【正文】 在此，我對(duì)那些曾經(jīng)或正在幫助我、支持我的老師、家人、同學(xué)和朋友表示衷心的感謝!我最衷心地感謝我的導(dǎo)師——白星振老師，本論文的產(chǎn)出過程自始至終都得到了白老師的悉心指導(dǎo)，從論文的選題到科研課題的確定，從論文的整理到詳細(xì)審稿、最后定稿無不傾注了白老師的辛勤汗水。(4)總線的負(fù)載平衡：雖然單片機(jī)的數(shù)據(jù)/地址/控制總線都有一定的負(fù)載能力，但是如果總線帶的負(fù)載失衡，可能會(huì)影響總線信號(hào)的邏輯電平，因而在裝置的硬件設(shè)計(jì)上，盡可能使同類型總線上的負(fù)載均勻分布。 電動(dòng)機(jī)保護(hù)的可靠性要求體現(xiàn)在兩個(gè)方面：不誤動(dòng)、不拒動(dòng)。人機(jī)接口模件中的主程序模塊是一個(gè)循環(huán)顯示、自檢、查詢鍵盤的程序，： 人機(jī)接口程序模塊框圖6 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置承擔(dān)著保護(hù)電動(dòng)機(jī)以及電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要任務(wù)，因而對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的要求較高。需要注意的是，由于在中斷服務(wù)程序中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算以及外部存儲(chǔ)器讀寫操作，要占用相當(dāng)多的CPU時(shí)間，所以采樣間隔不能太短，若太短，可能會(huì)導(dǎo)致在還沒有完成對(duì)本次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理之前啟動(dòng)了下一次采樣，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂。本保護(hù)裝置采用C8051F360作為CPU處理數(shù)據(jù)。 ④ 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，同時(shí)要進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)⑤ 在程序中盡量避免使用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。 s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健１驹O(shè)計(jì)采用MAX813L制作看門狗電路有效地保護(hù)了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。該部分為預(yù)留的通訊接口，信息傳輸采用串行方式。接口單元具有功能較強(qiáng)的I/O緩沖器?；邳c(diǎn)陣的顯示屏具有多種擴(kuò)展功能供用戶選擇，大大方便了用戶，提高了系統(tǒng)的集成度與實(shí)用性。 8255的命令字和工作方式8255的A1, AO口為端口地址線，A1A0選通的端口00口A01口B10口C11命令字口工作方式命令字的具體格式如下：D7=1 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DODO：口C下半部(PC3PCO), 1=輸入，0=輸出；D1：口B, 1=輸入，0=輸出；D2：口B方式選擇，1=方式1, 0=方式0；D3：口C上半部(PC7PC4), 1=輸入，0=輸出；D4：口A，1=輸入，0=輸出；D6, D5：口A方式選擇，00=方式0, O1=方式1, 10=方式2；8255的工作方式，共有方式0、方式方式2三種：方式0是基本輸入/輸出方式，這種方式下，端口按方式選擇命令字指定的方式輸入或輸出，輸出時(shí)具有端口鎖存功能。電壓信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓電路并轉(zhuǎn)化成電壓有效值，經(jīng)運(yùn)算放大后ad轉(zhuǎn)換機(jī)。 信號(hào)輸入電路系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器是電壓互感器和電流互感器。但由于用離散值累加代替連續(xù)積分，所以結(jié)果受頻率的影響，此外，由于此種算法得出結(jié)果時(shí)間長(zhǎng)，所以響應(yīng)速度較慢。交流采樣相當(dāng)于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線，其原理性誤差主要有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是用時(shí)間上的離散數(shù)據(jù)近似代替時(shí)間上的連續(xù)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要取決于A/D的轉(zhuǎn)換速度和CPU的處理速度；另一項(xiàng)是將連續(xù)的電壓和電流進(jìn)行量化而產(chǎn)生的量化誤差，這主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。采樣方式是按一定周期(稱為采樣周期)連續(xù)實(shí)時(shí)采樣被測(cè)信號(hào)一個(gè)完整的波形(對(duì)于正弦波只需采樣半個(gè)周期即可)，即交流采樣是按一定規(guī)律對(duì)被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再用一定的數(shù)值算法將采樣得到的離散信號(hào)進(jìn)行真有效值運(yùn)算，從而得到電流信號(hào)的真有效值，這樣就避免了被測(cè)信號(hào)波形畸變對(duì)采樣值的影響。即A/D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號(hào)。、a3=1由歐拉公式ejφ=cosφ+jsinφ得： （）由此可見，在A相斷開時(shí)，正序、負(fù)序電流大小相等，方向相反。