毕业设计 110kv线路微机保护装置的设计.doc
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毕业设计 110kv线路微机保护装置的设计,摘要继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。本文的主题是110kv线路保护装置的研究。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。在本...
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摘要
继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。
本文的主题是110kV线路保护装置的研究。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。在本装置设计中，距离继电器由正序电压极化，使其有很好的方向性；设计了低压距离继电器可以保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性。还对装置中采用的保护、采样算法进行了论述。
本文从软硬件两个方面着手，对110kV线路微机保护装置进行了设计。它的硬件结构核心由80C296和ADSP2181组成，CPU 完成装置的总启动元件和人机界面及后台通信功能，DSP完成所有的保护算法和逻辑功能， CPU内设总启动元件，启动后开放出口继电器正电源，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。本文还对装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能作了具体介绍。
关键词：微机保护；110Kv输电线路；数字信号处理（DSP）；微机保护算法
Abstract
Protective relay is the one of devices to response the fault and abnormal of electric power system to send out signals to trip CB. With the expansion of the power system and the consumer higher requirement for quality of power energy, the protection relay's criteria must be improved greatly and developed to satisfy the higher requirement.
This thesis is the research of 110kV-line computer basesd protection relay. This paper recalled the history, the current development and future blueprint of computer relay protection. In this paper, it proposed the distance relay with positive sequence polarized voltage which will have better fault-direction recognization.Direction recognization also can be effective when three phase fault takes plase because of low-voltage relay introduction. It is also discussed protection algorithm in the thesis.
This paper developed a 110kv transmission line computer based protection with its hardware and software designs. The hardware is developed by main chip 80C296 and ADSP2181. The CPU fullfels relay start-up, MMI and communication and the DSP processes relay algorithm and logic functions. The start-up function in the realy is to energize trip relay positive pole of DC power supply. The protection has very high inherent reliability and security. This paper developed the software of the equipment. The software function of each block has be detailed
The prevention the intervention of electric-magnetic is introduced in the relay. Testing proved its accuracy and reliability in principle, algorithm, hardware and software.
Key words: Computer relay protection；110KV transmission line；Digital Signal Processing (DSP)
目录
第一章 绪论 5
1.1电力系统微机保护的概述 5
1.2微机保护的特点 5
1.3微机保护的国内外研究概况与发展趋势 6
1.4本课题研究背景和意义 7
1.4.1本课题研究的背景 7
1.4.2本课题研究的意义 7
1.5本论文各章节的主要内容 8
第二章 线路保护装置配置与原理分析 9
2.1引言 9
2.2 110kV线路保护配置 9
2.2.1距离保护 10
2.2.2零序方向电流保护 10
2.2.3重合闸 11
2.3微机距离保护的原理与特点 11
2.3.1短路时母线残压计算的一般公式 12
2.3.2低压距离继电器 13
2.3.3接地距离继电器 16
2.3.4相间距离继电器 17
2.4零序方向过流保护的原理与特点 19
2.5振荡闭锁 19
2.5.1起动开放元件 19
2.5.2 160ms后发生区内不对称故障开放元件 20
2.5.3对称故障开放元件 20
2.6双回线相继速动保护 22
2.7不对称相继速动保护 22
2.8重合闸 22
2.9本章小结 23
第三章 线路微机保护的算法 24
3.1引言 24
3.2采样算法选择 24
3.2.1假定输入为正弦的算法—半周积分算法 24
3.2.2周期函数算法—傅氏算法 27
3.2.3快速傅立叶算法 28
3.3保护算法分析 30
3.3.1方向阻抗继电器算法 30
3.3.2零序方向继电器算法 30
3.4本章小结 31
第四章 装置硬件设计 32
4.1引言 32
4.2硬件系统基本结构设计 32
4.3电源插件（DC） 33
4.4交流输入变换插件（AC） 33
4.5低通滤波插件（LPF） 34
4.6 CPU插件（CPU） 34
4.6.1 80C296SA性能特点 35
4.6.2 ADSP2181性能特点 35
4.6.3 CPLD可编程逻辑设计 37
4.6.4 CPU扩展电路设计 38
4.7系统复位电路 40
4.8通信插件（COM） 40
4.9 24V光耦隔离插件（OPT） 41
4.10继电器出口插件（OUT） 41
4.11显示面板（LCD） 42
4.12操作回路插件（SWI） 42
4.13本章小结 44
第五章 装置软件设计 45
5.1引言 45
5.2保护程序结构 45
5.3主程序设计 46
5.4采样程序设计 48
5.5装置起动程序设计 49
5.5.1装置总起动元件 50
5.5.2保护起动元件 50
5.6正常运行程序设计 50
5.7故障运行程序设计 51
5.8本章小结 53
第六章 总结和展望 54
致谢 55
参考文献 56
附录A：装置保护功能实现逻辑 57
A.1距离保护方框图 57
A.2 过流保护方框图 58
A.3 跳闸逻辑方框图 59
A.4重合闸逻辑方框图 60
继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。
本文的主题是110kV线路保护装置的研究。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。在本装置设计中，距离继电器由正序电压极化，使其有很好的方向性；设计了低压距离继电器可以保证母线三相故障时继电器不可能失去方向性。还对装置中采用的保护、采样算法进行了论述。
本文从软硬件两个方面着手，对110kV线路微机保护装置进行了设计。它的硬件结构核心由80C296和ADSP2181组成，CPU 完成装置的总启动元件和人机界面及后台通信功能，DSP完成所有的保护算法和逻辑功能， CPU内设总启动元件，启动后开放出口继电器正电源，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。本文还对装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能作了具体介绍。
关键词：微机保护；110Kv输电线路；数字信号处理（DSP）；微机保护算法
Abstract
Protective relay is the one of devices to response the fault and abnormal of electric power system to send out signals to trip CB. With the expansion of the power system and the consumer higher requirement for quality of power energy, the protection relay's criteria must be improved greatly and developed to satisfy the higher requirement.
