【正文】 本文是在海濤和梁志堅(jiān)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題選擇到論文的最終完成，自始自終給了我精心的指導(dǎo)和親切的關(guān)懷，并為論文的順利進(jìn)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境，導(dǎo)師的言傳身教使我終生受益。我了解了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、微機(jī)保護(hù)及工廠供電等課程的基本概念和主要內(nèi)容，培養(yǎng)了正確解答、分析問題的思路和方法。差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖如下圖56所示：圖56 差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶，借助鍵盤可以向系統(tǒng)輸入程序、置數(shù)、送操作命令、控制程序的執(zhí)行走向等。處理數(shù)據(jù)的工作流程框圖如圖53所示 53 數(shù)據(jù)處理工作流程框圖根據(jù)變壓器保護(hù)配置原則，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)：瓦斯保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)、相間短路和接地短路時(shí)的后備保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等。在本系統(tǒng)中由于不用實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)，只要快速判斷線路或變壓器是否有故障即可，故本系統(tǒng)以速度優(yōu)先。不管那一類的保護(hù)算法，其核心問題歸根結(jié)底不外乎是算出可表征被保護(hù)對(duì)象運(yùn)行的時(shí)序分量或基波分量，或某次諧波分量的大小和相位等。正因?yàn)樗€用到了前幾次的輸出值作為輸入來(lái)求下一次的輸出，故稱為遞歸型數(shù)字濾波器。但是根據(jù)頻域的要求，樣本的沖激響應(yīng)往往是無(wú)限長(zhǎng)的。非遞歸濾波器必定是有限沖激濾波器(Finite Impulse Response濾波器)，簡(jiǎn)稱FIR濾波器。單片機(jī)通過執(zhí)行該段濾波程序達(dá)到濾波的目的，從而減少一些附加硬件，做到硬件軟件結(jié)合優(yōu)化系統(tǒng)的目的。由于電腦串口輸出電壓高達(dá)12V，直接與單片機(jī)連接會(huì)燒壞芯片。當(dāng)然，也完全可以將MAX7219的一部分用于條形圖顯示，一部分用于其他顯示(如數(shù)字和字母等)。 鍵盤控制設(shè)計(jì)為了達(dá)到實(shí)時(shí)響應(yīng)，使用戶隨時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，鍵盤采用中斷擴(kuò)展方式，這樣既節(jié)省中斷資源，又實(shí)現(xiàn)了多外部中斷響應(yīng)的效果。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾[6]。模擬量信號(hào)輸入部分可以根據(jù)具體的信號(hào)情況選擇使用圖46所示的多功能輸入信號(hào)調(diào)理電路。當(dāng)片選信號(hào)有效時(shí)，芯片通過地址線A0～A3上的四位地址數(shù)據(jù)譯碼并選通相應(yīng)的通道，模擬輸入量信號(hào)通過，這時(shí)芯片呈低阻狀態(tài)，導(dǎo)通電阻不隨輸入電壓大小而變化，模擬輸入量從芯片的28口（COM）輸出，將選通的通道模擬量經(jīng)芯片送往A/D轉(zhuǎn)換器。A3的邏輯輸入端由外部電路按一定時(shí)序控制，進(jìn)而控制著Ch處于采樣或保持狀態(tài)。圖43 LF398芯片原理圖電路主要由兩只高性能的運(yùn)算放大器AA2構(gòu)成的跟隨器組成。圖42采樣保持電路原理圖（2）保持時(shí)間要長(zhǎng)。（1）變壓器一次側(cè)采用LZZB110（HAT）型高精度電流互感器對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。至于移相，提取某一分量或抑制某些分量等，在微機(jī)保護(hù)中，根據(jù)需要可以容易地通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。交流電流的變換一般采用電流中間變換器并在其二側(cè)并電阻以取得所需電壓的方式。圖42 保護(hù)裝置總體框圖變壓器的主保護(hù)之一為差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的判斷依據(jù)就是變壓器一、二次側(cè)的電壓、電流的平衡關(guān)系，因此，準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地測(cè)量電壓和電流是變壓器保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行的有力保證。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。非電氣量變化的差別。