設(shè)Y形接法三相異步電動(dòng)機(jī)A相斷開。堵轉(zhuǎn)保護(hù)電流I13可按電動(dòng)機(jī)銘牌堵轉(zhuǎn)電流的一半整定；保護(hù)時(shí)間不，可參考電動(dòng)機(jī)的允許堵轉(zhuǎn)時(shí)間整定。(1)欠壓保護(hù)動(dòng)作值U欠整定范圍：10~90V，；(2)欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t欠整定范圍：。(l)對(duì)于能自動(dòng)起動(dòng)的重要電動(dòng)機(jī)，不裝設(shè)低壓保護(hù)：但當(dāng)裝有自動(dòng)投入裝置的備用機(jī)械設(shè)備時(shí)，為滿足聯(lián)動(dòng)投入的要求，應(yīng)裝設(shè)帶10秒時(shí)限跳閘的低電壓保護(hù)。ISQ：速斷動(dòng)作電流高值(電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中速斷電流動(dòng)作值)(A)。電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序和零序分量沒有或很小，旦發(fā)生不對(duì)稱故障則將會(huì)大幅值出現(xiàn)，因此通過檢測(cè)過流幅值、負(fù)序和零序電流分量、電流不平衡率，母線電壓為基礎(chǔ)的故障判據(jù)具有很高的靈敏度和可靠性。在本章的后面幾節(jié)中，對(duì)電動(dòng)機(jī)的故障特征及電動(dòng)機(jī)常見的故障和不正常運(yùn)行方式進(jìn)行分析并給出保護(hù)裝置具體實(shí)現(xiàn)的方法。同時(shí)完善了保護(hù)裝置的保護(hù)功能。像故障錄波和各種數(shù)據(jù)的打印。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，如機(jī)電型、整流型、晶體管型繼電保護(hù)裝置，調(diào)試工作量都很大，尤其是一些復(fù)雜保護(hù)更是如此。微機(jī)保護(hù)可以具有自診斷功能，能不斷地對(duì)裝置各部位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)裝置故障部位，及時(shí)報(bào)警，以便處理。微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置只需要通過采集電動(dòng)機(jī)各序分量，經(jīng)過計(jì)算，判斷保護(hù)動(dòng)作與否，非常簡(jiǎn)單、實(shí)用和可靠。原因是熱繼電器串接在主電路中，與電動(dòng)機(jī)繞組溫度無直接關(guān)系。當(dāng)熔體熔斷時(shí)，又往往會(huì)造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行而燒毀。在上述各種不同運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況及其所受到的電動(dòng)力和熱力的沖擊相差懸殊。節(jié)約能源就是通過采用技術(shù)上可行的，經(jīng)濟(jì)上合理和有利于環(huán)境保護(hù)的一切措施，用以消除用電過程中不合理和浪費(fèi)現(xiàn)象”。這些特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化或無人值班的重要基礎(chǔ)。體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響。可引進(jìn)自動(dòng)控制、新的數(shù)學(xué)理論和技術(shù)如自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其運(yùn)行正確率很高也已在運(yùn)行實(shí)踐中得到證明。 (3)第三階段以高性能的16位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不需引出芯片，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，抗干擾性能進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。 我國的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國繼電保護(hù)工作者的努力，進(jìn)展卻很快。 60年代中期，有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，同時(shí)也無法滿足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用，但由此開始了對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)理論計(jì)算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究，為后來的繼電保護(hù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)?？煽啃裕粗赴l(fā)生了屬于應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作，也就是不發(fā)生拒絕動(dòng)作，而在其他任何不屬于動(dòng)作的情況下，不能動(dòng)作，也就是不發(fā)生誤動(dòng)作。摘要隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是單片機(jī)的誕生,人們考慮用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化,利用單片機(jī)技術(shù),以傳統(tǒng)保護(hù)為參考,研制一種多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置,以替代傳統(tǒng)的單一的保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)及時(shí)、有效的保護(hù)與控制。