高压开关微机综合保护装置软件设计[毕业论文]

机电毕业设计课题:高压开关微机综合保护装置软件设计含毕业论文

高压开关微机综合保护装置软件设计[毕业论文]

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P89C51RB2单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

ABSTRACT：

The electric power is the energy that the national economy constucts to live medium indispensability and people, but the development of the electric power industry can not get away from to used for the high pressure switch equipments that loses to go together with an electricity. Usually need to monitor some parameters in the electricity equipments the movement, for example the electric current,electric voltage,electric leakage electric current,short-circuit electric current etc. work normally by promising an equipments. The high pressure switch is comprehensive before protection the device adopts emulation electric circuit much to monitor current and voltage etc. parameter short-circuit with the realization, lead to carry, lose to press, lead press, electric leakage etc.protection, its structure complications, physical volume big,consume and can be many. Fly technically to develop soon along with the tiny machine, single slice microcomputer its physical volume is small,the price is low,the applied vivid etc. advantage got an extensive application in the automatic control realm. For resolving an original high pressure switch comprehensive protection device of above-mentioned problem, adopted a single slice machine system solid hour monitor various parameter of the equipments movement, and as to it's carry on analysis,compute and handle, promise an equipments safety, dependable movement. The originally comprehensive protection device had to carry, short circuit, electric leakage(include the electric current type and the power direction type),keep watch on, lead to press, lose to press, lack equal protection function.
Generalized to introduce the P89C51RB2 a single slice the intelligence type of the machine control the characteristics of the protection device with comprehensive high pressure switch with the basic function, the hardware that elaborated on the intelligence type the high pressure switch to protect device connected a people's electric circuit and software design. That device has the function credibility, to consume low, the physical volume is small, function strong characteristics.
Keyword: Single slice machine; the high pressure switch; comprehensive protection

目录

摘 要 1
ABSTRACT： 2
1 绪论 6
1.1 高压开关的功能 6
1.2 系统的设计思路 7
1.3 电路技术水平 8
1.3.1 模拟电路阶段 8
1.3.2 模拟电路为主，数字电路为辅阶段 9
1.4 微型计算机的选择 9
1.4.1 P89C51RB2特性： 10
1.4.2 CAT24C021 芯片 11
2 保护原理 12
2.1失压、过压保护 12
2.2 电缆绝缘监视保护： 12
2.3 电流型漏电保护： 13
2.4 功率方向型漏电保护： 13
2.5 过流保护的实现 13
2.6 过载保护的实现 14
2.7 短路保护的实现 14
3 微机保护装置的硬件设计原理 15
3.1 保护系统的功能 15
3.2 综合保护装置的原理框图 17
3.3 复位电路 17
3.4 数据采集和处理单元 18
3.4.1 过载保护 19
3.4.2 短路保护 19
3.4.3 漏电保护 19
3.4.4 监视保护 21
3.4.5 失压过压保护 21
3.4.6 缺相保护 21
3.5 键盘与显示电路 22
3.5.1 键盘 22
3.5.2 显示电路 22
3.6 电源电路 23
4 软件设计 23
4.1 概述 23
4.1.1 逻辑符号 25
4.1.2 管脚描述 25
4.1.3 FLASH EPROM 存储器 30
4.2 振荡器特性 30
4.3 复位 31
4.4 低功耗模式 31
4.4.1 时钟停止模式 31
4.4.2 空闲模式 31
4.4.3 掉电模式 32
4.4 定时器2 的操作 33
4.4.1 定时器2 33
4.4.2 定时器/计数器2 的设置 33
4.5 中断优先级 34
4.6 PCA看门狗定时器 38
4.7 扩展数据RAM寻址 39
4.8 硬件看门狗定时器(WDT) 41
4.9 FLASH EPROM 存储器 42
4.10 在系统编程(ISP) 43
4.11 使用在系统编程(ISP) 44
4.12 在应用中编程方法 45
4.13 流程图 50
4.14 键盘和发光数码管显示 52
4.14.1 键盘扫描电路的程序代码 52
4.14.2 键盘的消抖动程序 56
4.15 A/D转换 63
4.16 指令冗余及软件陷阱 67
4.16.1 指令冗余 67
4.16.2 软件陷阱 67
结论 69
致谢 70
参考文献： 71

1 绪论

1.1 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。

1.2 系统的设计思路

本系统处于监控状态时,具有以下的功能: ①自检功能可随时检测系统的工作情况; ②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; ③采用带有I2C 串行氧化物半导体E2舞会的CAT24C021 芯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; ④通过密码可修改整定参数,以适应不同的现场情况; ⑤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; ⑥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; ⑦16KB闪光可实现在系统编程和在应用编程; ⑧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。