第四章 微機(jī)保護(hù)硬件的基本組成 微機(jī)保護(hù)的基本原理欲實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)，必須首先解決如何正確區(qū)分電力系統(tǒng)正常運(yùn)行與發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)之間的差別，并研究在故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)下，各種物理量的特點(diǎn)及其變化規(guī)律。在一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，人們常采用一些簡(jiǎn)單的數(shù)值，邏輯運(yùn)算處理來(lái)達(dá)到濾波的效果。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)重點(diǎn)防止供電系統(tǒng)與過程通道的干擾。中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無(wú)例外地都采用零序過電流保護(hù)作為變壓器接地后背保護(hù)，接線圖如圖33所示。（3）躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流 （36）式中，——最大負(fù)荷電流；——可靠系數(shù)。故障變壓器空載投入時(shí)，可能伴隨較大的勵(lì)磁涌流，亦應(yīng)盡快動(dòng)作。輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，使運(yùn)行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理，重瓦斯動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。采用復(fù)雜的運(yùn)算和邏輯處理在一定程度上實(shí)現(xiàn)CT和PT斷線報(bào)警和閉鎖。提高靈敏度 要求差動(dòng)保護(hù)能靈敏動(dòng)作于匝間短路故障，同時(shí)也要求靈敏動(dòng)作內(nèi)部高電阻接地故障。第三章 變壓器保護(hù)的基本原理在計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)研究領(lǐng)域，除了線路保護(hù)最受關(guān)注外，其次就是變壓器保護(hù)。（3）靈活性大 由于微機(jī)保護(hù)的特性主要由軟件決定（不同原理的保護(hù)可以采用通用的硬件），因此只要改變軟件就可以改變保護(hù)的特性和功能。 微機(jī)繼電保護(hù)的硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)介繼電器保護(hù)是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常狀態(tài)，并及時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)化設(shè)備。這些故障危害很大，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的高溫電弧不僅會(huì)燒壞繞組的絕緣和鐵心，還會(huì)使絕緣材料和變壓器油受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，有可能使變壓器油箱局部變形、破裂，甚至引起變壓器油箱的爆炸。變壓器器身放置在油箱內(nèi)，油箱起機(jī)械支撐、冷卻散熱和保護(hù)作用。（4）按鐵芯形式分：芯式變壓器、殼式變壓器。接下來(lái)在第二章對(duì)變壓器的故障和保護(hù)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并列出根據(jù)要求所應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)配置。因此，對(duì)于變壓器的故障和不正常狀態(tài)必須裝設(shè)可靠的繼電保護(hù)裝置。本畢業(yè)設(shè)計(jì)闡述了電力變壓器保護(hù)的基本原理、基本要求、保護(hù)方式、特點(diǎn)、可靠性措施及其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(包括總體方案、原理電路、原器件選擇等項(xiàng)目的設(shè)計(jì))、數(shù)字濾波、電力變壓器保護(hù)軟件設(shè)計(jì)。它擔(dān)負(fù)著電能傳輸和電壓變換的重要作用。此外，微機(jī)繼電保護(hù)可用同一硬件實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)原理，這使保護(hù)裝置的制造大為簡(jiǎn)化，也容易實(shí)行保護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化。在整個(gè)電力生產(chǎn)過程中，由于人為因素或大自然的原因，會(huì)產(chǎn)生這樣那樣的故障和出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)?；趩纹瑱C(jī)的電力變壓器保護(hù)裝置，具有成本低，操作方便，程序簡(jiǎn)單，便于控制，實(shí)用性強(qiáng)，廣闊的市場(chǎng)前景等特點(diǎn)。一般情況下，常用變壓器的分類可歸類如下：（1）按用途分：電力變壓器、試驗(yàn)變壓器、儀用變壓器及特殊用途的變壓器。鐵芯構(gòu)成了磁路，線圈套在鐵芯上。 變壓器故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)研究變壓器保護(hù)，首先就要分析變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況。