基于单片机的线路保护设计与实现.docx

毕业设计（论文）基于单片机的线路保护设计与实现系别：机电信息学院专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师姓名、职称：完成日期2023年12月14日论文题目：基于单片机的线路保护设计与实现(硬件)专业：电气工程及其自动化本科生：(签名)指导教师：(签名)摘要电力作为一种高级、清洁、方便的能源利用形式，正越来越广泛地应用于经济社会的各个方面。电力系统运行的平安性是形成系统威胁的主要问题，然而电力系统中的故障却是不可防止的。为确保系统平安稳定运行，增强供电的可靠性和连续性，就需要一个优质的故障诊断分析系统。输电线路，它连接着电源和各种用电设备，实现电能的传输任务。当输电线路发生短路故障时，短路电流比正常工作电流大许多倍，产生巨大的热效应和力效应。这不仅危及线路的本身的运行，而且给整个电力系统的平安稳定运行带来了隐患。本设计对采用单片机构成结构简单，本钱低，使用方便的三段式电流保护装置的硬件结构、软件设计进行了研究，设计了一种基于AT89S52单片机的输电线路电流保护装置。本论文重要包括二大局部的内容。第一局部介绍了微机保护的相关知识；第二局部为单片机实现线路过流保护的硬件电路设计，包括模拟电流输入、单片机系统、继电器动作、以及按键和显示电路，并介绍了了LM324、ADO809、LF398等芯片。关键词：单片机；继电保护；电流保护；电流。研究类型：应用研究Subject:BasedonSCMlineprotection(hardware)Specialty:ElectricEngineeringandit,sAutomationName:LiuYongJin(Signature)Instructor:FuZhouXing(Signature)AbstractElectricpowerasasenior>clean,convenientenergyusefbrm»iswidelyusedintheaspectsofeconomicsociety<Powersystemoperationsafetyofthemainthreatistoformasystemproblem,however,isthepowersystemfaultinevitable.Toensure(hesafeandstableoperationofthesystem,strengthenthepowersupplyreliabilityandcontinuity,youneedahighqualityfaultdiagnosisanalysissystem.Powerlines,itconnectsthepowerandallkindsofelectricequipment,realizepowertransmissiontask.Whenthetransmissionlineshappenwhenthefaultthannormalworkingcurrentshortcircuitcurrentmanytimes,theenormousheatingandpowereffect.Thisnotonlyendangerlinesoftheoperationitself,andthewholepowersystemforthesafeandstableoperationofbroughthiddentrouble.Thisdesignbysinglechipmicrocomputerconstitutesofsimplestructure,lowcostandconvenience3-sectionalcurrentprotectiondeviceofthehardwarestructureandsoftwaredesignresearch>designakindof52singlechipmicrocomputerbasedonMCStransmissionlinecurrentprotectiondevice.Thispaperincludestwomostimportantcontent.Thefirstpartintroducesthemicrocomputerprotectionrelatedknowledge；Thesecondpartisthesinglechipmicrocomputertransmissionlinecurrentprotectionhardwarecircuitdesign,thedesignofthesimulation,theinputchannelandsingle-chipmicrocomputersystem>switchingoutputchannelandthekeyboardandshowcircuit»andintroduceLM324,itAD0809,LF398chip,etc.Keywords:Singlechipmicrocomputer；Therelayprotection；Currentprotection；current.Typeofresearch:appliedresearch目录目录11绪论11.1 选题的目的和意义11.2 电力系统继电保护的任务11.3 继电保护装置原理和装置的组成21.3.1 继电保护的原理21.3.2 继电保护装置的构成31.4 继电保护的根本要求31.4.1 选择性31.4.2 速动性31.4.3 灵敏性31.4.4 可靠性41.5 微机保护系统的简介41.5.1 继电保护的开展过程41.5.2 微机保护的特点42输电线路电流保护的原理52.1 三段式保护的根本概述52.2 三段式电流保护的整定方式52.2.1 电流速断保护第I段62.2.2 限时电流速断保护第Il段72.2.3 定时限过电流保护第Ill段73单片机实现输电线路电流保护的硬件总体设计83.1 系统的根本结构83.2 硬件设计中器件的选择83.3 单片机的简介93.4 单片机的定义93.3.2单片机主系统介绍IO4硬件设计各局部详解134.1 单片机主系统设计134.1.1 单片机最小应用系统的设计134.1.2 复位电路144.1.3 晶振电路144.1.4 8501电路连接图144.2 直流电源电路设计154.3 电流形成电路设计164.4 信号调理的流程设计164.5 采样保持的设计184.6 模数转换的设计194.6.1 模数转换电路的设计194.6.2 ACD0809的引脚和功能194.6.3 ADC0809的电路连接线204.6.4 1.ED数码显示器的设计214.6.5 1.ED数码显示器的结构和原理214.6.6 1.ED动态显示方式224.6.7 1.ED数码显示器的连接线224.7 单片机保护的抗干扰措施235总结与展望235. 