【低压供电线路的微机保护装置的设计11000字（论文）】

低压供电线路的微机保护装置的设计目录TOC\o"1-3"\h\u163301绪论 69071.1研究背景及意义 687631.2微机保护的研究概况 7225931.2.1国外研究概况 7205081.2.2国内研究概况 8271881.3微机保护的要求及发展趋势 9267871.3.1微机保护的要求 9210261.3.2微机保护的发展趋势 10180292低压线路微机保护的原理与系统架构 11311472.1低压线路微机保护的基本原理 1121172.1.1三段式电流保护 1165042.1.2零序电流保护 12198012.1.3低压减载 13248082.2低压线路微机保护的算法原理 14101843设计方案 16244263.1总体设计方案 1684343.2硬件设计 16152393.2.1电压形成电路 16176463.2.2保护单元 17310313.2.3测量单元 1859063.3软件设计 18186333.3.1计算方法 1880623.3.2流程图 19283574实验测试 21496参考文献 241绪论1.1研究背景及意义电力系统是由发电厂、输变电设备、配电设备和用电设备四大环节组成的。随着我国经济的发展，用电量越来越大，电力系统也在飞速的发展。由于电力系统覆盖地域辽阔，运行环境复杂，以及各种人为因素的影响，故障的发生是不可避免的。如果故障得不到及时有效的控制，将可能会给电力系统造成不可估量的后果。因此，保证电力系统安全稳定地运行是一个亟待解决的课题。微机保护测控装置可以有效的预防和减少可能存在的故障，是确保电力系统安全稳定运行的重要装置之一。20世纪60年代，人们就开始对电力系统的可靠性进行研究。电力系统通过配电网对电能进行分配，因此配电网与人们的生活息息相关。起初，人们对电力系统可靠性评估的重点在于发电设备和输电设备，而配电系统的可靠性研究尚未受到应有的重视。从70年代开始，特别是进入90年代以来，随着社会经济的发展，人们对于供电质量的要求越来越高，配电网的可靠性越来越受到人们的关注。电能的最大特点是不能储存，如果配电网出现故障，将造成停电，给用户带来不便。可靠数据显示，80%以上的用户停电事故是由于配电线路出现故障而造成的。10kV配电系统相当复杂，且与人们的日常生活联系比较密切，比如居民生活及工作用电、企业用电等，故障也频频发生。目前，常见的主要故障有短路、过负荷、低压等。以短路故障为例，当配电网的某处因为外部或者内部的原因发生短路时，线路阻抗会降低，电流会大幅升高，如不能得到及时有效的处理，短路电流的热效应和电动力效应就会造成电力设备或线路的损坏，还可能破坏电力系统的稳定运行，造成严重的后果。目前我国的10kV配电网体系在不断发展和完善，配电网的可靠性也在不断的提高，但是与发达国家相比，还是有很大的差距。结合我们国家的具体情况，我国定义了一些配电网可靠性的基本指标。如下：供电可靠率：在有效统计时间内，对用户有效供电时间总小时数占统计时间小时数的比重，记作RS-1。据资料显示，2009年我国城镇地区的10kV配电用户年平均停电时间为9小时7分钟，RS-1为99.896%；2010年我国城市用户年平均停电时间为6.722小时，RS-为99.923%。而欧美、日本等一些发达国家城市的供电可靠率在20世纪80年代就已经达到了99.99%。由此可见，我国配电网可靠性提高之路还很长。提高配电线路供电可靠性最重要的措施是在线路上加装相应的微机保护装置。微机保护测控装置属于电力系统二次设备的一种，是指以微处理器、微型机等作为硬件核心器件和相应的软件（程序）组成，来实现测量、保护、控制、数据通信一体化等复杂功能的继电保护装置。它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，在电力系统中受到应用广泛。线路微机保护测控装置可以反映电力系统故障和不正常运行状态，并及时有效的切除线路故障。