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电力系统保护技术中微机保护装置设计随着电力行业的不断发展，电网规模逐渐扩大，对电力系统保护技术的要求也越来越高。
而微机保护装置作为电力系统保护技术中的重要组成部分，对于保障电网的稳定运行和安全性具有重要作用。
在本文中，将重点关注电力系统保护技术中微机保护装置的设计。
一、微机保护装置的基本构成微机保护装置是指采用计算机技术、现代电子技术与电力保护技术相结合，对电力系统进行各种保护功能的装置。
微机保护装置的基本构成包括：数据采集模块、信号处理模块、控制执行模块和通信模块。
数据采集模块是微机保护装置的重要组成部分之一，其主要作用是采集电力系统中各种参数的数据。
在设计过程中，应该充分考虑数据采集的精度和实时性，以保证数据的准确性和可靠性。
信号处理模块是微机保护装置的核心部分，其主要作用是对采集的数据进行处理和分析，提取出故障信息，并进行保护决策。
在设计过程中，应该根据不同的电力系统情况，灵活选择不同的信号处理算法，以满足电力系统保护的要求。
控制执行模块是微机保护装置的另一个重要组成部分，其主要作用是根据信号处理的结果进行电力系统保护决策，并控制保护设备的动作。
在设计过程中，应该注意控制执行模块的可靠性和稳定性，以保证电力系统的运行安全。
通信模块是微机保护装置的可选组成部分，其主要作用是与其他设备进行通信，并进行远程监控和管理。
在设计过程中，应该充分考虑通信模块的兼容性和可扩展性，以满足不同应用场景的要求。
二、电力系统保护技术中微机保护装置的应用微机保护装置可以应用于电力系统中各种电力设备的保护，包括变电站、发电厂、输电线路和配电系统等。
在实际应用中，需要根据不同的电力系统情况进行不同的配置和调试，以达到最佳的保护效果。
在变电站中，微机保护装置可以对变压器、开关和电容器等各种设备进行保护。
例如，对变压器进行绕组差动保护、油流保护和过压保护等；对开关进行过流保护、接地保护和过电压保护等；对电容器进行电流保护和电压保护等。
目录1、概述 12、技术指标13、结构34、硬件说明35、保护原原理56、动作信息及说明107、键盘及显示说明118、装置安装调试219、投运说明及注意事项2310、订货须知2411、附图261，概述1.1WBH-150系列微机变压器成套保护装置是采用先进软件，硬件技术开发的新一代微机保护产品，作为35KV及一下电压等级的成套保护装置。
1.2定型箱工程选用指南1．2．1 WBH-151变压器差动保护箱本保护装置配置有两圈变压器差动保护，并可配置有载调压轻，重瓦斯保护等非电量保护，个保护可由软件控制字进行投退，本保护箱对变压器一侧（建议为高压侧）断路器进行控制，可带压力闭锁跳，合闸，弹簧未储能闭锁合闸功能；可实现远方跳，合闸操作，并可闭锁该操作1.2.2 WBH-152变压器后备保护箱本保护装置配置有两圈变压器高压侧后备保护，包括：二段式〈复合电压〉过流保护，过负荷保护，断相保护，零序电压保护，并可配置轻，重瓦斯保护，过温等非电量保护，各保护可由软件控制字进行投退；本保护箱对变压器一侧（建议为低压侧的）短路器进行控制，可带压力闭锁跳，合闸，弹簧未储能闭锁合闸功能；可实现远方跳、合闸操作，并可闭锁该操作。
1.3主要特点●加强型单元机箱，抗强振动、强干扰设计，特别适应于恶劣环境●以高可靠性工业级80C196为主体，集成电路采用工业品或军品，●装置无背后扎线，在工艺上充分保证制造质量；●液晶显示可切换中、英文菜单，信息详细直观，操作、调试方便稳定性、可靠性高●全范围温度自动补偿，保护装置可长期安全工作在—10℃”十55℃环境中●集保护、控制、测量、遥信功能于一体；●软硬件校时功能；●1 0次带时间信息的保护动作事件记录，且掉电保持；●工业级RS-422、RS—485或LonWorks总线网络，组网经济保护管理机联网通信；●功能齐全的断路器操作回路2技术指标2．1 基本数据2．1．1额定交流数据a．额定交流电流心5A或1Ah额定交流电压U。
继电器36 2000 年3 月RELAY 第28 卷第3 期关于变压器微机保护组屏方案及装置设计的几点看法苏茂钧,肖正强,牛红星,孙东雷,韩晓明(许继四方分公司, 河南许昌461000)摘要: 微机保护以其灵活、可靠、易维护和通讯功能强大等特性成为当前国内继电保护主流。
我们对许继四方分公司已投运的变压器微机保护进行归纳、整理和分析;针对变压器微机保护的装置、软件及组屏设计中的一些思路和所遇到的问题,结合用户建议和解决方案提出几点看法。
