一次绕组匝数多、导线细，与被保护元件的电压互感器二次绕组并联。二次绕组所接负载的电阻通常很大，接近开路状态。二次电压 ... ,公式中，为UV的变换系数，其值小于1。当忽略励磁电流的影kU,kUUu21 .. 响时，UV的二次电压U与一次电压U同相位。 21 在继电器的电压形成回路中，有的时候利用电压变换器不仅仅进行降压而且 . U还需要移动相位，如图2.8a所示。在UV一次绕组串接一个电阻R，这样将2 .....UK超前一个角，如图2.8b所示。这时电压变换系数为复数，即。,UU,UK1U21 .. KU系数不仅仅反映的数值降低，而且还反映相位的改变。改变电阻R的大U2 000~90小，可使角在范围内变化，如图2.8所示。 , (a) 原理接线图 (b) 相量图 图2.8 电压变换器一次线圈串接电阻 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 10 页 2.电流变换器(UA) 电流变换器(UA)的原理接线图如图2.9所示，它由于一个小容量辅助电流互感器(TA)及其固定负荷电阻构成。电流变换器一次绕组接保护元件的电 .. 流互感器二次绕组，将输入电流变换成与其成正比的电压。电流变换器的IU12等效电路图如图2.14所示，图中忽略了辅助电流互感器的漏阻抗，因为测量变 ... I'I'Z'换器的共同特点是漏阻抗可忽略不计。图中、、为折算到TA二次侧数m1m .. Z'Z'值。在一般情况下，为减小的非线性影响，TA二次电阻小于因此可忽略mm ... I'U励磁涌流。负荷电流时，其输出电压可近似表示为 I,0m2L .....I1U,IR,I'R,R,KI (2.6) 2112iKTA 表示辅助电流互感器二次匝数与一次匝数之比; KTA 表示电流变换器的电压变换系数: Ki RK, (2.7) iKTA 根据计算，如图2.9，2.10所示。 图2.9 电流变换器的原理接线图 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 11 页 图2.10 电流变换器的等效电路 由式中(2.11)可见，当UA接入负荷阻抗后，电压变换系数变小了，但因 为一定，故仍然为常数，如图2.11所示。 KZiL (a) 不加电容时的相量图 (b) 加电容时的相量图 图2.11 电流变换器的相量图 3.电抗变换器 . I电抗变换器的作用是将由电流互感器输入的电流转换成与其成正比的输1 . U出电压。通常有一个或两个一次绕组W1，有两个或三个二次绕组W2、W3。2 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 12 页 一次绕组用线径较粗的导线绕制，并且杂书很少，二次绕组一般用较细的导线绕制，并且匝数越多。采用三柱式铁心，在中间心柱上有1~2mm的空气隙。全部,绕组都绕制在中间心柱上。 电抗变换器的工作原理:当UX二次侧W2、W3开路时，忽略UX的漏阻抗。由于UX有空间间隙，所以磁路磁阻很大，励磁阻抗很小，励磁电Z,r，jXmmm流很大，通常UX二次负荷阻抗很大，负荷电流可忽略不计，这样可认为一次Im .. 电流全部流入励磁回路作为励磁电流，，所以二次侧近于在开路状态下I',Im1 运行，于是可以把UX看成一只电抗器，这就是电抗变换器的名称由来。 ..I1 (2.8) I',1KUX W2K,式中意思为UX的二次绕组与一次绕组的匝数比，。 KUXUXW1 ...... I,I',I,I，jI一次电流两部分，其中无功分量电流建立磁通并mrmmmamr1 ..... IIU与同相位;有功分量中与同相位，补偿贴心损耗。超前mrmaU,,E222 ...00UI',,90。与的夹角，关系式如下: ,9012m ....Zm (2.9) U,I'Z,I,KI12m11KUX . K式中的意思为UX的转移阻抗，是一个复数，当铁心未饱和时，它是一1 个常数。 .. UI'在实际应用时，为了调整UX的输出电压与输入电流的相位关系，可12 .. II'将二次侧的移相回路线圈W3接入电阻R。流过W3的电流折算到W2侧为RR ...和R'，忽略UX二次漏阻抗画出等效电路如图2.17a所示。这时电流，I',I，I'maR1 . U输出电压为 2 ..(R'，r)jXmU,I (2.10) 12(R'，r，jX)KmUX 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 13 页 .... 滞后输出电压一个阻抗角，可以推论，减小值，增加，则UI'UI'R'R,22R2 ...与之间的夹角将继续减小，这说明改变R值可以改变与之间的相位关I'U,I'121 00系，的变化范围为。 0,,,90, 2.2.3 采样保持(S/H)电路和模拟滤过器(ALF) 采用公用转换器的原因是考虑到转换器价格高，而且转换器完成一次转换过程需要一定时间。微机保护采用采样保持电路的原因是为了避免由于变化速度较快的模拟信号，而引起的转换误差。采样保持电路由一个电子模拟开关、电容和两个阻抗变换器构成。开关受逻辑输入端电平控制。在高电平时开关“闭合”，此时电路处于采样状态，电容迅速充电或放电到采样时刻电压值。开关的闭合时间应满足使电容有足够的充电和放电时间，即采样时间。为缩短采样时间，采用阻抗变换器I跟踪，它在输入端呈现高阻抗，输出端呈现低阻抗，使电容C上电 U压能迅速值。