基于单片机的10kV开关柜的保护系统.docx

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1、题目：基于单片机的IOkV开关柜的保护系统目录目录I摘要-1-Abstract-2-第一章绪论-3-11课题的背景及意义-3-1.2 课题的国内外研究现状-3-1.3 主要研究内容一一高压开关柜的概述-4-1.3.1 高压开关柜分类-4-1.3.2 高压开关柜的结构-4-1.3.3 柜内电器元件-5-1.3.4 高压开关柜保护原理-7-1.4 本章小结-8-第二章基于单片机的IOkV开关柜保护系统的整体方案设计-9-2.1 系统设计要求-9-2.2 系统设计方案-9-2.2.1 总体方案设计-9-222硬件功能-10-2.2.3 软件功能-10-2.3 本章小结-10-第三章硬件开发环境及系统

2、设计-11-3.1 硬件开发环境简介-11-3.2 单片机选型AT89C51简介-11-3.3 总体方案设计-11-3.3.1 主保护设计-12-3.3.2 后备保护设计-12-3.3.3 总体设计-12-3.4 各功能模块电路设计-13-3.4.1 单片机最小系统-13-3.4.2 数据输入部分电路设计-14-3.4.3 输出显示部分电路设计-16-3.5 本章小结-17-第四章软件开发环境及系统设计-18-4.1 软件开发环境简介-18-4.2 程序流程-18-4.3 本章小结-19-第五章基于ProteUS的系统仿真与调试-20-5.1 系统仿真平台简介-20-5.2 基于Proteus

3、的系统仿真与调试-20-5.3 本章小结-21-第六章结论与展望-22-6.1 课题设计工作总结-22-6.2 工作展望-22-参考文献-23-致谢-24-附录-24-附录一-24-附录二-33-in基于单片机的IOkV开关柜的保护系统摘要本课题的研究内容有两方面，一是对IokV高压开关柜的电气特性和结构的介绍，二是对其继电保护的介绍，分析了其继电保护的原理。本课题设计了一种基于单片机的保护系统，其中对IokV高压开关柜的主保护是纵联电流差动保护，后备保护是定时限过电流保护。本课题编写了以C语言为程序语言的单片机程序，并对本保护系统进行了模拟性的实物设计。本课题做了基于ProteUS的IOkV

4、开关柜的主保护、后备保护系统的仿真。本课题的研究可用于高压开关柜的保护，具有实际意义。关键词：高压开关柜；单片机；C语言；差动保护；过流保护ProtectionsystemofIOkVswitchcabinetbasedonsing1echipmicrocomputerAbstractTherearetwoaspectstothistopicresearchcontent,Oneisthee1ectrica1characteristicsandstructureof10kVhighvo1tageswitchcabinet;Theotherhandisintroducingandana1yzin

5、gthere1ayprotection.Thistopichasdesignedakindofprotectionsystembasedonsing1echipmicrocomputer,themainprotectionof10kVhighvo1tageswitchcabinetisdifferentia1protection,thebackupprotectionisdefinite-timeover-currentprotection.Thistopichaswrittenasing1echipmicrocomputerprogramwhichinC1anguage,andmakeasi

6、mu1ativephysica1designonthisprotectionsystem.Thistopicmakeasimu1ationofthisprotectionsystemwhichbaseonProteus.Thistopicresearchcanbeusedfortheprotectionofthehighvo1tageswitchcabinet,haspractica1significance.Keywords：highvo1tageswitchcabinet;sing1echipmicrocomputer;C1anguage;differentia1protection；ov

7、er-currentprotection第一章绪论11课题的背景及意义随着我国经济的快速发展，作为经济命脉基础的电力工业也得到了长期快速的发展。其中，1OkV高压开关柜是电力系统中重要的设备之一。它的主要作用有，在电力系统进行发、变、输、配电的过程中，进行开、合、控制以及保护用电设备。它在电力系统中占有重要的地位，对设备的安全运行起到保障作用。因此，对开关柜的保护担任着保证电力系统的正常运行的责任。综上几点原因，对IOkV高压开关柜的保护十分重要，它担任着保证电力系统的正常运行的责任。因此，其保护系统的研究也是电气工程研究的一个重要课题。1.2课题的国内外研究现状因为我国的电力工业本身相对于国

8、外发达国家就起步较晚，相关的二次设备也都整体落后于国外，也只有一些方面有着领先于世界的技术。而国外制造的高压开关柜不论在绝缘水平、内部结构、以及相关元器件的发展水平都领先于我国。与之相对应的保护技术也是同样的现状。我国的高压开关柜以及相对应的保护装置经过了仿苏到仿欧美再到自主研发的漫长过程，技术水平也不断提高，主要体现在：(1)采用性能良好的元器件(2)应用新工艺装备和技术(3)新介质、新材料的应用目前，高压开关柜以及相对应的保护装置向着智能化的方向发展。而我国与国外先进高压开关柜的生产技术相比，有着以下几个方面的差距：(1)智能化(2)小型化(3)加工工艺我国经济的高速稳定增长，特别是巨大而