关键词: 保护; 元件; 微机保护; 变压器中图分类号: TM773 文献标识码:B 文章编号:1003-4897(2000) 03-0036-041 CST 系列变压器微机保护的特点四方公司根据不同的电压等级和用户的不同要求,开发出了多品种多系列的变压器微机保护装置。
从性能上分,有独立主保护的CST30 系列、适用于220kV 及以上电压等级的CST100 系列、220kV 及以下电压等级的CST200 系列、所用变CST300 系列、农电CST400 系列等;从结构上看,有主后同一机箱、三侧后备同一机箱、;从主保护护装设于套管CT , 另一套装设于开关CT 。
此配置方案加强了变压器内部故障的检测能力,并在母线与旁路切换的瞬时,尚能由套管CT 上装设的差动保护进行变压器保护。
其中,两套主保护装置可采用相同原理的比率差动保护(如GCST231B22233A 、GCST231B22234A 配屏方案) ,也可采取不同原理(如GCST31A22233A 、GCST33A22234A 配屏方案) ,后备保护采用三侧后备共用机箱的方案。
2) 组屏设计也可遵循主后保护各自独立的原别波形原理。
制动原理分,有二次谐波原理、间断角原理和模糊识其中CST100 系列采用双VFC 、双CPU 的硬件冗余双重化模式, 适用于高压和超高压变压器;CST231B 主后同一机箱方式可实现主后闭锁;CST230B 后备同一机箱可实现主后独立,简化后备配置;CST210A 单侧后备单机箱方式可满足各侧保护相互独立要求。
一、微机继电保护装置的特点1．可靠性高微机保护的软件设计，考虑到电力系统中各种复杂的故障，具有很强的综合分析和判断能力，几乎就是一个专家智能系统。
而常规保护装置，由于是各种器件组成的，不可能做得很复杂，否则硬件越多，越复杂，本身出故障的概率就越大，可靠性当然就降低了。
另外微机保护装置的自检与巡检功能也大大提高了其可靠性。
2．动作正确率高鉴于计算机软件计算的实时性特点，微机保护装置能保证在任何时刻均不断迅速地采样计算，反复准确地校核。
在电力系统发生故障的暂态时期内，就能正确判断故障，如果故障发生了变化或进一步发展也能及时做出判断和自纠。
如在保护延时动作或重合间延时的过程中都能监视系统故障的变化，因此微机保护的动作正确率很高，运行实践已证明了这点。
3．易于获得各种附加功能由于计算机软件的特点，使得微机保护可以做到硬件和软件资源共享，在不增加任何硬件的情况下，只需增加一些软件就可以获得各种附加功能。
例如在微机保护装置中，可以很方便地附加了低周减载和自动重合闸等自动装置的功能。
4．保护性能容易得到改善由于计算机软件可方便改写的特点，保护的性能可以通过研究许多新的保护原理来得到改善。
而且许多现代新原理的算法，在常规保护中是很难或根本不可能用硬件来实现的。
5．使用灵活、方便目前微机保护装置的人机界面做得越来越好，也越来越简单方便。
例如汉化界面、微机保护的查询、整定更改及运行方式变化等等都十分灵活方便，受到现场继电保护工作入员的普遍欢迎。
6．具有远方监控特性微机保护装置都具有串行通信功能，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的特点并将微机保护纳入变电所综合自动化系统。
三、微机保护的学习方法微机保护专业基础是单片微机原理和电力系统继电保护原理，显然要学好微机保护就得掌握一定的单片微机原理和电力系统继电保护原理。
对于专业入员的培训学习，目前主要的困难还在于单片微机的基本知识。
为了提高培训学习的效率，对于单片微机原理应该抓住单片微机的实质，而不应以单片微机电路的细节为主，要防止钻进去而跳不出来，在具体细节上纠缠不清的现象。
微机继电保护原理随着计算机技术及网络技术的迅速发展,微机继电保护由于其具有比传统继电保护装置更显著的优势,在电力系统中得到了广泛的应用。
目前,在新建电气化铁道供电系统中的牵引网馈线、牵引变压器、并联电容器补偿装置均采用了微机保护装置。
本章讲述微机保护原理基础知识,主要包括硬件结构、数据采集、数字滤波、特征量和保护动作判据的算法、软件流程、抗干扰措施及微机保护的发展趋势等的内容。
随着计算机技术及网络技术的迅速发展，微机继电保护由于其具有比传统继电保护装置更显著的优势，在电力系统中得到了广泛的应用。
目前，在新建电气化铁道供电系统中的牵引网馈线、牵引变压器、并联电容器补偿装置均采用了微机保护装置。
本章讲述微机保护原理基础知识，主要包括硬件结构、数据采集、数字滤波、特征量和保护动作判据的算法、软件流程、抗干扰措施及微机保护的发展趋势等的内容。