S打开时，电容C上保持住S打开瞬时的电压，电路处于保持in 状态。同样，为提高保持能力，电路中应用了另一个阻抗变换器，它对C呈,现高阻抗，而输出阻抗低，以增强负荷能力。 模拟低通滤波器 由奈奎斯特采样定理可知，如果被采样信号为有限带宽的连续信号，其所含 f,f的最高频率成分为，则采样频率应不小于2(),原来的模拟fffsmaxmaxsmax 信号就可以完全恢复而不发生畸变。否则将产生频率混叠现象，使原来的信号波形发生畸变。 为防止频率混叠现象，微机保护系统采样频率必须高达4KHz，这样对微机中央处理单元必须在两次采样间隔时间内，处理完对一组采样值必须作的各TS 种操作及运算，否则，CPU将跟不上式中节拍而无法正常工作。故越高，则fs要求CPU的速度越快。如果在故障电压或电流模拟量进行采样保持器之前，用一个模拟低通滤波器(ALE)将高频分量滤掉，仅让低频分量通过，就可降低采样频率的值，从而降低了对微机硬件系统的过高要求。使用采样频率通常按保护fs 原理所用信号频率的4~10倍来选择。 2.3 CPU主系统 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 14 页 2.3.1 CPU介绍和方案 由于单CPU局限性太大，在本论文中只考虑多CPU系统结构。多CPU的微机保装置中，按功能配置多个CPU模块，分别完成不同保护原理的多重主保护、后备保护及人机对话等功能。多CPU结构的组合方式有很多，主要有下面几种，如表2.2所示。 表2.2 CPU方案选择 多个CPU的方典型的结构是WXB.11型微机保护装置，它配置了四个硬件完全相同的案 CPU(8031)插件，分别完成高频保护、距离保护、零序保护和综合重 合闸等功能，另外，设置一个CPU(8031)完成人机对话、通信功能。 CPU+DSP的方此方案中，CPU、DSP按需要可使用多个，如RCS.915A型母线保护装置案 有四个DSP和两个CPU。其中，CPU完成保护装置的总启动和人机界面 及后台通信功能，DSP完成所有保护的算法和逻辑功能。 2.3.2 存储器 存储器的作用是将程序、数据即中间在运算的结果。存储器把程序和数据保存起来，当计算机在无人的情况下自动地工作即实现自动化。存储器的存储容量和访问时间直接影响着整个计算机系统的性能。存储器越大越好。微机保护运行程序和一些固定不变的数据通常保存在EPROM中比较合适，其可靠性高，但是擦除手续相对比较简单。SRAM的主要作用是保存运行过程中临时需要暂存的数据，便于事后事故分析。由此加强了整个系统的抗干扰能力。 2.3.3 定时器/计数器 定时器和计数器的主要作用是计算时间。但是除此之外计数器和定时器还有额外的两个作用。即1、能够触发采样的信号，借此来引用中断采样2、能够把频率信号转化成数字信号。 2.3.4 复位电路 复位电路的作用是当微机保护装置受到干扰导致系统可能陷入死循环或装置处于瘫痪状态时，做出反应让系统重新开始运行，以避免微机系统产生死机或误动作。 2.4 开关量输入/输出回路 2.4.1 开关量输入回路 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 15 页 开关量输入量可以分为以下两大类: (1)安装在装置面板上的触点(这类触点也叫低电平开关输入)。包括在装置调试运行中定期检查装置用的键盘触点以及切换装置工作方式用的转换开关等。对于装在装置面板上的触点可以直接接至微机的并行口。在初始化时规定，图中可编程并行接口的PAO为输入方式，则微机通过软件查询，实时知道外部触点S1的状态。S1闭合，PAO=0;S1断开，PAO=1，其中，4.7k电阻称为,上拉电阻，为保证S1断开时，PAO被拉到“1”电平。 (2)从装置外部经过端子排引入装置的触点。需要注意的是，高电平开关量输入必须要装有光电隔离，将带有电磁干扰的外部接线回路限制在微机电路之外，实现两侧隔离。当S2断开时，晶体管截止;S2闭合时，晶体管饱和导通。因此，晶体管的导通和截止完全反映了外部触点S2的状态。中采用两个电阻的目的是为了防止一个电阻击穿后引起更多器件损坏。对于某些必须立即得到处理的外部触点，如果用软件查询方式带来延时，也可以将光明晶体管的集电极直接接至中断申请端子。 2.4.2 开关量输出回路 开关量输出主要包括跳闸出口、本地和中央信号等。在开关量输出回路中一般都采用并行接口的输出口来控制有触点继电器(干簧或密封小中间继电器)的方法，但为了提高抗干扰能力，最好经过一级光隔离。 另一方面因为采用与非门后要满足两个条件才能使K动作，增加了抗干扰能力。最后应注意，PB0经一个反相器，而PB1却不经反相器，这样连接可防止拉合直流电流的过程中继电器K的短时误动作。在拉合直流电源过程中，当5V电源处在中间某一个临界电压值使，可能由于逻辑电路的工作紊乱而造成保护误动作，特别是保护装置的电源往往接有大量的电容器。因此，拉合直流电源时，无论是5V电源还是驱动继电器K用的电源E，都可能相当缓慢的上升或下降，从而完全可能来得及使继电器K的触点短时闭合。 2.5 人机接口电路及其他电路 2.5.1 人机接口 微机接继电保护的人机接口是指键盘、显示器与CPU接口电路。人机接口电路的主要作用是通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校队及各保护CPU 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 16 页 插件通信和巡检任务。