开题报告(梁子龙)

山 东 科 技 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 35kV馈出线微机保护装置的设计

学 院 名 称 信息与电气工程学院 专业班级 电气工程及其自动化2007-1班 学生姓名 梁子龙 学 号 200701100316 指 导 教 师 于 群

填表时间： 2011 年 3 月 12 日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。 4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。 5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

设计（论文） 题目 设计（论文） 类型（划“√”） 工程实际 √ 35kV馈出线微机保护装置的设计 科研项目 实验室建设 理论研究 其它 一、 本课题的研究目的和意义 本课题针对城市35kV电网馈出线可能出现的单相接地、相间短路等故障进行研究，分析出现不同故障时对应的现象，并比较不同的方案得出切合实际算法，开发出一套完整的继电保护装置。通过对本课题的研究，可以加深我对本专业的认识，整理四年来我学到的专业知识，并加以总结提升，结合工程实际，将专业知识融入到实际应用中去，为将来走上工作岗位打下坚实的基础。 随着城市范围的不断扩张，35kV电网的应用范围不断扩大。在实际生产中，35kV电网所辖范围往往较大，接线也越来越复杂，区域内可能有重要的工业用户，如果35kV电网的保护设计与配置不当，保护将不能正确工作（误动或拒动），从而会扩大事故停电范围，给国民经济带来严重的恶果，有时还可能造成人身和设备安全事故，后果比较严重。因此，对35kV电网的稳定、安全运行有很高的要求。本课题将现代电网微机保护技术应用到35kV馈出线的保护中，简化了传统保护方式的接线。整套装置利用合理的算法对35kV电网进行故障分析，并及时动作或发出信号，提高了保护的速动性、可靠性和灵敏性，使35kV电网更加安全、稳定、高效地服务于人民正常生活和国家工农业生产。 二、 本课题的主要研究内容（提纲） 1、针对35kV馈出线在实际运行中出现的单相接地、相间短路等故障进行研究，分析故障特点，比较不同故障现象的相同点和不同点； 2、比较主要保护方案及相关保护装置产品的优缺点； 3、利用已经得出的故障特点和方案比较结果，提出合适的故障判据和保护算法，重点研究故障判据的有效性及如何实现自适应，比较不同方案的优劣，确定最终的算法； 4、利用单片机或DSP技术开发完整的保护装置系统，重点研究系统的硬件电路设计，包括硬件选型、电路接线等方面； 5、绘出系统的逻辑框图、单元图、系统原理接线图； 6、对整套保护装置进行分析研究，得出装置实际效果和存在的缺陷，并进行改进，确定装置实际允许应用范围； 7、整理相关资料，总结设计经验，编写技术文件。 三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） 继电保护在电力系统中占有重要地位。我国从七十年代末就开始了微机继电保护的研究，高等院校和科研院所在这里面起到了先导的作用，相继研制出了不同原理和不同型式的微机继电保护装置。自从1984年4月由我国自行研制的第一套微机线路保护装置在河北马头电厂投入实际运行以来，微机继电保护已经在我国取得了很大的发展，随后在投入批量生产后，从二十世纪九十年始在我国电网中逐步得到实际应用。 随着国民经济对用电量需求的不断增大，我国变电站的数量以每年2%一4%的速度增长，而在新建的变电站中90%以上采用的是微机继电保护系统。同时根据电网运行的要求每年还有相当数量的变电站进行技术改造，提高综合自动化水平。随着微机保护装置的深入研究，在微机保护软件算法等方面也取得了很多的理论成果。我国继电保护技术己进入了微机保护的时代，并且也带动了变电站综合自动化的发展。 目前国内外应用于微机保护的处理器有单片机、DSP和嵌入式的处理器。 单片机通过大规模集成电路技术将CPU、ROM、RAM和工/0接口电路封装在一块芯片中，具有可靠性高、接口设计简单、运行速度快、功耗低、性能价格比高的优点。从8位单片机到16位单片机，再到目前的32位单片机保护硬件系统;从单CPU结构到多CPU结构，都在电力系统微机保护中得到了成功的应用。南非的Abhisek Ukil等人提出了利用递归参数估算技术进行检测电网在扰动的情况下信号的突变，在信号参数模型中对故障前后的状态参数进行了估算，达到了很好的效果。但由于单片机通用性、可扩展性相对较差，片内资源有限，实际应用中需要对其功能进行补充和扩展。由于单片机价格低廉，现阶段应用单片机的微机保护仍是我国微机保护的主流产品。 总的来说，用单片机实现微机保护系统有以下几个优点： 1、单片机价格低廉，接口电路设计简单，扩展外围电路比较容易； 2、单片机主要面向控制领域，抗干扰能力强，可靠性比较高； 3、单片机技术基本已经成熟，可参考的例子和资料非常多，可以缩短开发周期。 为了克服单片机运算能力弱的缺点，很多厂家在386/486的基础上，利用Intel体系在个人计算机领域的优势，推出了一系列与个人计算机软硬件兼容的嵌入式处理器，如INTEL386EX，AMD386/486E等。由于可利用PC丰富的开发环境、应用软件和电路设计技术，因而一经推出就得到了众多工控厂家的欢迎，并纷纷在此基础上开发出ISA、STD、PC104等总线工控主板。该嵌入式处理器具有很多优点，例如V40是一种高性能的、完全静态嵌入式8位微处理机芯片，它集成了许多外围器件，在软件上完全与CPU兼容，比单片机有更高的计算速度和精度，以及更强的控制能力，完全满足继电保护算法对处理器的计算速度和精度更高的要求。故以V40为基础的STD工控机在电力系统继电保护自动化产品中得到了最为广泛的应用。 