4.1概述4.1.1计算机在继电保护领域中的应用和发展概况近几十年来电子计算机技术发展很快，其应用已广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域，使各行业的面貌发生了巨大的变化，继电保护技术也不例外。
在继电保护技术领域，微机除了用作故障分析和保护动作性能分析外，20世纪60年代末期已经提出用计算机构成保护装置的倡议。
到了20世纪70年代末期，出现了一批功能足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，因而无论在技术性上还是经济性上，已具备用一台微型计算机来完成对一个电气设备建立保护功能的条件，从此掀起了新一代的继电保护——微机保护的研究热潮。
我国在微机保护方面的研究工作起步较晚，但进展速度却很快。
1984年上半年，由华北电力学院研制的第一套以6809(CPU)为基础的微机距离保护样机投入试运行。
1984年底在华中工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。
经过20多年的研究、应用、推广与实践，现在微机保护产品已经成为新投入使用的继电保护设备的主体。
电力系统微机保护题目：10KV干式配电变压器微机保护装置设计学院名称：电气工程学院专业班级：电气F1101 学生姓名： *********学号： 201123910305目录目录 (2)1.干式变压器及其微机保护装置研究设计概述 (3)1.1背景概述 (3)1.2干式变压器优点及意义 (3)1.3干式变压器微机保护装置概述 (3)2.保护装置硬件设计 (4)2.1保护装置的硬件选择 (4)2.2 保护装置通信系统的实现 (5)2.3模数转换电路 (6)2.4CAN通信电路 (7)3.保护装置的软件设计 (8)3.1保护单元软件设计 (9)3.2管理单元软件设计 (11)3.3软件系统抗干扰措施 (12)4.模块化编程的实现 (13)4.1 保护装置程序的构成 (13)4.2 保护单元模块化编程的实现 (13)5.总结 (15)评分表 (16)1.干式变压器及其微机保护装置研究设计概述1.1背景概述随着现代社会日新月异地快速发展，要求防火的场所大量增加，如高层建筑、地铁、火车站、机场及石油化工企业等日益增多，人们对变压器的安全性能提出了越来越高的要求。
由于矿物油易燃、易爆，因而油浸式变压器不宜安装于防火要求高的场所，而且油浸式变压器在运行中也会因渗漏油而污染环境。
干式变压器由于其防火性能好而被广泛地应用。
1.2干式变压器优点及意义干式变压器与油浸式变压器相比具有以下优点。
1）干式变压器避免了由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾和爆炸的危险。
由于干式变压器使用的绝缘材料均为难燃、阻燃材料，即使运行中变压器发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会使火灾的灾情扩大。
2）干式变压器不会像油浸式变压器那样存在渗漏油问题，更无变压器油老化等问题，因此运行维护和检修的工作量大为减少。
3）干式变压器一般为户内式装置，对特殊需要的场所也可制成户外式。
对户内式而言，它可以和金属封闭开关设备安装在同一室内，也可以和金属封闭开关设备共用一个外壳，从而可节省安装面积。
变压器微机保护装置的设计原理1、设计背景</）电力变压器是电力系统中应用相当普遍而又十分重要的电气设备，它尤其在发电厂、变电站中起着举足轻重的作用！是整个电力系统稳定运转的有力保证！它运行较为可靠，故障机率小。
但即便如此，还是可能发生箱内故障、箱外故障及其他不正常工作状态。
其中，箱内故障是非常危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁芯，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。
一旦发生故障，将给电力系统的运行带来严重的后果。
在本实验设计中，我们根据当前变压器微机保护装置的设计方向，将变压器的一二次侧的电压与电流、变压器的温度这三组量作为电力变压器运行状态的检测参数，通过对参数的测量并随之采取相应的措施，以达到对变压器实现有效的保护与控制。
2、设计的意义根据变压器的容量大小及其重要程度安装灵敏、快速、可靠和选择性好的各种专用保护装置是极为重要的，通过为变压器配备专用的智能保护装置，有效地保证变压器的安全运行和防止扩大事故。
