高压开关微机综合保护装置软件设计【毕业论文+CAD图纸全套】

摘 要 电力是国家经济建设和人民生活中不可缺少的能源，而电力工业的发展离不开用于输配电的高压开关设备。在电气设备运行中 ,经常需要监测一些参数 ,比如电流、电压、漏电电流、短路电流等 ,以保证设备正常工作。以往高压开关综合保护装置多采用模拟电路来监测电流和电压等参数以实现短路、过载、失压、过压、漏电等保护 ,其结构复杂、体积大、耗能多。随着微机技术的飞速发展 ,单片微型计算机以其体积小、价格低、应用灵活等优点在自动控制领域中得到了广泛的应用。为了解决原有的高压开关综合保护装置的上述问题 ,采用了单片机系统实时监测设备运 行的各种参数 ,并对其进行分析、计算、处理 ,保证设备安全、可靠的运行。 本综合保护装置具有过载、短路、漏电 (包括电流型和功率方向型 ) 、监视、过压、失压、缺相等保护功能。 具有微机测量和微机保护，网络通信以及在线监测等基本功能。概括介绍了 片机控制的智能型高压开关综合保护装置的特点和基本功能，详细说明了智能型高压开关综保装置的硬件接口 电路和软件设计。 该装置具有性能可靠、功耗低、体积小、功能强的特点。 关键词 ：单片机 ;高压开关 ;综合保 护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 is to of to to go an to in by an is to to to be to is is an in an of a of as to its on an to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 to to to 89a of of on to a s to is 录 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 摘 要 . 0 . 1 1 绪论 . 5 高压开关的功能 . 5 系统的设计思路 . 6 路技术水平 . 6 模拟电路阶段 . 7 模拟电路为主，数字电路为辅阶段 . 7 微型计算机的选择 . 8 . 8 片 . 9 2 保护原理 . 10 压保护 . 10 缆绝缘监视保护： . 11 流型漏电保护： . 11 功率方向型漏电保护： . 11 过流保护的实现 . 12 过载保护的实现 . 12 路保护的实现 . 13 3 微机保护装置的硬件设计原理 . 14 保护系统的功能 . 14 综合保护装置的原理框图 . 15 位电路 . 16 数据采集和处理单元 . 17 过载保护 . 18 短路保护 . 18 漏电保护 . 18 监视保护 . 20 失 压过压保护 . 20 缺相保护 . 20 盘与显示电路 . 21 键盘 . 21 显示电路 . 21 电源电路 . 22 4 软件设计 . 22 概述 . 22 逻辑符号 . 错误 !未定义书签。 脚描述 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 储器 . 错误 !未定义书签。 荡器特性 . 错误 !未定义书签。 复位 . 错误 !未定义书签。 低功耗模式 . 错误 !未定义书签。 时钟停止模式 . 错误 !未定义书签。 空闲模式 . 错误 !未定义书签。 掉电模式 . 错误 !未定义书签。 定时器 2 的操作 . 错误 !未定义书签。 定时器 2 . 错误 !未定义书签。 定时器 /计数器 2 的设置 . 错误 !未定义书签。 中断优先级 . 错误 !未定义书签。 门狗定时器 . 错误 !未定义书签。 扩展数据 . 错误 !未定义书签。 硬件看门狗定时器 (. 错误 !未定义书签。 储器 . 错误 !未定义书签。 在系统编程 (. 错误 !未定义书签。 使用在系统编程 (. 错误 !未定义书签。 在应用中编程方法 . 错误 !未定义书签。 流程图 . 28 键盘和发光数码管显示 . 30 键盘扫描电路的程序代码 . 30 盘的消抖动程序 . 33 A/D 转换 . 错误 !未定义书签。 令冗余及软件陷阱 . 38 指令冗余 . 38 软件陷阱 . 