为减轻保护CPU的负担，可由可编程键盘、显示器专用接口芯片8279来完成键盘、显示器与保护CPU的接口任务。时钟校对由MC146818独立完成。 键盘输入电路:键盘输入要求:按键开关状态的可靠输入;按键编码;键盘检测功能。 键盘输入电路:继电保护的键盘比较简单，保护面板上键盘只有七个键:,,,,“”“”“”“”(上下左右键)、返回键、复位键和确认键。键盘输入电路有两种，一种是独立式按键电路，另一种是行列式按键电路。 独立式按键电路。在监控程序安排下，接口CPU对74LS245输出不停地检测。由于每一个按键都有特定键值，例如SB1的键值为11111100D即FCH，SB2的键值为11111010D即FAH。输入CPU后，根据该键特定值就可以转向执行该 ,键的功能程序。例如按下“”键，就可转入执行将光标上移一行程序。当键均未被接下时，74LS245接口芯片的输入数码为11111110D即FEH，接口CPU就认为无键输入。 行列式键盘电路。CPU依次给列线P2.4~P2.7扫描出“0”，然后从行线P1.6~P1.7读入按键输入数码。在没有键按下时行线输入均为“1”。当某键按下时，该键对应的行线输入变为“0”，此时，行线的数码与列线数码是唯一确定的。将行线和列线数码组合起来，就能确定是哪一个键按下。根据该数码可以转向执行该键的功能程序。SB1~SB8共8个键，各自的十六进制数码值分别为27H、2BH、2DH、2EH、17H、1BH、1DH、1EH。 2.5.2 通信单元 通信单元是指在各微机之间建立联系。建立联系后就可实现调度自动化、微机保护装置需要与系统管理机通信、对微机保护装置的实时监控。当发生故障时，还可以将微机保护故障信息上传。为此，微机保护装置一般装有RS.232和RS.485串行接口。 2.5.3 电源 ,电源提供了三组稳压电源:1、5V，供各种CPU等;2、15V,供运算放大器及VFC摸/数转换芯片电源;3、24V，供启动、跳闸、信号、告警继电器电源。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 17 页 2.6 纵联差动保护原理 线路纵联差动保护原理简称纵差保护的工作原理是基于比较被保护线路的始端和末端电流的大小和相位。在线路两端安装了具有型号相同和电流比一致的电流互感器，它们的一次绕组用电缆连接起来。连接方式应该要求正常运行或外部短路故障时继电器中没有电流，而在被保护线路内部发生短路故障时，其电流等于短路点的短路电流。 当线路正常运行或外部短路故障时，两端电流大小相等、方向相反，反映在电流互感器二次回路中流过差动继电器中的电流为0。 .....1 (2.11) I,I，I,(I，I),0r2M2N1M1NKTA 当线路保护范围内发生短路故障，线路两端电流都流入故障点，反映在电流互感器二次侧流入到差动继电器中的电流为故障点总得短路电流的二次值，即为 ......I1KI,I，I,(I，I), (2.12) rMNMN2211KKTATA I当流入继电器的电流大于继电器整定的动作电流时，差动保护继电器Iop.rr 动作。以上分析看出，纵差保护的保护范围为线路两端TA之间距离，在保护范围外短路，保护不能动作，故不需要与相邻元件在保护动作值和动作时限上配合。因此可以实现全线瞬时切除。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 18 页 第3章 软件设计 为了更好实现保护功能，提升装置性能，要充分结合硬件、合理安排软件结构。软件的设计应遵循以下原则: (1)准确、可靠。对于一个控制系统而言，准确性和可靠性是两项最重要的指标。要根据装置性能和功能要求采用合适的软件算法，准确实现预期功能，对于各种非正常情况要予以考虑并且给出处理措施，不能“死机”。 (2)易于理解和维护。对于一个保护装置而言其，控制系统结构相对较为复杂，而软件的设计不可能一蹦而就，需要反复调试，所以设计的软件必须容易理解和修改。在编写软件时要多加注释，格式规范，尽量减少循环嵌套、调用嵌套的次数。 (3)程序设计要“自顶向下”。这种模块化的程序设计，将一个程序划分为几个模块，每个模块功能独立，意义单一，明确每个模块的出口和入口。 (4)实时性。继电保护是对时间要求非常高，不但要实时的采集信号、监控系统运行状态，还要在出现故障时，准确判断，及时动作。主控芯片支持C语言和汇编语言混合编程，主程序采用C语言编程，而用汇编语言进行运算量大的数值计算算法编程，需要时进行调用，从而更好满足实时性。 (5)可测性。在相应的软件设计完成后，要按照标准进行测试，测试通过证明软件的实用性。 3.1 初始化程序设计 1、初始化 初始化是指将保护装置的初始值复位的程序。它主要是对DSP芯片的工作方式及参数进行设置，以便在后面的程序中按预定的方案工作。 2、全面自检 对装置的软硬件设备进行一次全面的自检，保证装置在投入使用时处于完好的状态。 (1) RAM的读写检查 将一个数输入到RAM中，在从中读取，把这两者进行比较。如果两者不一 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 19 页 致则说明随机存储器RAM有问题。就需转至告警模块，并将告警信息显示在液晶显示屏上。 (2) 开出自检 开出自检主要的作用是检测开出通道是否能正常。通过依次对硬件输入开出量，然后从反馈回路检查开出量是否相同来检查其系统是否正常运行。