因此，为了确保10kV配电网的正常运行，提高其供电可靠性，必须正确地设置相应的微机保护装置。1.2微机保护的研究概况微机保护测控装置始于继电保护装置，1890年，首次出现了电磁型过电流继电器。19世纪初，继电器开始广泛用于电力系统的保护领域，这被认为是继电保护技术发展的开端。在经历了机电型、整流型、晶体管型、集成电路型等四个阶段的发展后，达到现在的微机保护阶段。1.2.1国外研究概况国外继电保护领域的研究起步较早。20世纪60年代，有些学者就提出了用小型计算机来实现电力系统继电保护的设想，但当时受到一些硬件条件和技术条件的限制，主要对微机保护的硬件结构设计和算法展开了大量的研究。到了20世纪70年代，随着大规模集成电路的发展和应用，使得微处理器体积缩小，价格大幅降低，运算速度及可靠性大大提高，对微机保护的研究进入高潮期。美国首先研制成功了线路微机保护装置的样机，并运行于电力系统中，它具备了微机保护的基本组成部分，可以实现保护的基本功能。上世纪90年代初以来，微机保护测控装置的硬件技术和软件技术随着计算机技术的迅速发展，不断完善，趋于成熟。迄今为止，英国、美国、德国、日本等国家已经研究出了不同系列多种功能的微机保护测控装置，并在很多国家得到了广泛的应用。国外的微机保护测控装置虽然种类多、功能强，但是操作性复杂，且价格昂贵。国外的产品在测量和保护是用同一组电流互感器（CurrentTransformer，简称CT），在我国电力系统中，要求测量用CT和保护用CT分开，能测量在一次额定电流下运行的最大误差和在大电流下能够准确反应实际运行的状况，且我国的配电网有中性点不接地的显著特征，所以，我国的配电自动化系统不能无缝连接国外的设备，必须根据我国配电网的实际情况设计自己的装置。1.2.2国内研究概况我国的微机保护研究始于20世纪70年代末期，第一套微机保护测控装置在80年代初期研发成功，并投入运行。进过十年的发展，到80年代末，90年代初期，我国已经在线路微机保护领域有一定的成果，达到了实用阶段。高校和科研院在微机保护的研究中起到了先导作用，华中科技大学、华北电力大学、天津大学、东南大学、西安交通大学、上海交通大学，重庆大学、南京电力自动化研究院等都相继研制出了不同系列，不同型号的微机保护测控装置。另外，国内的一些企业，比如许继集团、国电南瑞、南京南自、北京四方、东方电子等也研发出了自己的微机保护产品，并投入市场。从大体上来讲，国内微机保护装置的发展从硬件上可分为四个阶段：第一阶段：单个8位单片机的中央处理器（CentralProcessingUnit,简称CPU）结构。第一代微机保护测控装置以8位的微处理器MC6809为CPU，其功能有限，需要扩展大量地外部硬件电路，存储容量较小，不易修改和维护，不具备远距离数据传送通信功能，数据采集系统速度低，精度差。由于是单个CPU结构，结构和功能比较单一，可靠性低。第二阶段：多个8位单片机CPU结构。以多个8位CPU组成的微机保护装置在第一代产品的基础上进行了升级，不需要扩展大量的外部硬件电路，并模块化。升级后的产品具备自检、互检、故障定位等功能，在硬件的抗干扰、防拒动、防误动等方面趋于完善，还增加了串口通信。在数据采集方面，应用电压频率转换的计数式数据采集系统，使得数据采集的速度和精度有了很大的提高。多单片机系统使故障处理时间大大减少，增加了装置的可靠性。第三阶段：16位或者32位单片机结构。随着微处理器的集成度越来越高，其内部资源越来越丰富，有多种外围设备，无需外部扩展存储器，有更加完善的通信功能，抗干扰能力进一步加强。第四阶段：16位或者32位单片机+32位数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，简称DSP）的多CPU结构。这是目前应用最多的设计方案，将系统模块化，DSP用作核心CPU，来完成保护功能、保护算法和逻辑判断，单片机主要用来作为通信及人机交互功能的CPU。这种结构利用DSP高速数据处理的能力，加速对故障的判断，使系统的反应速度更加迅速，运行更加稳定。