（2）過負(fù)荷。（2）可靠性高微機(jī)有極強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，因而它可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)很難辦到的自動(dòng)糾錯(cuò)，即自動(dòng)識(shí)別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動(dòng)作。（2）速動(dòng)性快速的切除故障，減少用戶在電壓降低情況下的使用時(shí)間，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于后一個(gè)問題，應(yīng)用最廣泛的是二次諧波分量的算法，其在加速保護(hù)動(dòng)作上主要的研究方向：一為研究快速響應(yīng)的算法，二為尋找計(jì)算量小的算法（如富氏算法等）。 變壓器的各側(cè)繞組中，因連接組別的關(guān)系而引起的電流相位移可由CT副邊 YΔ變換改變?yōu)閿?shù)字計(jì)算補(bǔ)償。變壓器油箱內(nèi)部故障通過瓦斯保護(hù)的主要元件氣體繼電器來(lái)反應(yīng)，它和縱差動(dòng)保護(hù)共同實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)。 實(shí)現(xiàn)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)必須遵循基本原則，并解決好兩個(gè)突出問題：勵(lì)磁涌流和區(qū)分外部短路的不平衡電流。圖31 雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖、分別為變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的一次電流，參考方向?yàn)槟妇€向變壓器、為相應(yīng)的電流互感器二次電流。保護(hù)動(dòng)作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。該保護(hù)作為變壓器過負(fù)荷故障的保護(hù)，作用于發(fā)信號(hào)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性，不可能完全依靠硬件解決，因此軟件抗干擾性問題的研究已引起人們的重視。如軟件冗余、設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元、設(shè)置自檢程序。如利用輔助導(dǎo)線連接兩端電流互感器可以構(gòu)成判斷區(qū)內(nèi)、外故障的縱差動(dòng)保護(hù)。繼電保護(hù)裝置就是將這些繼電器按一定的功能、要求及接線方式連接在一起。該硬件設(shè)計(jì)原理為：數(shù)據(jù)采集電路以模擬信號(hào)形式將變壓器的溫度、電壓及電流信號(hào)傳至單片機(jī)。5V或177。電抗變換器的優(yōu)點(diǎn)是線性范圍較大，鐵芯不易飽和，有移相作用，另外，其抑制非周期分量的作用在某些應(yīng)有中也可能成為優(yōu)點(diǎn)。本型號(hào)互感器為環(huán)氧樹脂澆注式絕緣結(jié)構(gòu)，鐵心為疊片式，芯柱上套裝一、二次繞組、一次繞組與二次繞組為同心式，繞在同一個(gè)骨架上，整個(gè)線圈外部用環(huán)氧樹脂澆注成形。LZZB110（HAT）型互感器的型號(hào)及其含義如下所示。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合的特點(diǎn)在二者之間權(quán)衡后選擇合適的Ch值。跟蹤器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，因而A1對(duì)輸入信號(hào)Usr來(lái)說是高阻，而在采樣狀態(tài)時(shí)對(duì)電容Ch為低阻充放電，故要快速采樣。在本系統(tǒng)中采用MAXIN公司的產(chǎn)品MAX396，它具有16路通道的多路開關(guān)，采用28管腳封裝，使用了很新的TTL/CMOS工藝，使它具有了導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通速度快、功耗低和集成度高等特點(diǎn)。單次轉(zhuǎn)換的結(jié)果為： （43）式中，ADC：A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果；：輸入的電壓；：基準(zhǔn)電壓。同時(shí)為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路，開光量輸出電路可設(shè)計(jì)圖47所示。I/O和封裝具有32個(gè)可編程的I/O口，封裝形式有：40引腳PDIP封裝，44引腳TQFP 封裝，與44引腳MLF封裝。它可直接驅(qū)動(dòng)64段LDE條形圖顯示器。圖410電源轉(zhuǎn)換電路 通信電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，單片機(jī)與外部設(shè)備之間、單片機(jī)與單片機(jī)之間往往要進(jìn)行通信，交換變壓器的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)信息用來(lái)分析其工作情況。數(shù)字濾波不僅濾波精度高，可靠性高，靈活性高，而且便于時(shí)分復(fù)用。 (5