38 结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 ： . 41 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 绪论 高压开关的功能 高压电器包括高压开关电器，高压测量电器和高压限流，限压电器，其中高压开关电器包括高压隔离开关，高压接地开关，高压负荷开关，高压断路器，高压接触器，高压重合器和高压分段器，高压开关电器可以统称为高压开关。 高压开关是用来关合和开断正常电路和故障电路，或用来隔离电源，实现安全接地的高压电器设备。 高压开关设备是电力系统重要的控制和保护设备，对电力系统安全可靠地运行起着举足轻重的作用。因此电力系统对高压开关可靠性要求高，质量控制严格。 高压开关中的综合保 护系统应满足以下 4项基本要求：第一，选择性保护的动作应具有选择性，即它是有选择地切除电网中发生故障的支路，而保证非故障支路供电的连续性，尽量缩小中断供电的范围；第二，可靠性保护系统能准确判断故障，可靠执行命令；但当其他支路发生故障时，本支路保护不应发出跳闸命令，即不产生误动的现象；第三，快速性本支路发生故障后，保护系统应快速动作，防止故障范围扩大，降低电气设备的损坏程度；第四，灵敏度保护系统应具有较 强反应故障的能力，即不论在保护范围的始端还是在保护范围的末端发生故障，保护系统均应准确反应，甚至在后备保护范 围发生故障时，也直具有一定的反应能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 系统的设计思路 本系统处于监控状态时 ,具有以下的功能 : 自检功能可随时检测系统的工作情况 ; 单片机实时监测设备运行参数 ,可迅速准确地判断故障的类型 短路、过载、失压、过压、漏电、缺相等 ,并加以处理 ; 采用带有 行氧化物半导体 片随时存储整定参数和故障参数 ,以保证重要参数掉电不丢失 ; 通过密码可修改整定参数 ,以适应不同的现场情况 ; 时钟芯片准确记录故障发生的时间 ,保存最近九次故障记录供查询 ; 采用图形点阵液晶作 输出显示设备 ,开关状态 ,运行情况全部采用汉字显示 ,各种信息一目了 然 ; 16光可实现在系统编程和在应用编程 ; 硬件、软件抗干扰技术保证系统高抗干扰性能。 鉴于保护系统在矿井供电系统中的重要作用，多年来，广大科技工作人员都非常重视这一领域的研究，经过了数次更新换代，但从现场运行的情况看，这些保护系统误动和拒动的现象时有发生，不能完全满足供电系统保护的四项基本要求。针对这种情况。本文以单片机为中央控制单元，设计了一种新型智能化高压开关综合保护器，该系统能自动判断短路、过载、漏电等故障，并对高压电缆的绝缘 水平进行实时监测。 路技术水平 高压综保的电路结构一般由输入 整定、比较延时、记忆执行电路三大部分组成。迄今为止高压综保经历了模拟电路阶段和以模拟电路为主和数字电路为辅两个阶段。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 模拟电路阶段 高压综保短路、过载和漏电接地保护的输人整定电路均采用波段开关，这种机械触点式波段开关长期运行在井下潮湿环境中，其触点表面会受潮氧化腐蚀而产生一层氧化膜，造成接触不良。而且波段开关是一种有级开关，无法实现无级调节，因而给整定带来了不可避免的误差，最严重时会达到 50 另外，当波段开关转动时，中间抽 头会出现悬空现象，有时会引起装置误动。比较，延时电路较原始，它主要由运算放大器和三极管等元件组成，电路集成度低，连线复杂。延时电路大多采用 于电容参数的分散性，以及电阻、电容受环境温度影响较大，使得延时参数不易调整 误差大 由 时不可能太长当高压开关控制高压电动机时，不能充分发挥其过载能力记忆、执行电路普遍采用双位置继电器，其缺点为： 1)电路中使用的继电器数量较多 通常有 5、 6个不仅体积、重量大，而且继电器线包电流大，电源容量大 而影响元器件寿命和电源的可 靠性； 2)继电器容易受井下环境条件影响，有时易出现拒动和误动的现象 。 模拟电路为主，数字电路为辅阶段 输人、整定电路与模拟电路阶段一样。比较 延时电路采用四运算放大器 强了集成度和可靠性。