但是如果启动继电器的闭锁一直是关闭的，那么保护并不会误动。 (3)整定值检查 每将一套定值存入EEPROM，应该自动固化若干个校验码。若发现只读存储器EEPROM定值求和码与事先存入的定值和不一致，就说明EEPROM有故障，转至告警模块，并将告警信息显示在显示器上。 3、参数刷新 在经过全面自检后，应将所有的数据、标志字清零。 4、开放中断与等待中断 其功能是在每次采样完成后向微机请求中断，来实时监视和获取电力系统的采样信号。 、数据传输通信 5 数据传输通信主要为串口收发数据。串口通信主要完成保护处理CPUTMS320F2812与管理CPULPC2220处理器之间的数据通信，如图3.1所示。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 20 页 图3.1 初始化程序设计流程图 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 21 页 3.2 采样中断服务程序 采样中断服务程序是微机保护软件系统中必不可少的。采样中断服务程序的基本流程图如图所示。由图可见，采样中断服务程序并不只是进行周期性的数据采集(即采样和A/D变换)，通常还需要完成通信数据收发、运行自检、调试、启动自检及故障处理等任务。采样中断服务程序执行，该程序主要负责A/D转换器各路通道模拟信号的采集和模数转换处理，将采集的数据放入数据缓冲区，标记最新采样数据的位置。数据采集还包括对各路开关输入信号、脉冲信号、频率测量信号等的采集工作。 接下来程序要完成的任务是数据的发送和接受，而这都是通信所要求的，在通信任务处理方面也有优先级，必须予以设定，对于那些优先级较高的任务尤其是己经规定相应中断后必须执行的要做出迅速的处理和执行。另外一个问题必须予以足够重视，就是采样中断的速率与通信速率的配合、匹配，在满足规定的采样指标的前提下，还应充分考虑到不会因为与通信速率的不匹配而造成的数据发送迟滞，丢失数据等情况。 通信数据处理完后，进行那些必须在中断服务中完成的自检任务，主要是指输入输出回路的自检、工作电源自检等，因为它们需要当前数据且会影响保护后续功能的正确性，所以必须由中断服务程序完成，否则有可能会引起误动作。 判断保护功能是否开放的作用是为了和主程序想匹配，在主程序中对采样区数据是否充足的判断，若数据不够充分就开放保护功能，则容易造成装置的误动作，必须在采样到了够的数据后从而可以有充分证据证明是否发生了故障，才能对保护功能进行开放。保护功能开放了，才可以进入到下一环节进行保护功能的处理;如若保护功能未开放，程序需要作的是中断返回，重新判断和处理。 判别当前装置的基本工作方式，这通常来自于人机对话部件的请求，基本工作方式有调试方式和运行方式，而不同的方式执行流程是不同的，若为前者，则响应中断后，完成在此阶段的处理任务，然后进入中断返回端口，因为很多调试任务需要在中断服务程序的配合或者在中断中完成，譬如利用外加信号源对各类模拟输入通道的标度进行调试时需要中断采样数据和相关计算结果给与配合。 对启动标志置位与否进行判断，若启动标志己经置位了，说明己经发生故障了并且系统己经检测到了相应的故障，则无需进行其他的判断，直接进入故障处 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 22 页 理程序做出相应的处理。若启动标志未被置位，进行启动判据处理，若判据成立，则记录故障时间，置位启动标志，进行相应故障处理，做好相应中断处理的准备。故障处理模块的基本功能和处理步骤主要包括数字滤波及特征量计算、保护盘踞计算及动作特性形成、逻辑与时序处理、告警与跳闸出口处理、后续动作处理、故障报告形成等。需要说明的是，中断服务程序必须在一个Ts时间内完成，否则将丢失数据。另外，在中断优先级设置方面，通常，程序一旦进入中断，DSP会自动将INTM置位，屏蔽全局中断，此时任何中断到来都不能立即执行，如图3.2所示。 图3.2 采样中断服务程序流程图 3.3 故障保护程序 一个实用的输电线路保护程序，除了能正确处理一般区内的简单故障外，还需要兼顾很多在线路实际内外部故障过程中的复杂过程和配合问题。实现保护动作特性与保护功能的核心就是故障处理程序模块。由程序流程图所示，进入到故 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 23 页 障处理环节后，第一步要做的就是计算保护动作判据，对于故障类型、特征值、区域判别等等，将所有这些结果交给后续逻辑和时序处理序段。 前两个启动元件任何则判为线路上发生了短路故障动元件动作了，则判为系统发生静稳失步。而若前两个启动元件均未动作而第三个启启动元件对引起启动的判据进行了标记，故障处理程序将按此标记正确引导程序执行对应的功能。 进入逻辑和时序处理程序段后，第一步是对静稳失步是否启动做出判断;若己经启动了，则表明装置所保护的部分发生了静稳事故，程序做出的处理是关闭短时开放，这样做的意义在于使保护可立即进入到振荡闭锁的处理，并且更重要的是在下一次相应采样中断程序后不进行其他的处理而是直接进入振荡闭锁功能保护，大大提升了对于静稳事故的保护速度，提高了可靠性。若判断没有启动静稳失步，则证明没有发生静稳事故，故障是短路，程序进入到是否到达短时开放时间的判断，所谓短时开放时间是指从短路故障启动开始算起，规定不小于距离保护I段动作时间加上断路器跳闸时间，此间采样中断服务程序以及故障处理程序己循环执行了多次，要么短路不在距离保护I段内，要么短路在保护I段范围内己经引起跳闸，进入了重合闸等后续过程。