10kV配电线路电流保护控制器的研制

论文摘要

随着我国国民经济的不断发展,对电力系统的供电质量提出了更高的要求。断路器作为电力系统保护和控制的终端设备,其可靠性和智能化水平直接影响着电力系统的供电质量和稳定性。本文采用微机控制方式实现对断路器的控制,从而对10kV配电网的故障和非正常运行状态进行保护。本文研究了线路上造成保护误动作的瞬时性涌流的特点和单相接地故障的特点,分析了目前的选线方法正确率偏低的原因,提出延时加二次谐波制动的涌流识别方案和基于零序导纳法的单相接地故障选线及定位方案。然后推导出选线及故障点定位的实用判据。本设计采用Microchip公司的PIC18F458芯片作为控制核心,设计的硬件平台主要包括芯片外围电路、电源电路、模拟信号采集电路、AD芯片外围电路、开关量和隔离电路、通信接口。其中,针对现场运行的实际情况,对电源部分进行了特殊设计。并对弹簧操动机构和永磁操动机构分别设计了分闸控制电路。考虑到户外复杂的电磁环境,在硬件上进行了提高控制器抗电磁干扰能力的设计。在软件方面,用C语言和汇编语言混合编程的方法,用模块化的结构编写了涌流识别程序、单相接地选线及故障点定位程序、GSM无线通信程序,并给出了程序的流程图。最后,本文根据控制器主要功能设计了弹簧机构驱动功能、中性点不接地单相接地故障选线功能和GSM通信功能、电磁兼容性能的实验方案,并将实验结果进行了分析。全文完成了控制器的主要硬件电路设计、仿真和相关应用程序和算法程序的编写、调试。实现了设计的主要功能,并通过了功能性实验验证和电磁兼容实验。经过研究和实验结果表明:所研制的控制器设计结构合理,能够满足设计的功能需要,具有高可靠性和实用性的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的意义
• 1.3 课题的国内外发展现状
• 1.4 目前的选线方法及特点
• 1.4.1 利用稳态分量实现选线的方法
• 1.4.2 利用暂态分量实现选线的方法
• 1.4.3 利用外施影响法实现选线的方法
• 1.5 论文主要内容
• 第二章 电流保护的理论分析和依据
• 2.1 线路涌流的识别
• 2.1.1 变压器励磁涌流的分析
• 2.1.2 实际变压器的涌流仿真分析
• 2.1.3 励磁涌流的鉴别
• 2.2 小电流接地系统单相接地的特点
• 2.2.1 NUS系统中单相金属性接地的特点
• 2.2.2 NUS系统经过渡电阻单相接地故障的稳态基波分析
• 2.2.3 NES系统中单相金属性接地故障的特点
• 2.3 课题采取的选线及故障定位方法
• 2.3.1 选线方法
• 2.3.2 零序导纳法的原理
• 2.3.3 故障定位方法
• 第三章 硬件设计
• 3.1 控制器的功能与整体结构
• 3.2 单片机及外围电路设计
• 3.2.1 单片机的选择
• 3.2.2 芯片晶振电路设计
• 3.2.3 芯片复位电路设计
• 3.2.4 时钟电路设计
• 3.3 电源设计
• 3.4 模拟信号采集
• 3.5 AD转换
• 3.6 同步采样
• 3.7 隔离电路和开关量电路
• 3.7.1 隔离电路
• 3.7.2 开关量输出电路
• 3.8 脱扣线圈驱动电路
• 3.9 串行通信
• 3.9.1 GSM短信通信的实现
• 3.9.2 RS232通信接口设计
• 3.10 硬件的电磁兼容设计
• 第四章 软件设计方案
• 4.1 程序设计总思路
• 4.2 线路过流、短路和涌流的鉴别程序
• 4.3 单相接地故障的选线程序
• 4.4 通信子程序
• 第五章 系统调试
• 5.1 断路器脱扣实验
• 5.2 电磁兼容实验
• 5.3 NUS系统小电流接地选线实验
• 5.4 GSM通信功能验证实验
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