DSP技术就是利用数字信号处理器对数字信号进行采集、分析、变换、综合、识别等的一个加工过程，目的在于从众多的信号中提取出有效的信息，并便于高效的利用。DSP技术是目前在数字信号处理领域应用最广泛的技术之一，DSP技术的出现，使微机保护技术的发展有了很大提高，其丰富的内嵌资源方便的实现了数据共享，强大的运算能力以及高速度、高精度的计算为保护算法的实现提供了硬件支持，使得微机保护测控装置的性能得到不断的提升。1.3微机保护的要求及发展趋势1.3.1微机保护的要求电力系统配电线路通过断路器与变电站母线相连，为了保证能够彻底切除故障线路，每台断路器都要装有微机保护测控装置，并且根据线路运行状况设置相应的保护。当线路发生故障时，微机保护测控装置向继电器发出开关量输出信号，实现断路器跳闸动作，快速切除线路故障部分，从而不影响其余部分的正常运行。微机保护控制断路器的分合闸动作，在技术上应该满足四个基本要求：1.可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是要求微机保护装置在保护范围内应能正确地控制继电器动作，不拒动，保护范围外不误动。不拒动和不误动在可靠性设计上是相互矛盾的，因此，要根据实际情况设置微机保护的动作来平衡两者之间的逻辑关系，提高可靠性。速动性由于线路故障大部分为短路故障，会有大电流发生，迅速动作于继电器，以最短的时间切断故障线路，缩小事故范围，对电力系统的安全运行有很重要的意义。这里对一般故障的保护动作时间要求为60ms~120ms，最快的可达20ms~40ms。灵敏性根据GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》，保护动作的灵敏系数在1.2~2之间，这要求微机保护测控装置要对保护范围内的任何故障都有敏锐的感应能力，并做出正确的判断。选择性在保护范围内发生故障时，利用相邻保护原件元件的配合和保护动作设置，只选择切除故障线路，非故障线路正常运行。若保护装置拒动，仍要保证在停电范围最小的原则下切出故障。1.3.2微机保护的发展趋势随着技术的发展，线路微机保护装置不仅越来越小型化，而且还大量引入了高集成电子技术、计算机技术、通信网络技术，使装置的自动化程度越来越高。它的发展趋势如下几点：通信网络技术的飞速发展，使微机保护系统网络化，系统内部能共享全系统运行和故障信息的数据，有利于系统的稳定运行；（2）随着技术的发展，微机保护系统功能会越来越完善，能自动的完成测量、控制、保护、数据通信等功能；（3）随着电力系统自动化技术的发展，人工智能技术如神经网络、遗传算法、模糊逻辑等被大量的应用于电力系统中，使装置向智能化发展。本文针对低压配电线路的特点，借鉴国内外微机保护的发展历史经验，结合微机保护测控装置网络化、系统化和智能化的发展趋势，利用DSP技术设计开发低压线路微机保护测控装置，以实现控制、保护、测量和数据通信等功能的一体化，使线路微机保护测控装置成为电力系统的一个智能终端。2低压线路微机保护的原理与系统架构2.1低压线路微机保护的基本原理低压等级的配电线路是不接地或小电流接地系统，通常相电流保护配置为三段式电流保护，接地短路电流保护配置为零序电流保护，一般还配置低周减载、低压减载、过负荷保护、自动重合闸、PT断线保护等。在微机保护中，为了实现最好的保护效果，根据实际情况达到不同的保护要求，装置不再固定于某一种保护动作原理，而是充分利用各种保护原理的优点进行不同保护原理的组合。为防止由于出现拒动和误动而给系统造成巨大危害，就要对微机保护装置的可靠性、速动性、灵敏性和选择性提出很高的要求。但同时，这四种特性又是相互矛盾的。为了在各种复杂的环境下保证系统及时、正确的动作，保护原理方案的设计就显得尤为重要。2.1.1三段式电流保护电力系统在运行时，线路上相与相之间或相与地之间可能会发生短路等故障，伴随着故障，会有相电流的增大和相电压的降低。根据这一特征，当确定故障线路上的电流大于某一“定值”或保护安装处母线电压小于某一个“定值”时，保护将跳开故障线路上的断路器而将故障切除，“定值”就是电流、电压保护的整定值，它是电流保护动作的最小电流和电压保护动作的最大电压。