若短路开放时间己经达到了，就预示着系统振荡的可能出现，而这个系统振荡恰恰是由短路引起的。 系统的整组复归是指保护软件进行完毕一次完整的事故处理之后，清除所有临时标志，收回各种操作命令，形成事故报告的过程。然后保护装置自动返回到事故发生前的状态，为下一次保护动作做好准备。 接下来程序进行到是否己启动重合闸，这个是根据重合闸启动标志判断，若不启动重合闸，则进入到距离保护I段;若启动重合闸，说明此前己经进行了跳闸并启动了重合闸模块，最后需经过等待整组复归时间的判定后从中断返回。 接下来，故障处理程序进入到判别故障点是否处在I段保护内:若不在I段内，则先设定I段区外标志，然后转到II段，若在I段内，则进行短时关闭是否关闭的判断，若未关闭，表明当前仍在短时开放时间内，则距离保护I段动作，发出跳闸指令并置启动重合闸标志，然后转向整组复归的时间判定和处理;若短时开放己经关闭，表明是在进入闭锁振荡后才判断为保护I段内，可能是因振荡引起的错误判断，因此转向是否满足振荡闭锁开放条件:若满足，表明(在振荡过程中)的确发生了在I段内保护区内故障，保护动作跳闸。若振荡闭锁条件并未 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 24 页 达到，程序是不允许装置跳闸的，其所做的处理流程图所示，是从中断返回，等待下一次中断相应，再作出相应的判断和对应的处理措施。 II段保护的判断，若不在II段内，则先设定II段区外标志并将II段定时器清零，然后进入III段;若在II段区内，首先要判断短时开放关闭与否，如果短时开放没有关闭，说明当前的时间仍然处于短路开放时间内，程序则对应的做出的反映，进入振荡闭锁前就己判为II段区内故障，则进行短时开放内保护II段动作标志，给以这种状态记忆，然后转向II短延时处理，若延时时间己到，则判断是否己设置了短时开放内保护II段动作标志，若未设置，则出口跳闸前必须进入到是否满足振荡闭锁条件的判断，一下过程同I段类似，若己经设置了短时开放内II段动作标志，则无须检查振荡闭锁开放条件，直接进入跳闸动作模块。若II段延时时间未到，程序做出从中断返回的处理，等待下一次中断的相应，重复上述的处理。 III段保护的判断，首先要判别是否处于III段保护范围内，若否，表明短路故障并不应该在这里处理，故障属于本段外部故障，程序需要做的是清零本段定时器、置相应标志、等待复归;若判别故障是在本段发生的，则率先进行延时时间的判断，延时的时间主要由定时器来完成，未到达延时，装置不能动作，只能中断返回，等待再次相应，若达到III段保护的延时时间了，根据相间短路的三段式保护原则，本段无须经振荡闭锁，且动作后不要求进行重合闸，因此可直接发三相永跳令，然后转向整组复归处理，返回，周而复始。 从这个短路保护程序可以看出，软件的设计是充分考虑了可能发生的各种情况，在相应保护的配合上、防止误动作上都做了充分的措施，充分保证了短路故障保护的可靠性，如图3.3所示。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 25 页 图3.3 高频保护的故障处理程序 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 26 页 第4章 微机继电保护的算法 4.1 傅氏算法 傅氏算法是从傅立叶级数导出的。假设被采样的模拟信号是周期性的，采 用此方法可以准确地求出基波分量。傅氏算法始终假设被处理的信号是周期性 uu的，即由稳恒直流、基波和整次谐波分量组成，假设输入信号为，则的一般tt表达式为 n (4.1) u,A，Asin(iw，,)()0,1tii,1i 式子中表示稳定直流分量; A0 表示i次谐波分量幅值; Ai 表示基波角频率; w1 表示i次谐波分量相位。 ,i 在下面的积分方程中 T21U,u(t)y(t)dt (4.2) ,TT,2 式子中表示选定的正交样品函数; y(t) u 表示待分析的时变函数。 (t) y,cosnwt取时，则得n次倍频分量的实部的模值为 U(t)Rn T22U,u(t)cosnwtdt (4.3) Rn,TT,2 y(t),sinnwt取时则得n次倍频分量的虚部的模值为 UIn 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 27 页 T22 (4.4) U,u(t)sinnwtdtIn,TT,2 由此可得模值，即 Un 22 (4.5) U,U，URnInn 并可得到以样品函数为基准的U的相位角， ,n UIn (4.6) ,,arctgURn 该算法在计算机上实现时，也是对离散的采样值进行运算。用离散值计算时，其实部为 N22, (4.7) Uunk,cos,RnkNN,1k 式子中N表示一个周期T中的采样点数; u表示第k个采样值。 k 用同样方法求虚部 N22,Uunk (4.8) ,sin,InkNN,1k 式(4.5)和(4.6)是将式(4.7)和(4.8)的积分用矩形法求得，为了提高准确度，我们可以用梯形法来求式(4.7)和(4.8)的积分。 