二、设计方案根据方案所需要实现的功能，我们将系统构建成信号输入→信号处理→信号输出的模式，其系统框图下图所示。
左边为信号输入部分，可分为几个小模块进行设计；中间是信号处理部分，为AT89C51最小系统；右边为信号输出部分，也可分为几个小模块进行设计。
图2-1 保护系统框图键盘输入和液晶显示模块又称为人机接口模块，主要负责参数的输入和状态的显示，这里采用的是小键盘输入和LCD1602液晶模块。
电流检测模块采用的是Maxim公司生产的Max471芯片，电压检测模块采用AD736，温度监测模块选用Maxim公司的MAX6674。
在电压、电流分别通过电压互感器和电流互感器后，再经过电流、电压监测模块，进行对数据的采集与转换；变压器的温度直接通过温度监测模块进行收集，接着把转换过的数据通入单片机中进行处理，最后报警并显示变压器当前的参数值并自动地控制、调整变压器的运行。
三、系统模块的设计从总体上看，变压器智能保护系统可以分为以下模块：CPU模块、温度信号处理模块、电流信号监测处理模块、电压信号监测处理模块及<显示）输出模块、通信模块。
下面我们就一一进行较为详细的阐述。
1、CPU模块在本设计中采用的微处理器<CPU）是AT89C51，它是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes可编程可电擦除的只读存储器<PEROM）和128bytes的随机存储器<RAM），片内置通用8位中央处理器，和FLASH存储单元，功能强大，可供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
在本系统中，只需一片89C51并少许扩展外围信号调理电路，即可出色地实现本系统功能。
下图便是本设计所用到的单片机：AT89C51：图3-1 AT89C51外部引脚图单片机的复位电路：图3-2 单片机复位电路图时钟电路:图3-3 时钟电路图2、温度信号处理模块采用Maxim公司生产的数字温度变送器MAX6674。
MAX6674原理图如图3-4：图3-4 MAX6674原理图另外我们还采用了6N137光耦合器，以求对继电器信号进行采集。
这是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
6N137光耦合器原理图：图 3-5 6N137广耦合原理图在具体的设计电路中，本芯片由模拟电源提供3.3V电压，并且接地点与模拟地AGND 相连，AGND与数字地DGND和通信地CGND等通过单点跟系统外壳<上图中用粗黑线画出的）共地，最后接入真正的大地。
采取模拟电压供电和单独接入模拟地AGND的原因是为了防止数字电路的信号噪声干扰模拟信号采集电路，导致对模拟信号的采在集出错。
其中MAX6674与数字系统的通信采用高速通信光耦隔离。
通过Protel绘制的温度信号处理电路如下图所示。
温度监测模块：图3-6 温度检测模块电路图3、电压、电流信号处理模块，对于电压信号处理模块，我们采用AD736芯片进行对电压的采集与A/D转换。
AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。
其主要特点是准确度高、灵敏性好<满量程为200mVRMS）、测量速率快、频率特性好<工作频率范围可达0～460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200μA.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%.AD736采用双列直插式8脚封装，其内部结构图如图3-7：图3-7 AD736内部机构图在测量电压时，由于变压器的电压量值较大，我们需要先通过电压互感器，将交流高电压降低为交流低压，以便于我们所设计的电压监测控制模块的安全与有效处理。
电压监测转换模块：图3-8 电压监测转换模块电路图接着，对于电流信号处理模块，我们采用Maxim公司生产的MAX471芯片，有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单的实现以大地为参考点的电流转换，并可工作在较宽的电压范围内。
拥有完美的高端电流监测功能，内部含有精密的内部监测电阻，在工作范围内，精度为2%。
MAX471内部结构如图3-9。
图3-9 MAX471内部结构图在测量电流时，也需要先将大电流转换为小电流，再通过电流监测转换模块。