根据电流整定值选取的原则和保护的时限，电流保护可分为无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限电流速断保护，统称为三段式电流保护。通常，无时限电流速断保护一般不带时限，称为Ⅰ段，限时电流速断保护有较小时限，为Ⅱ段，定时限过电流速断保护时限较长，称为Ⅲ段。Ⅰ、Ⅱ段为三段式电流保护的主保护，第Ⅲ段为后备保护段。无时限电流速断保护（Ⅰ段）反应电流增加时不带时限动作的电流保护称为无时限电流速断保护。为实现微机保护速动性的特点，且要保证可靠性和选择性要求，在线路保护范围内发生短路故障时迅速动作，在尽可能短的时间里切除线路故障。图2-1单侧电源网络相间短路的无时限电流速断保护工作原理图2-1为单侧电源网络中线路所装的电流保护。A、B、C配电线路母线，QF为电源侧的断路器，P为相应设置的无时限电流速断保护。若k1点处发生三相短路，则线路上的短路电流为（2-1）由式2-1可知，当系统等效电源一定时，流过保护的短路电流与短路点到保护安装处的阻抗、背阻抗及短路类型有关。1为最大运行方式下的电流曲线，即当系统阻抗最小时，流经被保护元件短路电流最大。2为最小运行方式时电流曲线，即系统阻抗最大时，流经被保护元件短路电流最小。当短路点离保护安装处越近，系统阻抗越小，在同一种运行方式下的短路电流越大。在实现装置速动性的同时，为保证其可靠性与选择性，我们要从保护装置启动参数的整定上保证当某一线路短路时，本线路保护装置启动，下一条线路出口处保护装置不启动。在微机保护技术中，这被称为按躲过下一条线路的出口处的条件整定。2.1.2零序电流保护低压线路属于中性点不直接接地系统，线路在正常运行的情况下，A、B、C三相的相电压Ua、Ub、Uc相互对称，三相相电压之和为零，即为中性点零序电压U0。三相都有相同的对地电容，在相电压的作用下，A、B、C三相都有超前于相电压90o的电容电流Ia、Ib、Ic流入地中，三相电流之和也为零，即零序电流I0。若线路发生C相单相接地时，如图2-2所示，此时，Uc=0V，Ic=0A，A、B两相正常，线路的相电压和相电流不再对称，就会产生零序电压和零序电流。由于发生单相接地短路故障时，线电压与负荷电流依然对称，故障线路可以暂时正常运行一段时间而不被切除，这也是中性点不直接接地系统的优点。图2-2中性点不直接接地系统单相接地故障情况本论文中，对于低压中性点不直接接地系统保护来说，采用零序方向过流保护，当发生单相接地短路故障后，保护启动电流为按照非故障线路零序电流值来整定，动作于跳闸和告警，方向元件可独立投退，从而实现零序电流保护。零序电流保护逻辑如图2-3所示：图2-3零序电流保护逻辑2.1.3低压减载低压减载类似于低周减载，不同的是监测的对象不同，低压减载针对的是线路上的电压。电力系统有时会发生有功和无功功率同时缺额的情况，当系统无功功率缺额时，会带来系统电压的降低，从而使总有功功率的负荷降低[14]，这时，系统频率可能变化不大。为了使系统功率恢复平衡，电压恢复正常，就要切除部分不重要的运行负荷，因此，除了设置低周减载，还要设置低压减载。低压减载的保护动作启动条件为：合位继电器判据；（2）和可投退的无流闭锁环节，原理同低周减载；（3）三相线电压均小于低压减载电压定值；（4）为防止PT断线而引起的误动，三相线电压大于20V；（5）满足延时要求。周压载保护逻辑如图2-4所示：图2-4低压减载逻辑图2.2低压线路微机保护的算法原理微机保护的算法是利用有效的数学运算思想，在一定精度的要求下，尽量快速的得到计算结果的逻辑。本设计中PT、CT输出的电压、电流信号经过数据采集系统量化、数字滤波处理，再输入DSP进行数字信号处理，并对处理结果进行分析、判断，进而通过保护动作判据或动作方程以决定是否发出跳闸命令或故障信号，从而实现各种微机保护功能。