N,112, (4.9) U,[u，2ucos(k)，u],Rt0kNNNk,1 N,112, Uuk (4.10) ,[2sin()],I1kNNk,1 当每周采样24点，即N=24时，可得到式(4.9)和(4.10)的采样值计算公式 1U,[2，3(u,u,u，u)，3(u,u,u,u)，R11111323210142224 (4.11) 2(u,u,u，u)，(u，u,u，u，u)，2,3(u,u,u，u),2u]391521048202457171912 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 28 页 1U,[2,3(u，u,u,u)，(u,u,u,u)，2(u，u,u,u)n1111323210142239152124 (4.12) ，3(u，u,u,u)，2，3(u，u,u,u),2(u,u)]48162057171968 4.2 两采样值积分算法 设电压过零点后，t时的采样值和落后于一个角的电流采样值，为 ,uuik111 (4.13) u,Usinwt1mk (4.14) i,Isin(wt,,)1mk t相隔时刻的采样值为 ,Tk，1 (4.15) u,Usin,t,Usin,(t，,T)2mk，1mk 为两采样值的时间间隔，即,T,t,t (4.16) ,Tk，1k . (4.17) i,Isin(,t,,),Isin[,(t，,T),,]2mk，1mk 取两采样值、的乘积为 iu11 UImmui,UIsin(,t,,),[cos,,cos(2,t,,)] (4.18) 11mmkk2 tk从式子(4.18)中可见，只要能消除含的项，便可由采样值计算出其幅值Um、Im。为此，再次计算出 UImmui,[cos,,cos(2,t，2,,T,,)] (4.19) 22k2 UImmui,[cos(,,,,T),cos(2,t，,,T,,)] (4.20) 22k2 UImm,，,,，,,,,,,,uiTtT[cos()cos(2)]21k2 (4.21) 于是有， UImmui，ui,[2cos,,2cos,(2,t，,,T,,)] (4.22) 1122k2 UImmui，ui,[2cos,,Tcos,,2cos,(2,t，,,T,,)] (4.23) 1221k2 cos,,T,t将式(4.22)乘以然后与式(4.23)相减，可消去项，得 k ,ui，ui,(ui，ui)cos,T11221221,UIcos, (4.24) mm2sin,,T 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 29 页 用式(4.23)减去式(4.24)消去项，得 t,k ui,ui1221 (4.25) ,UIsin,mm2sin,,T 式(4.25)中用同一电压采样值相乘，或同一电流采样值相乘，则=0，于是得 , 22,u，u,2uucos,T12212U, (4.26) m2sin,,T 22iiiiT，,,2cos,21212I,m2sin,T, (4.27) cos,,T由于是预先选定的常数，所以,都是常数，只要选进间隔,Tsin,,T,T UI的两个时刻采样值便可按式(4.26)和式(4.27)计算出。如选用mm T0,,T,90,，则式(4.26)和式(4.27)可简化为 ,T,4 T22222()()Uuuutut,，,,，m124 (4.28) T22222I,i，i,i(t,)，i(t) (4.29) m124 0,,T,90以式(4.27)除以式(4.28)或(4.29)，并令，可得 ，Uuiuim1122,,Rcos, (4.30) 22，Iii12m Uuiui，m1221sin,,,X22Iii，m12 (4.31) 由事(4.38)和式(4.29)可得阻抗的模值如下: T22u(t,)，u22Uu，u124mZ,,, (4.32) m22TIi，i2212mt(t,)，i4 U,I之间的相差可用下式求出: ,sinui,ui1221,tan,, (4.33) cos,ui，ui1122 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 30 页 第5章 对保护装置进行防干扰的设计 5.1 干扰形式 干扰对微机保护装置的影响: 1、计算或逻辑错误; 2、程序运行出轨; 3、元件损坏。 微机保护装置由核心部分的数字部件和外围部分的模拟部件组成。模拟电路在干扰的作用下使开关电路误动作，在没有完善闭锁措施时将会导致误操作，数字电路在干扰的作用下往往造成数据或地址传递错误，导致微机运行故障，如表5.1所示。 表5.1 干扰形式和消除方法 横模干扰 串联于信号源之中的干扰，即串联干扰，其产生的原因可归结为长线传 输的互感、分布电容的互相干扰及工频干扰等。横模干扰对微机保护的 威胁一般不大，因为微机保护各模拟量输入回路都首先要经过一个防止 频率的模拟低通滤过器，它能很好地吸收横模浪涌 共模干扰 共模干扰就是引起回路对地电位发生变化的干扰，即对地干扰。共模干 扰可以是直流或者交流，它是造成微机保护装置故障的重要原因 消除方法 1、浮空隔离技术;2、三线采样;3、系统一点接地;4、低阻抗匹配传 输5、采用光耦合器件。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 31 页 5.2 微机保护抑制干扰的基本措施 微机保护抑制干扰的基本措施如表5.2所示 表5.2 抑制干扰的基本措施 采用正确合理的接地1、装置的核心是数字部件，其插件之间应遵循一点接地的原则，抑制干扰 以消除共模干扰，预防程序出轨及元件损坏。