电力变压器差动保护装置的设计与实现

论文摘要

变压器作为电力系统中的关键设备，其可靠运行和有效保护须得到足够重视。计算机技术的发展给变压器的保护带来了新的发展契机，微机型继电保护已经成为继电保护领域的主流方向。先进的嵌入式微处理器以其强大的计算、存储与通讯能力，以及丰富、精确的外围数字器件，显示了其在继电保护构建中的优越性。本文以工业标准的ColdFire系列32位微处理平台为基础构建电力变压器系统的主保护，为具有比率制动与二次谐波制动特性的变压器差动保护。在分析变压器保护的理论基础上，首先设计和实现保护装置的硬件模型；又以uC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统内核为基本架构进行保护软件的设计；最后对装置软硬件系统进行综合与测试，验证其计算精度与保护功能的灵敏度，进而验证本文所述变压器差动保护实现方法的有效性。在以上研究与实践的基础上，总结与提出微机型继电保护改进的新方法与新技术的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 继电保护及其发展状况
• 1.3 论文主要工作
• 第二章 需求及原理分析
• 2.1 继电保护原理及基本要求
• 2.1.1 继电保护原理
• 2.1.2 继电保护基本要求
• 2.2 变压器运行及保护配置
• 2.2.1 变压器的故障和不正常运行
• 2.2.2 变压器的保护配置
• 2.3 变压器的差动保护
• 2.3.1 变压器差动保护原理
• 2.3.2 变压器差动保护比率制动特性
• 2.3.3 变压器纵差动保护的励磁涌流
• 2.4 本章小结
• 第三章 总体设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 软件总体设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件详细设计与实现
• 4.1 数据处理单元
• 4.1.1 MCF52258 微处理平台
• 4.1.2 时钟设置
• 4.1.3 中断系统配置
• 4.1.4 定时器设置
• 4.1.5 UART 设置
• 4.1.6 IIC 与外部存储器
• 4.1.7 QSPI 设置
• 4.1.8 GPIO 设置
• 4.2 模拟量采集单元
• 4.2.1 电压电流形成回路
• 4.2.2 模拟低通滤波
• 4.2.3 采样保持和多路转换
• 4.2.4 A/D 转换
• 4.3 开关量输入输出模块
• 4.3.1 开关量输入
• 4.3.2 开关量输出
• 4.4 人机对话单元
• 4.5 硬件系统实现
• 4.5.1 装置结构
• 4.5.2 装置的可靠性
• 4.6 本章小结
• 第五章 软件详细设计与实现
• 5.1 工频特征量计算
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 数字滤波
• 5.1.3 工频分量提取
• 5.1.3.1 周期函数的傅立叶级数
• 5.1.3.2 采样信号的傅立叶算法
• 5.1.3.3 傅立叶算法的应用
• 5.1.4 相位校正
• 5.1.5 幅值校正
• 5.1.6 突变量启动
• 5.2 移植 uC/OS-Ⅱ
• 5.2.1 uC/OS-Ⅱ 与 RTOS
• 5.2.2 uC/OS-Ⅱ 与多任务
• 5.2.3 uC/OS-Ⅱ 的移植
• CPU.H'>5.2.3.1 OS_CPU.H
• CPU_C.C'>5.2.3.2 OS_CPU_C.C
• CPU_A.ASM'>5.2.3.3 OS_CPU_A.ASM
• 5.3 变压器差动保护任务实现
• 5.3.1 任务设计
• 5.3.2 初始化任务（TaskInit）
• 5.3.3 采样任务（TaskSample）
• 5.3.4 判别任务（TaskJudge）
• 5.3.5 通讯任务（TaskComm）
• 5.3.6 运行任务（TaskNormal）
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 测试环境与工具
• 6.2 测试结果
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A