而新一代处理器——数字信号处理器(DSP)硬件资源丰富，相应开发平台先进。DSP具有相当强大的处理能力、快速的指令周期、哈佛结构、流水操作、专用乘法器、特殊的指令等优势，加上集成电路优化设计，可以使DSP的指令周期达到200ns。将DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和付立叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成的继电保护功能。 微机继电保护产品在电力系统中得到了广泛的应用，并由于其相对于传统继电保护产品（整流型、集成电路型等）的一系列优点，大大提高了电力系统供电的安全性和可靠性，促进了电力系统自动化的发展。目前，国内外研制和开发的同类产品很多，功能也各有侧重。总的来说，主要有以下不足: 1、虽然多数在设计上都采用双CPU结构，但其CPU基本上都还采用传统的MCS-51、96系列单片机芯片。而这些单片机虽然控制性能较好，但却不擅长数字信号的处理。特别是在处理电力系统中复杂的数据运算时，往往耗时过长。 2、在对输入信号的处理上，每周波的采样点较少，大多采用模拟滤波处理方式和积分和的计算方法。但是，即使再好的模拟滤波电路也不能完全滤除掉高次谐波的干扰，从而不可避免地造成一定误差。 3、大部分产品中均集成了电流保护，但没有集成距离保护。目前由于传统观念的影响以及鉴于电流三段式保护的接线比较简单、可靠性较高的特点，配电线路上的继电保护主要由电流三段式保护组成。但随着电力系统中微机保护的普遍应用，使得各种保护的接线方式都趋于简单。电流三段式保护的灵敏度受系统运行方式的影响较大。当系统运行方式变化较大时，速断保护的灵敏度往往不能满足要求。特别是当被保护线路很短时，速断保护的保护区常常为零，另外，电流三段式保护避越负荷电流的能力也很差。速动性差和灵敏度差是电流三段式保护的主要缺点。 随着我国变电站综合自动化技术的发展及网络技术的兴起，微机保护装置的研究设计工作应与变电站综合自动化系统相适应，使微机保护既保持其相对性，又要具备有与变电站监控系统接口的条件及远方控制功能，以适应无人值守变电站的改造。 同时，随着新理论、新的硬件技术的发展，微机保护装置也应吸收其中适应电力系统的部分，以提高微机保护的性能和技术水平。 四、 拟解决的关键问题 1、分析故障现象，针对不同故障提出相应的故障判据，增强保护的可靠性； 2、针对故障判据进行分析，从算法的精度、速度和系统的功能要求各方面综合考虑，比较得出合适的算法，兼顾继电保护的速动性、灵敏性和可靠性； 3、设计35kV线路微机保护系统的硬件系统，给出每个硬件模块的电路图，详细分析其工作原理及实现功能，并分析硬件可能的干扰因素，增强硬件的抗干扰能力； 4、开发35kV线路微机保护系统的软件系统，给出程序设计的流程图，详细分析了其原理及实现功能，并分析软件系统可能的干扰因素，增强软件系统的可靠性。 五、 研究思路和方法 1、多方搜集资料，深入了解当前微机继电保护的现状、应用技术和发展趋势，参考多方资料进行比较分析，对各种方案的优缺点有大致了解； 2、采用比较法，深入对比各种微机继保方案的优势和不足之处，综合继电保护速动性、可靠性和灵敏性的要求，确定本设计所采用的方案； 3、比较各种算法的特点，可以采取实验法，利用仿真技术测试不同算法对同一故障判据反应的精确度，确定一种精度高、速度快的算法方案； 4、可采取实验法验证系统硬件电路设计是否合理，并对存在的缺陷加以改进； 5、对系统软件的设计进行仿真验证，增进软件系统的可靠性。 六、 本课题的进度安排 本学期毕业设计共十六周，具体安排如下： 第1～2周：查阅资料，熟悉毕业设计课题所涉及内容，写出文献综述，明确设计任务及相关专题，制定出设计计划。 第3～4周：通过传统线路电流速断保护的分析，提出总体设计方案并选择保护原理，并进行方案比较及论证。 第5～6周：保护算法设计及验证。 第7～9周：硬件电路设计相关调试。 第10周：检查设计进度执行情况。系统软件总体规划。 第11～13周：系统软件编程及调试。 第14～15周：撰写毕业设计说明书，写出答辩提纲，准备答辩。 第16周：毕业答辩 七、 参考文献 [1]贺家李，电力系统继电保护原理，中国电力出版社，1999； [2]杨奇逊，微型机继电保护基础，中国电力出版社，2002； [3]罗士萍，微机保护实现原理及装置，中国电力出版社，2001； [4]王维俭，电气主设备继电保护原理与应用，中国电力出版社，2002； [5]许建安，电力系统微机保护继电保护，中国水利水电出版社，2001； [6]吴迪，110kV线路微机保护装置的研究，武汉大学硕士学位论文，2004.4； [7]A.Y. Abdelaziz，A.M. Ibrahim，M.M. Mansour，H.E. Talaat，Modern approaches for protection of series compensated transmission lines，Electric Power Systems Research，Volume 75，May 2005，Pages 85-98； [8]Abhisek Ukil，Rastko Zivanovic，The detection of abrupt changes using recursive identification for power system fault analysis，Electric Power Systems Research，Volume 77，March 2006，Pages 259–265； [9]张毅，微机线路综合测控保护装置的研究与开发，天津大学硕士学位论文，2005.1。 指导教师意见 指导教师（签名）： 年 月 日 所在系（所）意见 负责人（签章）： 年 月 日