This thesis is the research of 110kV-line computer basesd protection relay. This paper recalled the history, the current development and future blueprint of computer relay protection. In this paper, it proposed the distance relay with positive sequence polarized voltage which will have better fault-direction recognization.Direction recognization also can be effective when three phase fault takes plase because of low-voltage relay introduction. It is also discussed protection algorithm in the thesis.
This paper developed a 110kv transmission line computer based protection with its hardware and software designs. The hardware is developed by main chip 80C296 and ADSP2181. The CPU fullfels relay start-up, MMI and communication and the DSP processes relay algorithm and logic functions. The start-up function in the realy is to energize trip relay positive pole of DC power supply. The protection has very high inherent reliability and security. This paper developed the software of the equipment. The software function of each block has be detailed
The prevention the intervention of electric-magnetic is introduced in the relay. Testing proved its accuracy and reliability in principle, algorithm, hardware and software.
Key words: Computer relay protection；110KV transmission line；Digital Signal Processing (DSP)
目录
第一章 绪论 5
1.1电力系统微机保护的概述 5
1.2微机保护的特点 5
1.3微机保护的国内外研究概况与发展趋势 6
1.4本课题研究背景和意义 7
1.4.1本课题研究的背景 7
1.4.2本课题研究的意义 7
1.5本论文各章节的主要内容 8
第二章 线路保护装置配置与原理分析 9
2.1引言 9
2.2 110kV线路保护配置 9
2.2.1距离保护 10
2.2.2零序方向电流保护 10
2.2.3重合闸 11
2.3微机距离保护的原理与特点 11
2.3.1短路时母线残压计算的一般公式 12
2.3.2低压距离继电器 13
2.3.3接地距离继电器 16
2.3.4相间距离继电器 17
2.4零序方向过流保护的原理与特点 19
2.5振荡闭锁 19
2.5.1起动开放元件 19
2.5.2 160ms后发生区内不对称故障开放元件 20
2.5.3对称故障开放元件 20
2.6双回线相继速动保护 22
2.7不对称相继速动保护 22
2.8重合闸 22
2.9本章小结 23
第三章 线路微机保护的算法 24
3.1引言 24
3.2采样算法选择 24
3.2.1假定输入为正弦的算法—半周积分算法 24
3.2.2周期函数算法—傅氏算法 27
3.2.3快速傅立叶算法 28
3.3保护算法分析 30
3.3.1方向阻抗继电器算法 30
3.3.2零序方向继电器算法 30
3.4本章小结 31
第四章 装置硬件设计 32
4.1引言 32
4.2硬件系统基本结构设计 32
4.3电源插件（DC） 33
4.4交流输入变换插件（AC） 33
4.5低通滤波插件（LPF） 34
4.6 CPU插件（CPU） 34
4.6.1 80C296SA性能特点 35
4.6.2 ADSP2181性能特点 35
4.6.3 CPLD可编程逻辑设计 37
4.6.4 CPU扩展电路设计 38
4.7系统复位电路 40
4.8通信插件（COM） 40
4.9 24V光耦隔离插件（OPT） 41
4.10继电器出口插件（OUT） 41
4.11显示面板（LCD） 42
4.12操作回路插件（SWI） 42
4.13本章小结 44
第五章 装置软件设计 45
5.1引言 45
5.2保护程序结构 45
5.3主程序设计 46
5.4采样程序设计 48
5.5装置起动程序设计 49
5.5.1装置总起动元件 50
5.5.2保护起动元件 50
5.6正常运行程序设计 50
5.7故障运行程序设计 51
5.8本章小结 53
第六章 总结和展望 54
致谢 55
参考文献 56
附录A：装置保护功能实现逻辑 57
A.1距离保护方框图 57
A.2 过流保护方框图 58
A.3 跳闸逻辑方框图 59
A.4重合闸逻辑方框图 60
