10kv线路微机距离保护装置硬件部分(附件)
科学技术的大力发展，使得现代工业也在飞速的发展。在现代工农业发展中，对电的要求越来越高。因此在生活和生产中，怎样保证线路电能的可靠性是非常重要的。本设计课题是10kV线路微机距离保护装置的硬件。本文首先介绍了微机继电保护的历史背景、课题研究意义、内容、单片机简介。继而介绍了距离保护的原理，然后介绍了系统硬件设计总框图、单片机外围电路、相关模块电路。最后利用设计的原理图绘制了PCB。关键词 线路，单片机，距离保护目 录
1 绪论 1
1.1 微机继电保护的历史背景 1
1.2 课题研究意义 2
1.3 课题研究的内容 2
1.4 单片机的简介 3
2 线路距离保护的原理和算法 3
2.1 距离保护的原理 4
2.2 圆特性阻抗继电器的选择 6
2.3 距离保护的整定计算 8
3 系统硬件设计 12
3.1 系统硬件的基本结构 12
3.2 单片机及外围模块电路 14
4 单元电路设计 17
4.1 前端滤波电路 18
4.2 数据采集电路 19
4.3 数据处理电路 21
4.4 键盘输入模块 22
4.5 液晶显示模块 22
4.6 开关量输入输出模块 26
4.7 单片机出口控制电路 27
5 PCB的绘制 27
6 系统软件设计介绍 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A ：硬件接线图 33
附录B：PCB 34
1 绪论
社会的发展使人们的生活与电的联系越来越紧密。因此电力系统的可靠运行，对于每个电力工作者来说是非常重要的。电力系统能否安全可靠地供电，取决于电力系统中各个电气装置能否正常运行。在电力系统中，输电线路的保护对于稳定电力系统具有非常重要的意义。电力工业的不断发展以及电压等级的不断升高，使得人们对于微机保护装置的要求也不断变高。因此，怎么样设计高性能的继电保护装置对于电力系统以
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1 绪论
社会的发展使人们的生活与电的联系越来越紧密。因此电力系统的可靠运行，对于每个电力工作者来说是非常重要的。电力系统能否安全可靠地供电，取决于电力系统中各个电气装置能否正常运行。在电力系统中，输电线路的保护对于稳定电力系统具有非常重要的意义。电力工业的不断发展以及电压等级的不断升高，使得人们对于微机保护装置的要求也不断变高。因此，怎么样设计高性能的继电保护装置对于电力系统以及电力工作者是一个亟待解决的问题。
在一般的线路保护中可以采用多种保护形式，具体的包括电流、电压保护、距离保护。但是由于电流、电压保护这两种保护方法具有很大的局限性，它们在工作时会受到各种环境及状况的影响。因此为了解决这些保护在实际应用中遇到的受很多环境的影响的问题，必须设计一种继电性能优越的保护装置，其中距离保护就是非常好的一种保护方式。
1.1 微机继电保护的历史背景
微型计算机构成的继电保护也称为微机保护，它具有较高地可靠性、选择性、速动性、灵敏性。随着时代的不断进步以往的电子行业、计算机行业、还有通信行业，它们的以往技术渐渐不能满足要求。因此在这些领域的研究人员的努力下，它们的技术也得到了很大改进与发展。继电保护技术随着它们的发展也得到了很快的发展，在发展中还引进了很多新的东西。微机继电保护起源于20世纪60年代中后期，是在英美，澳大利亚学者的倡导下进行研究的【2】。在这个时期，在这种理念的引导下有的科学家就在想是否可以用微型机来做相关的电力方面的保护。顺其自然就有一些人提出用微型机做电力方面的相关保护，但是由于当时的计算机制作成本较高，并且用计算机实现保护的功能并不完善，所以微机保护没有投入实际应用。但是在计算机继电保护的理论方面进行了研究。20世纪70年代大规模集成电路的发展，使得计算机制作技术趋于成熟，计算机相关功能变得完善。因此在20世纪70年代后期出现了微机保护样机，并在电力系统中应用。到20世纪80年代末集成电路已经形成完整系列，微机保护技术在一些国家得到推广应用。到90年代微机继电保护已经有了一个质的飞跃，它已经不单单是一些电力设备和线路微机化，而是形成了一个完整的体系。由此可以说微机继电保护进入了微机化的时代。我们国家在微机继电保护方面的研究开始于20世纪70年代末，当时是从高等院校和科研院开始的。虽然起步较晚，但是在科学家的努力下，发展的速度挺快的。