2、数字与模拟都应 接地。3、功率地应完全独立，对高频电路应采用网状地。4、为了 有效地抑制共模干扰，装置内部的零电位应全部悬浮，同时尽量提 高零电位线与机壳之间绝缘强度，并减少分布电容。 采取屏蔽与隔离措施1、当模拟量输入为交流时，加小变压(流)器隔离，同时应在和特殊电路技术，有小变压(流)器的原副线圈加屏蔽层与机壳应可靠连接。当其输入为效地切断电磁场干扰直流电量时，可用光电隔离技术，还可通过逆变一整流环节实现交的途径。 流隔离。2、采用光电隔离技术。3、数字量输出也应采取光电隔离 的光电接口电路。4、抑制横模干扰的主要方法是采用滤波和退藕 电路。抑制共模干扰的方法是加装旁路电容。 在设计和安装工1、为消除外部辐射电磁场的干扰就可以利用大自然中的屏蔽艺工作中，主要从以物。2、采用屏蔽电缆用来抑制静电藕合及电磁藕合干扰。3、将强下几个方面采取措施电和弱电回路分开安装，使用不同的电缆，避免传输线路互感藕合来抑制微机继电保护造成对弱电回路的干扰。4、当控制电缆无屏蔽层时，可将一根备装置的干扰 用芯接地，增加对地电容、抑制静电干扰。 5.3 抗干扰措施的具体实施方法 采用不扩展的单片机，总线不出芯片，实现电路简单化，大大消除横模干扰,工艺上采用多层印制电路板和表面安装技术;2、交流输入组件上电流变换器、电压变换器选用“R”形铁心，使数据采集系统的精度、线性范围等指标得到显著改善;3、采用带双重屏幕的变换器，正确接地和接零;4、在数据采集系统中采用前置模拟低通滤波器来抑制横模干扰和其他干扰，同时注意其他元件的可靠性;5、装置的零电位线与大地严格隔离，并加以良好的屏蔽，应考虑数字电路电源的纹波接地地线浮动及分布退耦器;6、在输入和输出端接入对地电容，以 [10]减低现场高频干扰及“浪涌”。同时应消除因密集装置造成的杂散耦合，特别是消除工频串扰。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 32 页 结论 在严格遵守国家的各项技术规范的前提下，通过阅览相关的书籍资料、期刊、论文等，对高压电网进行了微机保护装置的设计。涉及到高压输电线路的保护、防干扰等方面的内容。在硬件设计中设计了数据采集系统、CPU主系统、开关量输入输出回路、人机接口电路及其他电路。数据采集系统中主要将A/D转换器和VFC型转换器进行了比较分析，因VFC型转换器具有低通滤波效果，抗干扰能力强等，最终决定使用VFC型转换器。CPU主系统中对单CPU和多CPU方案进行比较整理，结合高压输电线路的可靠性要求，采用多CPU结构。并对于开关量输入输出回路和人机接口电路进行简单介绍。在软件设计中主要设计了:初始化程序设计、采样中断服务设计、故障保护程序设计。对于微机继电保护的算法介绍了傅氏算法和两采样值积分算法。在对保护装置的防干扰设计中，主要介绍了干扰形式(横模干扰和共模干扰)、基本措施和抗干扰的具体措施。最后结合经济效益、电网的可靠性要求等因素，在综合对比后完成了本设计，满足了对高压电网输电线路的保护，提高了电力系统的可靠性。 由于时间关系，本设计还存在一些不足之处，有待进一步的完善。比如:在软件设计中虽然采用了傅氏算法用以滤波，但是最好是独立设置一部分用以滤波。以后工作中我会更努力学习相关的知识，并通过自己的实现提高自己的能力。 高压输电线路中对于保护装置的可靠性要求很高，所以本设计严格遵守国家各项技术指标，严格设计。最终满足了对可靠性的要求。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 33 页 致谢 本文是在导师刘学军教授的悉心指导下完成的。在书写论文前刘老师对计划的安排和处理相当合理，能让我迅速理解，跟随进度。在书写论文中，刘老师都能及时回应我所提出的问题，并能给出独到的见解与意见，使我受益匪浅。在此期间我因实习耽搁论文一段时间，刘老师也能及时和我沟通，并加强指导。刘老师严谨的态度和合理的时间安排让我佩服。在此谨向刘老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。并衷心感谢本学校其他老师和同学，他们在学习和生活上的给予我的关心让我记忆难忘。四年来，我们朝夕相处，感谢他们给予我的所有鼓励和帮助。 最后，感谢家人对我多年来的支持和关爱。他们对我无私的爱与关怀是我不断前进的动力。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 34 页 参考文献 [1]孙光辉，沈国荣.加强三道防线建设确保电网的安全稳定运行.江苏电机工程 [J].2004, 23(5): 4-7. [2]李再华，白晓民，丁剑等.西欧大停电事故分析[J].电力系统自动化.2007, 31(1): 1.3. [3]汤涌，卜广全，易俊.印度“7.30"、"7.31”大停电事故分析及启示[J].中国电 机工程学报.2012, 32(25): 167-174. [4]曾鸣，李娜，刘晓立.印度大停电对我国电力工业的启示[J].华东电力 .2012,40(8): 1273-1276. [5]沈晓凡，程逍，章激扬.2005年全国电网继电保护装置运行情况分析[J].电力 设备.2007, 8(2): 26-29. [6段玉清，贺家李.基于人工神经网络方法的微机变压器保护[N].中国电机工 程学报，1998. [7]刘学军.继电保护原理[M].2版.