選擇性，即指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置只能將故障設(shè)備切除，保證系統(tǒng)中的非故障設(shè)備仍然可以繼續(xù)運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。 計(jì)算機(jī)技術(shù)在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段。經(jīng)過10年左右的奮斗，到了80年代末，微機(jī)繼電保護(hù)，特別是輸電線路微機(jī)保護(hù)已達(dá)到了大量實(shí)用的程度。 如今，計(jì)算能力強(qiáng)、精度高、總線速度快、吞吐量大的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP )被逐漸運(yùn)用到電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)之中，充分發(fā)揮其快速強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力以及并行運(yùn)行的能力，滿足了電力系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和處理算法的復(fù)雜性等更高的要求，并為不斷發(fā)展的新理論和新算法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)踐奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 (2)可以方便地?cái)U(kuò)充其他輔助功能。且自檢和巡檢能力強(qiáng)，可永軟件方法檢測(cè)主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、機(jī)械特性能滿足大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的要求等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、化工廠以及工礦企業(yè)中，成為所有動(dòng)力設(shè)備中的主力軍，其耗電量占總發(fā)電量的70%以上，所以電動(dòng)機(jī)的節(jié)電在節(jié)能中具有舉足輕重的作用。因此，抓好電動(dòng)機(jī)保護(hù)的研究與推廣工作，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能有著重要的意義。而電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)使用周期(壽命)，正與它所受到的啟動(dòng)次數(shù)和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。許多人把熔斷器的作用看作是保護(hù)電動(dòng)機(jī)，是一個(gè)概念錯(cuò)誤。另外熱繼電器本身是一個(gè)耗能元件，在動(dòng)作過程中要消耗較多的電能。許多新的電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理和方案，以及能夠改善電動(dòng)機(jī)保護(hù)性能的一些復(fù)雜先進(jìn)算法在微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中也很容易得到實(shí)現(xiàn)。體現(xiàn)可靠性的重要方面在于抗干擾能力，微機(jī)保護(hù)在硬件上采取電磁屏蔽、光電隔離等一系列抗干擾措施外；在軟件上采取數(shù)據(jù)有效性分析，多次重復(fù)計(jì)算、自動(dòng)校核等軟件措施，使微機(jī)保護(hù)能自動(dòng)糾錯(cuò)，即能加入自動(dòng)地識(shí)別干擾和排除干擾的措施，防止干擾引起微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作。微機(jī)保護(hù)裝置是由硬件和軟件程序兩個(gè)大部分組成，若硬件完好，對(duì)于己成熟的軟件，只要程序和設(shè)計(jì)的一樣，就會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。微機(jī)保護(hù)還可以擴(kuò)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，如為中心調(diào)度所提供電壓和功率等運(yùn)行數(shù)據(jù)，也可以進(jìn)一步將保護(hù)、控制和監(jiān)視等功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)監(jiān)視、控制、保護(hù)的綜合自動(dòng)化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制管理。應(yīng)用對(duì)稱分量法對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)的各種故障進(jìn)行分析，把高壓電動(dòng)機(jī)的故障分為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障，采用電動(dòng)機(jī)定子過電流程度和電流的負(fù)序分量作為故障判據(jù)。電動(dòng)機(jī)常見的故障可分為對(duì)稱故障與不對(duì)稱故障兩大類。電動(dòng)機(jī)的短路故障是比較嚴(yán)重的一種故障，危害性很大，在進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，即要避開起動(dòng)電流，同時(shí)保護(hù)裝置應(yīng)是電流速斷保護(hù)。I1： 速斷動(dòng)作電流低值(電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后速斷電流動(dòng)作值)(A)。