110KV输电线路继电保护装置设计开题报告

2.1 研究内容

设计一个基于DSP的输电线路继电保护装置，主要包含以下研究内容：

（1）三段式保护原理分析（时间整定、电流整定、灵敏系数整定）；

电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大。利用这一特性，可构成电流保护。其电流保护主要包括：电流速断保护、限时电流速断保护以及定时限过电流保护。对于仅反应电流增大而动作的保护，它们相互配合所构成的一整套保护，称之为三段式保护。

电流速断保护和限时电流速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最 大负荷电流来整定的。 当线路发生短路时，重要特征之一是线路中的电流急剧增大，当电流流过某一预定值时，反应于电流升高而动作的保护装置叫过电流保护。

①I段，无时限电流速断保护

保护范围：本段线路（一般线路全长的80~85％，最少线路全长的15%）。

动作定值：按最大运行方式下（三相短路）线路末端发生故障整定；灵敏度按最小运行方式下（两相短路）来进行校验(Iqb=KrelKwKiIL.max ,Sp=KwIk(2)KiIqb≥2)。

动作时限：速断保护，无时限。

②II段，带时限电流速断保护

保护范围：延伸至下一段线路（为保护本段线路全长）。

动作定值：大于下一段线路一段保护动作定，小于本段线路I段保护定值(大于10倍动作电流，Iop=KrelKwKreKiIL.max)。

动作时限：大于下一段线路一段保护动作时限，大于本段线路I段保护时限（t1≥t2 ?t,?t=0.7s）。

③III段，定时限过流保护

保护范围：做本线主保护的后备保护，即近后备保护，并做相邻下一线路(或元件)的后备保护，即远后备保护。保护范围要求超越相邻线路末端。

动作定值：保证在正常并伴有电动机启动时的负荷电流下不动作；保证外部故障切除，下一母线有电动机启动下的负荷电流不动作。比I段和II段定值小很多(Iop=KrelKwKreKiIL.max)。

动作时限：各线路III段保护的延时必须相互配合（t1≥t2 ?t,?t=0.5s）。

（2）断路器及电磁式操纵机构原理分析；

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。断路器的分类：按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作；按结构分：有万能式和塑壳式；按使用类别分：有选择型和非选择型；按灭弧介质分：有油浸式、六氟化硫、真空式和空气式；按动作速度分：有快速型和普通型；按极数分：有单极、二极、三极和四极等；按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。本设计采用的是真空断路器，空断路器的工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒(屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。它具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。

电磁式断路器原理:电路的火线与开关两端相连。开关置于接通状态时，电流能磁化电磁体，电磁体产生的磁力随电流的增强而增强，电流降低磁力也会减弱。当电流跃升到危险水平时，电磁体会产生足够大的磁力，以拉动一根与开关联动装置相连的金属杆，使移动接触器倾斜并离开静态接触器，切断电路中断电流。双金属条设计也是相同的原理，区别在于无需给电磁体能量，而是让金属条在高电流下发热自行弯曲继而启动联动装置。

（3）RS485通信（数据的传输、输电线路的远程保护与监控）；

RS485总线接口是一种常用的串口，具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点。RS485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上收发器具有高的灵敏度，能检测到低压200mv的电压，所以传输信号的可靠传输距离可能达数千里以外。RS485采用半双工工作方式，任何方式只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。使用RS485总线组网，只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、通信距离长。

系统将采集到的电流信号转换为模拟信号，再经过A/D转换器转换为数字信号，在DSP对数字信号进行分析、计算后，发出动作信号指令给外部设备，继而外部设备会根据所得到的动作指令给输电线路进行继电保护。如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种通讯程序往往不符合ISO/OS的规范，只能实现单一的功能，适用于单一设备类型，程序不具备通用性。在RS45设备连成的设备网中，如果设备数量超过2台，就必须使用RS485作通讯介质。而在本继电保护装置中，RS485通信协议就是DSP与外部设备（断路器）之间的通讯介质。简而言之，RS485通信就是PC与断路器之间的数据传输协议。

（4）系统硬件设计；

（5）软件系统设计；

由于本设计是基于DSP设计的继电保护装置，所以本设计采用了型号为TMS320F2812的数字信号处理器。TMS320F2812是一款TI高性能TMS320C28x系列32位定点DSP处理器，TL2812-EVM是基于TI TMS320F2812而研发的一款高性能DSP开发板，采用核心板 底板方式，尺寸为185mm*135mm，底板采用沉金无铅工艺的两层板设计，它为用户提供了SOM-TL2812核心板的测试平台，用于快速评估核心板的整体性能。

从而研制出一个基于DSP的输电线路继电保护装置设计。

2.2预期目标：

运用单片机技术，继电保护设计，C语言等学过的知识设计出一套继电保护装置。

（1）110KV输电线路故障信号检测；

（2）技术要求：过/低电压保护、三段式保护；

（3）继电保护装置中各个器件的型号选择；

（4）电路原理图、硬件电路图的绘制；

（5）DSP型号的选择；

（6）RS485通信软件的编程程序；

（7）软件和硬件的功能调试；

本设计主要核心内容是应用DSP系统进行控制程序设计，利用继电保护原理和C语言程序对110KV输电线路进行过/低电压保护、三段式保护以及RS485通信，实现110KV输电线路的继电保护功能。

研究步骤：如图3-1所示：

预计电路设计流程图：