保护算法可分为两大类：一类是测量算法，用来计算保护所需要的各种电气量值，如低压线路电压有效值、电流有效值、频率、功率、功率因数、电度等，测量数据对计算精度的要求非常高，本设计采用ATT7022B多功能三相电能专用计量芯片对测量数据进行采集；另一类是保护算法，其与微机保护具体功能的实现有密切的相关性，保护算法对计算的速度有很高的要求。由于本设计中采用ATT7022B多功能三相电能专用计量芯片对线路数据进行测量，其内部集成有专门的数字处理器，针对不同的测量数据有专门的算法。因此，关于测量算法的内容不再介绍，这里只对常用的保护算法进行介绍。从理想的情况出发，即电压电流是纯正弦变化的，以电压为例：正弦信号为：式中，Um、——分别为正弦电压的幅值、相位。设正弦信号的周期为T，每周期采样数为N，Ts为采样时间间隔，则有：但实际情况下，当线路发生故障时，电路中电压和电流会发生变化，其不是纯正弦量。电压电流函数是在基波分量的基础上，叠加有衰减的非周期分量、整数倍频周期分量、非整数倍频周期分量和其他干扰信号。电压电流f(t)的解析式为：保护算法将连续的电流、电压信号经过离散采样，从中提取出需要的基波或某次谐波分量，滤除其他的周期、非周期以及衰减直流分量，经模数转换成为能被计算机识别、处理的数字量，再求出能表征线路运行特点的电流、电压有效值、相位及阻抗等物理量，最终经分析、判断得出结果，并将结果用于保护动作。本文设计的低压线路保护测控装置采用交流采样方法，目前，用于配电线路微机保护的交流采样方法主要有三类：基于标准正弦波模型的交流采样算法、基于随机函数模型的交流采样算法、基于周期函数模型的交流采样算法。3设计方案3.1总体设计方案传统模拟式继电器结构简单，测量、整定误差较大，操作烦琐，不便于安装在对保护动作可靠性要求较高的线路上。虽然微机继电保护装置有很多优点，但其价格偏高，使其应用范围受到限制。这是因为现在的微机继电保护装置控制器都是采用运算速度快、高性能的单DSP或者单ARM，其价格昂贵；模拟量采集单元用外置高准确度的ADC芯片，造成外围电路设计复杂；由于采用单处理器结构，使得编写和调试软件程序比较繁琐。而本装置采用多单片机结构，每个单片机执行某一项功能，通过SPI总线互连单片机，利用单片机片上系统自带的ADC实现模拟量采集功能。与传统模拟式继电器和微机继电保护装置相比，本装置结构简单，器件利用率高，可以很好地保护用户用电安全，同时计量准确度也达到相应标准。低压配电线路保护装置结构框图如图1所示，由电网模型单元、电压形成电路、保护单元、测量单元和人机接口单元组成。其中，C8051F021作为保护单元控制器计算故障电流；ATT7022EU作为测量单元计量芯片实时测量电网中电参量；STC15L2K60S2作为人机接口单元控制器实现参数输入、电参量显示功能。图3.1结构框图3.2硬件设计3.2.1电压形成电路将电网中的高电压、大电流信号转换为小电压的方法有两种：一种是互感器隔离法；另一种是电阻取样法。其中，电阻取样法所需电路简单，但不具备将高压与低压侧信号隔离的功能，很容易因高压侧过电压而造成控制电路损坏。因此，本文采用互感器隔离法，将电网中高电压、大电流信号经过一次TV、TA和数据采集板上的二次小TV、TA变换后，再通过信号调理电路传至ADC中。图3-2为本装置的模拟量采集电路，保护单元与测量单元共用一个微型电流互感器（二次小TA）。选用型号为元星电子生产的TA22B11，其额定输入电流为5～80A，匝比为2000∶1。其中，测量用微型电流互感器额定电流为5A，而保护用微型电流互感器选取的额定准确限制一次电流一般为8倍的额定电流，则保护用微型电流互感器的额定准确限制一次电流为40A。因此，所选的微型电流互感器能够满足保护和测量的要求。微型电压互感器（二次小TV）选用型号为元星电子生产的TV31B，其输入/输出额定电流为2/2mA，互感器一次侧需要串入110kΩ（1W）的限流电阻。图3.2模拟量采集电路3.2.2保护单元保护单元模块控制器选用SiliconLabs公司生产的C8051F021单片机，该单片机有以下优点。