利用运算放大器和 路组成积分电路、实现延时 使得延时时间可以做得较长、并且较准确。记忆 执行电路发展较快 采用集成电路进行信息和综合处理、锁存 及信号的放 大 这样，大大增强了高压综保的集成度减小了 奉积 重量 受电源容量 提高了信号的响应速度和记忆的准确性 另外采用固态继电器作为出口继电 器 使得高压综保不含有触点元件，增强了可靠性。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第二阶段的高压练保、尽管记忆、执行电路集成度比较高，接近数字电路水平，但是主体电路仍停留在分立元件和小规模集成元件的水平上功能和技术指标没有大的提高，需要进一步发展。 微型计算机的选择 单片机采用菲利普公司生产的 该芯片不仅具有 51 系列单片机的所有特性 ,而且片内集成了 16行可编程的非易失性闪光程序存储器 ,可实现对器件的在系统编程 ( 和在应用编程 ( 。此外还有 3 个 16 位定时器 ,一个增强 型 该器件的 1 个机器周期由 6 个时钟周期组成因此运行速度是传统80 2 倍一个 置位可让用户选择传统的 12 时钟周期该系列单片机是 80控制器的派生器件是采用先进氧化物半导体工艺制造的 8 位微控制器指令系统与 80全相同。 性： 1. 80心处理单元 2. 具有 能的片内闪光程序存储器 3. 片内靴 含底层闪光编程子程序以实现通过 载程序 4. 可实现最终用户应用的编程 . 与 87容的并 行编程硬件接口 6. 每个机器周期为 6 个时钟周期标准 7. 可选择 12 个时钟周期的机器周期 8. 采用 6 时钟周期时频率可高达 20当于 40用 12 时钟周期买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 时频率 可达 33. 全静态操作 10. 公羊可扩展到 64K 字节 11. 4 个中断优先级 12. 7 个中断源 13. 4 个 8 位我 /全双工增强型 帧错误检测 自动地址识别 15. 电源控制模式 时钟可停止和恢复 空闲模式 掉电模式 16. 可编程时钟输出 17. 异步端口复位 18. 双 存器 19. 低 止淡色啤酒 该芯片价格低、功能强 ,是目前性能价格比较高的单片机之一 ,完全满足本系统需要。 片 复位电路采用 片。 2内部分成 16页，每页 16字节，即总共为 256个字节（一个字节 8位）。 6字节的页写入缓冲器，并且支持标准（ 100快速（ 400 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 通过拉高 以禁止对存储器写入，从而保护了整个存储器。 26字节的页写入缓冲器 有施密特触发器和噪音抑制滤波器 擦除 100万次 00年 绿色（绿色） ” 和 “ 金色（黄金） ” 的 8脚 2 保护原理 压、过压保护 将线路工作电压的检测信号经转换后输入 到数据处理单元当工作电压超过 110 %额定值时 ,微控制器发出过压动作指令 ,开关跳闸 ;当工作电压低于额定值的 60 %时 ,微控制器输出欠压动作指令 ,开关跳闸 ,跳闸时间均为 0. 1 秒。 如果开关尚未闭合 ,当电压低于额定值的 75 %时 ,将不允许合闸。 低电压保护：当电网进线电压不足额定值的65 %(可定值整定 )时，可跳开开关。过电压保护：当电网进线电压超过额定值的 118 %(可定值整定 )时，可跳开开关。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 系统电压低于 65% 额定电压时，则欠电压脱扣器处于释放状态，静铁芯和动铁芯没有吸合，其推杆 在反力弹簧作用下顶开断路器的锁扣机构处于解扣状态，从而阻止断路器合闸。若系统电压高于 85% 额定电压，则螺管线圈内产生激磁，动铁芯在电磁吸力的作用下克服弹簧反力与静铁芯吸合，推杆和牵引杆之间就有一定的间隙，牵引杆就会恢复到锁扣机构可以锁住的状态，这时操作手柄可使断路器正常合闸。当电压偏低到一定程度 (小于 35% 额定电压 ) 时，螺管线圈产生的电磁吸力不足以克服弹簧反力，其推杆在反力弹簧作用下冲击牵引杆，使断路器锁扣机构解扣，断路器分断，达到欠电压保护的目的。 