(2)為了保證重要電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)因機(jī)械原因、負(fù)荷過大等原因造成轉(zhuǎn)子被卡死或低速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成過熱而危及電機(jī)，必須予以切除。負(fù)序保護(hù)所針對(duì)各類非接地性不對(duì)稱故障，如斷相、不平衡運(yùn)行、局部匝間短路等。電源電壓雖對(duì)稱，但由于斷線處出現(xiàn)電壓△U，所以在電動(dòng)機(jī)端點(diǎn)A、B、C處三相電壓是不對(duì)稱的，電動(dòng)機(jī)負(fù)載越大，斷相時(shí)電壓的不對(duì)稱程度越大。B、C端點(diǎn)間電壓推導(dǎo)如下： （）聯(lián)立以上兩式得： （）∴ （）= （）式中：Z+—三相異步電動(dòng)機(jī)正序相阻抗Z—三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)序相阻抗在忽略勵(lì)磁阻抗的影響時(shí)，Z+、Z計(jì)算如下：=2r1+2jx1+（）+j2（x1+） （）∴ （）電流有效值為： （）在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生缺相故障：0s1,故s1忽略不計(jì) （）(2) 在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)己經(jīng)缺相此時(shí)S=l，故：= （）式中r1——定子繞組每相電阻折算值； ——轉(zhuǎn)子繞組每相電阻折算值； S——轉(zhuǎn)差率； 　x1——定子電抗； x2——轉(zhuǎn)子電抗折算值；Uφ——相電壓；把S=1代入得：∴ （）式中：IQX3為額定啟動(dòng)線電流IQX3= (4~7)Ie故啟動(dòng)時(shí)，在斷相情況下，斷相運(yùn)行電流為IB =(~6) Ie同樣電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下斷相時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將下降直至停轉(zhuǎn)，此時(shí)斷相電流也達(dá)(~6) Ie由此可見在斷相時(shí)，電流是額定電流的(3~6)倍,如此大的電流如無保護(hù)措施,電動(dòng)機(jī)繞組將很快燒壞。直流采樣的好處是不經(jīng)過采樣裝置處理的，所以采樣周期和速度不受限制，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，對(duì)采樣值只需做比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值。交流采樣的關(guān)鍵技術(shù)有幾個(gè)方面：，這對(duì)于工頻電流信號(hào)是不成問題的，因?yàn)槟壳皢纹瑱C(jī)的處理速度已經(jīng)足夠。交流采樣對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測(cè)量精度，一個(gè)周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點(diǎn)數(shù)，而且采樣計(jì)算程序相對(duì)復(fù)雜，對(duì)CPU要求較高?，F(xiàn)在己有快速傅氏算法等用以克服這些缺點(diǎn)。電壓互感器二次側(cè)電壓、電流互感器二次側(cè)電流的模擬量首先進(jìn)入電流電壓變換模件進(jìn)行交流變換，然后進(jìn)入濾波元件濾波后進(jìn)入ad轉(zhuǎn)換器，接著通過光電耦合去除干擾，進(jìn)入單片機(jī)C8051F360，由單片機(jī)微處理器讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過一定的算法進(jìn)行信號(hào)處理和故障判斷。再通過光電耦合濾除干擾進(jìn)入單片機(jī)。輸入時(shí)只有口A有鎖存功能。其內(nèi)嵌控制器為SED 1335控制器，它具有豐富的指令系統(tǒng)，較強(qiáng)的I/0緩沖區(qū)。SED1335控制板外形尺寸為9050mm，板上有兩個(gè)接口：分別為J1和J2，其中J1為單片機(jī)控制板接口（16針），J2為液晶顯示器（LCD）接口。通訊部分電路圖如上圖所示，下側(cè)接口為通訊預(yù)留口，可直接以插口的形式與上位機(jī)連接。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。其引腳功能及工作原理說明：(1)手動(dòng)復(fù)位輸入端 當(dāng)該端輸入低電平保持140 ms以上。(7)復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200 ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。 模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)方法，各模塊程序分別編寫、編譯和調(diào)試。由于系統(tǒng)的主控部件為單片微型計(jì)算機(jī)，它的工作完全靠軟件支持，即單片機(jī)怎樣接收控制指令和故障輸人電信號(hào)；怎樣對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行判斷；怎樣輸出控制信號(hào)等等，即將具有特定任務(wù)的一部分作為一個(gè)單元，編制一段程序，在必要時(shí)可多次調(diào)用，成為一個(gè)功能模塊。： 測(cè)量程序流程圖 A/D采樣程序A/D采樣程序是測(cè)量主程序的重要組成部分，它的主要任務(wù)是依次采集A/D轉(zhuǎn)換六路模擬輸入通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其存入預(yù)定存儲(chǔ)單元，以供后續(xù)程序取用。解決可靠性和穩(wěn)定性的措施是多方面的，而提高保護(hù)裝置