C8051F021的ADC包括9通道的可编程模拟多路选择器，可编程增益放大器，100KS/s、12bit分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，其可编程模拟多路选择器可以配置为单端输入或者差分输入。2）C8051F021使用SiliconLabs的专利CIP－51微控制器内核，与标准的MCS－51指令集完全兼容。CIP－51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。3）C8051F021内部含有64KB可在系统编程的Flash程序存储器和（4096＋256）B的数据存储器。硬件实现SPI接口，利用SPI总线不仅可以缩短数据交换时间，还能提高数据交换的稳定性。其中，速度和准确度是选择ADC的关键因数，本装置单相ADC的速度为600S/s，三相的速度即为1800S/s，速度上满足要求。因为额定准确限制一次电流为40A对应单片机ADC的最大值为0x07FF，通过计算得最小分辨率为0.019A，因此在准确度方面满足本装置保护和测量的要求。3.2.3测量单元电能表的计量芯片按原理结构分为两种：①模拟型乘法器；②数字型乘法器。前一种主要分为时分割和吉尔波特变跨导乘法器两类，后一种则根据ADC变换原理不同分成双积分型数字乘法器、逐次比较型数字乘法器和Σ－Δ型数字乘法器。其中，Σ－Δ型数字乘法器电能计量芯片因计算其准确度高、转换速度快而占据了较大的市场份额。因此，本文选用钜泉光电公司的一款高准确度三相电能专用计量芯片ATT7022EU。内置六路二阶Σ－Δ转换器，能够计量有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压的有效值。在输入动态工作范围为1000∶1时，其非线性测量误差小于0.1%，同时，本芯片为单＋3.3V供电，并且具有SPI接口，方便与外部MCU通信。3.2.4人机接口单元控制器选用宏晶公司生产的STC15L2K60S2型单片机，其内部含有60KBFlash程序存储器和2048B数据存储器，指令系统与标准的MCS－51指令兼容；集成SPI硬件电路，在主模式下速度可以达到3MB/s；片内含有1KB的E2PROM，方便保存设置的参数。3.3软件设计3.3.1计算方法低压配电线路保护装置在得到模数变换后的电流、电压量数据后，需要利用继电保护算法，进一步计算其幅值，将得到的实时值与E2PROM中保存的整定值进行比较，从而判断是否发生故障。而继电保护算法有很多种，如基于准确正弦模型算法、基于非正弦周期模型算法、随机函数模型算法和小波分析算法等。其中，在微机继电保护中傅里叶算法作为计算电压、电流信号幅值被广泛采用，计算公式中，an(m)、bn(m)分别为第n次谐波分量在t＝mTs采样时刻计算的正、余弦项的幅值；x(i＋m－N)为t＝(i＋m－N)Ts时刻的采样值；N为每周期采样点数；Ts＝2π/N为采样间隔。衰减的非周期直流分量对傅里叶算法影响较大，因此在基于文献介绍的傅里叶算法基础上，通过增加改进的差分算法，式中，h为常数，与直流分量的衰减常数有关。根据式（3）来消除衰减的非周期直流分量对有效值计算准确度的影响。如图3.3所示，与傅里叶算法相比，采用改进差分傅里叶算法后其有效值摆动幅度减小，且有效值趋于稳定的时间也大大缩短。图3.3Matlab算法仿真图3.3.2流程图本低压配电线路保护装置的软件设计流程图分为保护流程图和监控流程图两部分，如图3.4所示，C8051F021执行本装置的保护功能，STC15L2K60S2执行本装置的监控功能。图3.4系统流程图保护系统流程图如图3.4a所示，装置上电或复位后进行系统初始化，然后进行硬件自检，自检通过后进行电流数据采集，利用改进差分傅里叶算法快速、准确地计算电网实时值，并将实时值与整定值进行比较，如果检测到故障则驱动继电器跳闸并发出警报。监控系统流程图如图3.4b所示，装置上电或复位后进行系统初始化，然后进行硬件自检，自检通过后进行报警标志位判断、设置整定值等系统参数及显示三相交流电气量。