1实验完成结果总结236. 2设计中所遇到的问题及解决方法247. 3展望24附录24附录一硬件系统总体实物照片24附录二各个硬件电路实物照片24致谢24参考文献251绪论1.1 选题的目的和意义单片机是采用超大规模集成电路技术，在一个芯片上集成了CPU、储存器和IO接口三局部而形成的一个单片微计算机系统。现在可以说单片机是百花齐放的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的开展过程，可以预示单片机的开展趋势。单片机出现的历史并不长，但开展十分迅猛。它在应用方面，目前己用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，它改变了我们生活.就从我们生活来看，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机,随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。最早出现的继电保护装置是熔断器，后来开展为电磁型过流继电器，随着科技的开展,又出现了高频保护装置，从元件、材料等方面来说，它经历了从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。当今，电力系统及广阔用户对电网系统的继电保护技术提出了更高的要求，国内外继电保护技术正朝着网络化、计算机化、测量、控制、保护、数据通信一体化和人工智能化的方向开展，这对继电保护工作者提出了更加艰巨的任务，特别是对大型企业复杂厂区电网继电保护可靠性及智能化的研究尤为重要。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化开展。单片机实现的路保护装置护及成具有着常规保护所无法比较的高可靠性。例如,，采用了与高压线路保护类似的VFC数据采集系统和高性能单片机构成的双CPU系统，变压器主保护与变压器各侧的后备保护分别采用不同的CPU完成保护功能。在毕业设计的整个过程中，我们将会学习如何将单片机应用到线路保护中，这样做的好处以及它相对于其他同类产品的优点。这也将对于我们所学习的理论知识有更加透彻的理解。本课题以线路保护为研究对象，通过对三段式电流保护原理进行的研究，对线路保护进行理论分析，基于单片机进行硬件设计，实现线路的IIl段式电流保护的检测、快速处理和报警。这样将会给我们的生活很多方面带来便捷。1.2 电力系统继电保护的任务电力工业是国民经济的根底，是重要的支柱产业。它与国家的兴盛和人民的安康有着密切的关系，因此，电力产品应该是平安、可靠、经济、优质的能源产品.随着国民经济的飞速开展，电力系统的规模越来越复杂。在整个电力生产过程中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。一旦发生故障即会产生如下后果：1 .数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧使故障设备烧坏，烧毁。2短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力作用，使设备受到机械损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。3 .电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。4 .破坏电力系统各发电厂之间并行运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解瘫痪。对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些预防措施，如提高设备质量,增加可靠性和延长使用寿命。而从运行管理角度出发，应提高从业人员的平安意识和增强责任心，提高科学管理水平，增强平安措施以减少事故的发生。111对于不可抗拒的事故发生应做到及时发现，并迅速有选择地切除故障组件，隔离故障范围，以保证系统非故障局部的平安稳定运行，尽可能减少停电范围，保护设备平安。继电保护是一种能反响电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸和发出信号的自动化设备。继电保护一词是指继电保护技术或由各种继电保护装置单元组成的继电保护系统。其任务是：1.自动、迅速、有选择地切除故障组件，使无故障局部恢复正常运行，使故障局部设备免遭毁坏。2.发现电器组件的不正常状态，根据运行维护条件动作于发信号，减负荷或跳闸。1.3继电保护装置原理和装置的组成1.3.1 继电保护的原理为了完成继电保护所担负的任务，要求它能正确区分电力系统正常运行状态和故障状态或不正常运行状态。因为，可根据电力系统发生故障或不正常运行状态前后电气物理量变化特征为根底构成继电保护装置。电力系统发生故障后，工频电气量变化如下：1 .电流增大。短路时故障点和电源之间的电气组件上的电流，将由负荷电流