电流监测转换模块：图3-10 电流监测转换模块电路图4、报警，警示灯部分当电力变压器的温度，电流，电压超出额定值时，系统警报系统将会亮灯、鸣笛给与警示，以防工作人员在变压器故障情况下进入工作区域，造成人员伤亡。
随后系统将会根据情况自动进入以下两种维修状态。
1.当变压器温度高于线圈材料的熔点时，即便变压器冷却下来，电流、电压降低下来，也不能随即启动，必须先人为检修后，才能重新启动(通过按钮手动启动>。
2，若变压器最高温度没有高于线圈材料的熔点，则可以待变压器冷却后直接自动重启。
报警模块：图3-11 报警模块电路图5、键盘与显示键盘模块：当维修人员修复好烧坏的变压器线路时，按键以提示系统可以重新启动。
图3-12 键盘模块电路图显示模块：在电力变压器智能保护装置中，我们采用LCD1602液晶显示模块，它具有微功耗，体积小，显示丰富，超薄轻巧的诸多有点，在各类仪表和低功耗系统中得到了广泛的应用。
此外，程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而这里用到的LCD1602能够自动完成此功能。
显示模块电路图：图3-13 显示模块电路图6、RS485串行口通信模块在综合了传输距离，传输成本等多种因素后我们选择串行口通信，进行数据的创送。
为了防止外界干扰，首先采用高速光耦将单片机的UART口和RS-485通信器件隔离，单片机和RS-485通信器件单独供电，这样由通信线路从外界引入的干扰将止于高速光耦处，不会从光耦进入单片机，大大提高了单片机的稳定性。
单片机异步通信口与76176之间采用光电隔离数据通信模块：图3-14 RS485串行通信电路图7、设计总图图3-15 变压器智能保护系统电路图四、软件流程设计1.综合分析综合考虑主变压器智能保护系统的高实时性、多任务多线程、AT89C51的硬件条件和实际可操作性，最后确定以51系列μC／OS-II的小型实时操作系统作为系统控制的运行平台，在其基础上进行主变的智能实时测控保护。
综合考虑本系统需要实现的功能，总结出了八大任务可供系统调用：温度检测任务、一二次侧电流检测任务、一二次侧电压检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、键盘检测任务、RS-485总线通信任务、智能报警任务。
在这些任务中，温度检测任务、电流、电压检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、报警任务均没有外部中断启动条件，因此，这些任务都作为时钟实时定时任务。
键盘输入的检测也是由时钟实时定时任务来完成。
RS-485总线通信任务是由外部中断触发启动或者内部事务主动调用启动。
本系统的开发编译环境采用KeilμVision3，它是KeilSoftware公司最新出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。
2.软件算法本系统的软件算法主要涉及到温度监测、一二次侧电压电流监测、键盘显示控制、通信控制、系统报警调度控制。
温度监测将作为一个系统时钟中断驱使任务，可定时实时完成；电流、电压监测也将作为一个系统时钟中断驱使的任务，定时实时完成；供显示任务和通信任务调用；键盘显示控制中共有4个按键，先由2个I／O口扫描输出，然后再由2个I／O扫描输入，确定按键是否按下；通信控制算法主要是解决通讯任务的启动方式，分为实时中断启动和随机中断启动两种方式；系统调度控制的作用是对上述几个任务进行调度和分配，同时也承担系统各控制参数的修改、控制和检测。
3.软件流程图<简易）主程序流程图五、设计总结新型主变压器集成式电量与非电量智能测控装置实现了“集成化”和“智能化”。
其硬件电路采用AT89C51作为控制器的核心，从而大大降低了整个测控装置的功耗和体积，提高了实时控制能力。
软件设计上，以实时操作系统为平台，并在其基础上快速、良好而又实时地运行各种检测和显示任务，达到了智能化和实时性的目的。
对于本次实验，我的收获是很大的：首先，加深理解了单片机的知识，并运用学到的专业知识和研究思路进行了对电力系统领域问题的研究；其次，我们在课程设计中得到了很好也很难得的锻炼机会，这是平时的实验根本不可能达到的训练目的。
同时培养了自己严谨求实的研究、学习作风！我也充分体会到系统设计的艰难与曲折！六、文献参考[1]公茂法．单片机原理与实践．北京航空航天大学出版社．2009．[2]郭天祥．十天学会单片机．北京师范大学出版社．2000, 6[3]刘军华．传感器技术及应用实例．电子工业出版社．2008, 5。