保护和监控软件设计采取程序结构化、功能模块化、设置软件陷阱和冗余设计来提高装置的抗干扰的能力。4实验测试本文对设计的低压配电线路保护装置的速断动作值、动作时间、电压、电流和有功功率进行试验测试。按照《继电保护及其自动化装置基本试验方法》的规定，在电流整定值为5A的情况下测量5组电流动作值、保护动作时间，所得数据如表4.1所示。表4.1继电保护特性动作测试序号12345Ave.Iact/A5.0085.0535.0575.0384.9945.03Tact/ms25.447.226.549.147.639.16I′act/A5.0085.0394.9945.0534.9915.017T′act/ms503.1502.6511.5495.6484.5499.4表4.1中，Iact为瞬时动作值；Tact为瞬时动作时间；I′act为500ms限时动作值；T′act为500ms限时动作时间。由表4.1中瞬时动作值、瞬时动作时间可知，其动作平均误差为0.6%，动作特性满足国家标准。同时，陕西银河网电科技有限公司YH3000变电站综合自动化系统微机保护装置技术说明书指出定值准确度：电流保护固有动作时间小于50ms。而由表4.1可知，瞬时电流速断平均动作时间为40ms左右，在考虑避雷器放电时间情况下，满足保护测控装置的基本要求。且《电子式时间继电器校准规范》计量特性指出其最大允许误差为±155ms，由表4.1中500ms限时动作值、限时动作时间可知，保护动作时间满足规定的最大允许误差，且其动作特性满足国家标准。同时，依据《多功能电能表》规定，低压配电线路保护装置监测电压、电流误差不大于0.1%，有功测量满足0.2s级。如表4.2所示，表4.2中的电压、电流和有功功率测量数据说明该装置满足行业标准。且本低压线路综合保护装置监控系统性能指标比陕西银河网电科技有限公司YH3211线路保护测控装置（电流、电压误差和有功误差均不大于0.5%）高出一个等级。表4.2电压、电流和有功功率测量数据实际电压/V测量电压/V电压相对误差（%）8080.060.075100100.020.02120119.980.016实际电流/A测量电流/A电流相对误差（%）44.0010.02555.0020.0465.9990.016实际功率/W测量功率/W功率相对误差（%）320320.040.013500500.020.004720719.80.0275结束语本文根据线路微机保护的发展与现状，结合目前配电网存在的问题，在符合发展趋势的情况下，设计了基于浮点DSP芯片TMS320F28335的10kV线路微机保护测控装置。本文提出了设计的框架结构、装置要实现的功能，利用模块化的设计思想，有针对性的进行了软硬件方案的设计，提高装置的可靠性与可维护性。主要成果如下：对微机保护的基本原理进行了深入了的研究，确定要实现的保护功能，包括三段式电流保护、零序电流保护、低周减载、低压减载、过负荷保护、PT断线保护以及自动重合闸等，确保保护功能的完善和设计的合理性。结合需要计算的电压、电流、频率、功率等相关保护数据的要求，列举了几种基于不同模型的采样算法，通过对它们优缺点的比较，确定最优算法，使控制器可以快速、精确地对参数的进行计算、处理。（2）硬件方面，保护模块完成了以浮点型DSP芯片作为硬件核心的电路原理图的设计及PCB板的制作，实现了信号采集、数据处理、逻辑判断、保护动作等功能，实现微机保护的速动性、可靠性、灵敏性及选择性要求；计量模块完成了采用多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片来实现数据的测量，并确保了测量数据的精度；通信、人机界面等功能采用单片机来完成，通信方面完成了装置与后台监控处理中心之间的以太网通信，并预留RS485串口以作备用，人机界面完成了液晶显示装置的设计，并能良好的显示装置工作状态及线路的运行情况，还可以使用按键来对保护方式、参数等进行设置。（3）软件方面，同样利用模块化的思想完成了装置软件