缆绝缘监视保护： 采用独特的低频有 功功率原理对高压开关负荷侧使用的双屏蔽电缆的屏蔽芯线、屏蔽地线之间的绝缘实施监视保护。 流型漏电保护： 对所属电网中出现的单相接地故障，采用零序电流法选择检漏保护，漏电时报警并选出所接地的线路。 功率方向型漏电保护： 对下属电网中出现的单相接地故障，采用功率方向法选择性检漏保护，漏电时报警。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 过流保护的实现 交流数据采样一般分为直流采样和交流采样两种方法。直流采样的优点是计算方便，软件设计简单，缺点是硬件复杂、稳定性差，而且由于受固有滤波环节的影响，采样数据无法实时反映交流信号 的变化。这与保护系统要求实时性高的特点相违背，所以本系统的采样模块只能采用交流采样的方式。 单片机把离散的采样结果转换成交流信号有效值的过程由交流采样子程序来完成。交流采样算法有很多种，常用的有最大值算法、半周积分法、方均根算法、傅里叶算法等，各自适用于不同的应用场合。其中傅里叶算法不但适用于正弦信号也适用于非正弦信号，它不受电网对称度的影响，而且具有滤波作用，计算精度高，缺点是速度相对不够快。为了提高系统响应速度，采用 )点采样的傅里叶算法，可以使计算量大为减少，加快了运算速度，计算精度也能够满足要求。经 过简化的基波傅里叶系数的计算公式为： 16) u(k)违背习俗 (k/6) (1) 16)u(0)2+ u(k)莴苣 (6)+u(12)/2 (2) U= (a2+2 (3) 为方便调用，把点傅里叶变换算法编成了子程序。当系统采用晶振时该算法用时约。由于该算法对每次采样的时间间隔要求比较严格。为保证延时精度采用 了定时器中断的方式进行采样。试验证明该算法有较高的稳定性和精度（ 8%）。 过载保护的实现 当驱动器的输出线路电流达到整定电流的 110 %时 ,过载保护环节按买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 照反时限保护特性开始工作。 本装置的负载电流经互感器采集、精密整流电路全波整流后 ,送到 换器 输入口 ,转换结束后结果送行处理、判断 ,当出现过载故障时 ,出口继电器反时限动作 ,接触器跳闸。 反时限电流保护的特性与很多负荷的故障特性相似，因此在许多场合下比定时限保护的性能更为优越。反时限电流保护在国外已获得了 较广泛的应用。根据国际电工委员会（ # 1 # 0 /以上语句定义两个 # 3 /以上语句定义延时的值 # # # 0; 01; 02; 03; 04; 05; 06; 07; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 43 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; /数为初始化子程序 i); /数为延时子函数 /键盘扫描子程序 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 44 ; ; ; 2; / 以上语句扫描第一列 ; If(6; ; 3; /以上语句扫描第二列 ; ; 0; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 45 4; /以上语句扫描第三列 ; ; 1; 5; /以上语句扫描第四列 6; i) j=0; k=0; K=i*j # 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 53 5; ,; ,; ; / ; ; ,4); ); ; 2345; ,4); d” , ; ;) ; 1;买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 54 1;1;1;1;1;1;1;1;1;1;1;1;1;1;1; ; ,2) d” , ,32) d” , ,62) d” , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 55 ,92) d” , ,2) d”