9、略显紧缺的中国电力以及配套行业的发展，为我国高压开关柜以及其保护行业带来了前所未有的机遇，与此同时，因为国内市场竞争的国际化，也对本行业带来了严峻的挑战。我们面对这样的机遇与挑战，只有认识到自己的优点与不足，才能得到长足的发展I11.3主要研究内容高压开关柜的概述1.3.1 高压开关柜分类根据开关柜的结构特点可分为固定柜及手车柜。按绝缘介质分：空气绝缘、气体绝缘、固体绝缘三大类型。按柜体结构可分为金属封闭铠装式开关柜、金属封闭间隔式开关柜、金属封闭箱式开关柜和敞开式开关柜四大类叫（1）金属封闭铠装式开关柜（用字母K来表示）主要组成部件，分别装在接地的用金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。如

10、KYN28A-12,KYN61-40.5型高压开关柜。（2）金属封闭间隔式开关柜（用字母J来表示）与铠装式金属封闭开关设备相似，其主要电器元件也分别装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。如JYN2-12,JYN1-40.5型高压开关柜。（3）金属封闭箱式开关柜（用字母X来表示）开关柜外壳为金属封闭式的开关设备。如XGN2-12,XGN1-40.5型高压开关柜。（4）敞开式开关柜，无保护等级要求，外壳有部分是敞开的开关设备。如GG-IA（F）,GBC型高压开关柜叫1.3. 2高压开关柜的结构开关柜的组成:开关柜应满足国标的有关要求，由柜体和断路器两大部分组成，具有架空进

11、出线、电缆进出线、母线联络的功能。柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线等组成。柜体的材料：（1）冷扎钢板或角钢（用于焊接柜）（2）敷铝锌钢板或镀锌钢板（用于组装柜）（3）不锈钢板（不导磁性）（4）铝板（不导磁性）.柜体的功能单元：（1）主母线室（一般主母线布置按“品”字形或“1”字形两种结构（2）断路器室(3)电缆室(4)继电器和仪表室(5)柜顶小母线室(6)二次端子室下图为两种型号的IOkV高压开关柜的实物图跟结构示意图:(1)KYN28-12r图1.1(2)XGN2-12XGN2-12型高压开关柜实物及结构示意图/飞2-一/1二：-二一Fj1diKYN28-12型图

12、压开关柜实物及结构示意图1.3.3柜内电器元件柜内常用一次电器元件(主回路设备)常见的有如下设备:电流互感器简称CT如：1ZZBJ9-10/35电压互感器简称PT如:JDZ-Io/35,JDZJ-10/35,JDZX-10/35接地开关如:JN1512,JN2235隔离开关如:GN19-12、GN30-12/40.5.GN24-12高压断路器如：少油型(S)、真空型(Z)、SF6型(1)高压接触器如：JCZ3-10D/400A型高压熔断器如：RN2-12、XRNP-12/40.5RN1-12/40.5变压器如:SC(B)系列干变、S9系列油变高压带电显示器GSN-10/35Q型主母线和分支母线

13、负荷开关如:FRN2512、FZN25-12高压单相并联电容器如:BFF12-30-1等等柜内二次元件：常用的主要二次元件(又称二次设备或辅助设备，是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压器件)，常见的有如下设备：继电器电度表电压电流功率表等熔断器，空气开关转换开关，按钮，信号灯微机综合保护装置等等。下图为KYN28-12型号的高压开关柜配套的一次二次设备：图1.3VSI-12真空断路器手车正、侧面实物图1.4KYN28-12电压互感器手车(PT手车)和接地手车图1.5微机综合保护装置正面实物及内部接线1.3 .4高压开关柜保护原理(1)主保护：纵联电流差动保护纵联电流差动保护是将

14、被保护的电气设备看成是一个节点，规定流向节点的方向为正方向。那么当一切正常时，流进节点的电流和流出的相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被节点的电流和流出的不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置规定的整定值时，保护动作，将被保护设备的断路器断开，使故障设备断开电源。经过对IOkV高压开关柜电气特性及其结构的了解，最终决定采用纵联电流差动保护来作为本课题设计的保护系统的主保护。纵联电流差动保护的原理图如下：C1图6纵联电流差动保护原理图（2）后备保护：定时限过电流保护定时限过电流保护通常是指其启动电流按照避开最大负荷电流来整定的一种保护。它在正常运行时不启动，而在电网发生故障

15、时，则能因电流的增大而动作。在一般情况下,它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。经过对IOkV高压开关柜电气特性及其结构的了解，最终决定采用定时限过电流保护来作为本课题设计的保护系统的后备保护。定时限过电流保护的原理图如下:信号图1.7定时限过电流保护原理图1.4 本章小结本章主要介绍了IOkV高压开关柜的电气特性和结构，以及对其所进行的继电保护的介绍，分析了国内外相关技术的研究现状。第二章基于单片机的IOkV开关柜保护系统的整体方案设计2.1系统设计要求根据IokV高压开关柜的结构以及其电气特性，对本课题设计的保护系统的有以下几个方面：(1)可靠性。因为本保护系统是需要即时在线的对正在工作的开关柜进行保护的，一旦高压开关柜出现短路的不正常工作状态以及故障时，就要对断路器进行动作，从而切断断路器，实