北京:中国电力出版社，2007 [8]许建安.电力系统继电保护[M].北京:中国水利水电出版社，2005. [9]王梅义等.高压电网继电保护运行[M].北京:水利电力出版社，1984. [10]袁瑞铭，李迪等.基于C语言的TMS320C32 DSP的中断编程方法及BOOT 功能实现[J].电子技术应用，2002, 12:69-71. [11]丁爱民.基于DSP的配电线路微机保护和测控装置的研制[D].北京中国农业 大学硕士学位论文，2001. [12]吴晓梅，邹森元.电力系统继电保护典型故障分析[M]，北京:中国电力出版 社，2001. [13]于群，曹娜.电力系统微机继电保护[M]，北京:中机械工业出版社，2008.1: 1-3 [14]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M]，北京:中国电力出版社，1994.10: 65-70 [15]罗士萍.微机保护实现原理及装置[M]，北京:北京电力出版社，2001 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 35 页 附 录 附录I 硬件系统原理图 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 36 页 附录II CPU主系统图 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 37 页 附录III 程序清单 1.A/D采样程序 #define ADCBASE 0x8100 //AD转换器的基地址 int ADCtable[16]; //16通道AD数据存储器表格 Uint16 ADCflag; //ADC采样标志位 //ADC初始化子程序 Void ADC_Init(void0 { EVAIMRA=0x0080; //定时器1周期中断使能 EVAIFRA=0xFFFF; //定时器1清零 GPTCONA=0x0000; T1PR=2500; //定时器1初值，定时0.4us*2500=1ms T1CNT=0; //定时器1清零 T1CON=0xd446; //增模式，启动定时器 XINT2CR=0x8001; //清除XINT2中断标志位 } //定时器1周期中断服务子程序，即ADC定时采样子程序 void interrupt c_int2() { Uint16 ii //局部计数器 EVAIFRA=0x80; //定时器1中断标志位清0 T1CNT=0; //定时器1清零 for(ii=0;ii<16;ii++) { *(unsigned int*)(ADCBASE+ii)=0;//选通第n个模拟通道 asm(NOP); asm(NOP); PADATDIR=PADATDIR & Oxfffe; //拉低CNVST引脚，启动AD转换 while(XINT2CR & Ox8000;) //查询XINT2中断标志位，若为1，则等待。 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 38 页 XINT2CR=XINT2CR | Ox8000; //清除XINT2中断标志位。 ADCtable[ii]=*(unsigned int*)(ADCBASE+ii);//读取转换完毕的数据 asm(NOP); asm(NOP); } ADCflag=1; //置位ADC采样标志位，可在主程序中查询，处理数据。 asm(CLRCINTM); } 2.FFT算法程序 #define PI 3.1415926 #define SAMPLENUMBER 128 void InitForFFT(); int INPUT[SAMPLENUMBER],DATA[SAMPLENUMBER]; int fWaveR[SAMPLENUMBER],fWaveI[SAMPLENUMBER],w[SAMPLENUMBER]; float sin_tab[SAMPLENUMBER],cos_tab[SAMPLENUMBER]; main() { Int i; for(i=0;i0) { B=b*2;i--; }/*b=2^(L-1)*/ for(j=0;j<=b-1;j++)/*for(2)*/ { P=1;i=7-L; While(i>0)/*p=pow(2.7-L)*i;*/ 烟台南山学院本科毕业设计(论文) 第 40 页 { p=p*2;i-- } } p=p*j; for(k=j;k<128;k=k+2*b)/*for(3)*/ { TR=dataR[k];TI=dataI[k];temp=dataR[k+b]; dataR[k]=dataR[k]+dataR[k+b]*cos_tab[p]+dataI[k+b]*sin_taab[p]; dataI[k]=dataI[k]-dataR[k+b]*sin_tab[p]+dataI[k+b]*cos_tab[p]; dataR[k+b]=TR-dataR[k+b]*cos_tab[p]-dataI[k+b]*sin_tab[p]; dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]-dataI[k+b]*cos_tab[p]; }/*END for(3)*/ }/*END for(2)*/ }/*END for(1)*/ for(i=0;i