我国第一套微机距离保护样机在1984年完成制造并且在相关的运行后是可以达到相关的要求的，在以后一段时间内每一次都有新的产品诞生。
第二代微机线路保护装置是在1990年完成设计制造的。并且在相关的运作后满足设计要求。所以在以后的几年这个装置在好多网络中都有应用。
电压220kV或者高于220kv的系统我国在2000年的时候，它的微机保护使用的概率已经占到了大概44%。其中要数线路的微机化最高，它已经高于85%。
电压220kV或者高于220kv以上的系统在2003年末的时候，它的微机保护使用概率竟然高于了70%。值得一提的是，我国的线路微机化已经达到了将近98%。
从以上发展状况来看，微机继电保护在近30年代来在我国得到了很快很好的发展。由于微机保护具有很好的自动纠错和自动诊断能力，因此微机保护在我国以后还会有很好的发展。
1.2 课题研究意义
自从工业革命到现在21世纪，科学技术的极大发展，使得人们对于能源的需求越来越大。电力是现代工业和农业以及其他行业所需要的重要能源。因此怎么样让电力在各个行业中安全可靠的运用，是电力工作人员需要思考的问题。我们可以想象一下如果医院或者其它重要场所因为电力设备和线路老化，造成大面积停电，会出现什么可怕的后果。因此我们要研究一些保护线路的方法，让电力系统极大程度的保持稳定安全。这是一件利国利民的大事。在我国10kv线路是很常见的线路，我们如何保证它安全稳定运行，是非常重要的。通过研究人们发现一个带有距离保护功能的微机保护装置可以完成故障线路的检测，是电力系统安全运行。本课题将侧重于10kv线路微机距离保护硬件的设计与实现。
1.3 课题研究的内容
本课题研究的是10kv线路微机距离保护装置的设计，分为：硬件、软件两部分。本人所研究的内容主要是硬件部分，完成硬件系统框图、硬件原理图和PCB的绘制，然后通过与软件部分配合联调使其具备距离保护的功能。
1.4 单片机的简介
单片机指的是将CPU和存储器还有相关的接口集成在一块芯片上的器件。尽管它的好多模块都集成在了一块很小区域上，但是单片机的确具有一个完整化的系统，它有PC机的组成模块：CPU、存储器、IO。现在的单片机好多还有外部存储器。并且现在的单片机还集成了定时器，时钟以及其他的外部设备。
早期我们使用的单片机都是一般的数据位是4位或者 8位的。那个时候最成功的要数INTEL公司设计的8031系列的单片机。这种单片机的突出好处就是它很简单而且这种单片机可靠性很好，所以当时是很受欢迎的单片机。在8031系列单片机的基础上后来由科学家的研究，渐渐地研究出了MCS51的单片机。因为它具有良好的性能和简单实用的特点，MCS51单片机到目前还在为我们单片机工作者使用。并且好多人还在认可这个系列的单片机。这些年由于科学技术的发展，使得我们对单片机的要求越来越高。以前的具有8位数据计算能力的单片机，已经不能满足人们的需要。因此就有人研究更高处理能力的单片机。所以16位单片机开始被研究。但是由于16位处理能力的单片机太过昂贵，所以它并没有在工业中得到很好的使用。时代总是在发展，由于电子产品的优势越来越显示
1 绪论 1
1.1 微机继电保护的历史背景 1
1.2 课题研究意义 2
1.3 课题研究的内容 2
1.4 单片机的简介 3
2 线路距离保护的原理和算法 3
2.1 距离保护的原理 4
2.2 圆特性阻抗继电器的选择 6
2.3 距离保护的整定计算 8
3 系统硬件设计 12
3.1 系统硬件的基本结构 12
3.2 单片机及外围模块电路 14
4 单元电路设计 17
4.1 前端滤波电路 18
4.2 数据采集电路 19
4.3 数据处理电路 21
4.4 键盘输入模块 22
4.5 液晶显示模块 22
4.6 开关量输入输出模块 26
4.7 单片机出口控制电路 27
5 PCB的绘制 27
6 系统软件设计介绍 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A ：硬件接线图 33
附录B：PCB 34
1 绪论
社会的发展使人们的生活与电的联系越来越紧密。因此电力系统的可靠运行，对于每个电力工作者来说是非常重要的。电力系统能否安全可靠地供电，取决于电力系统中各个电气装置能否正常运行。在电力系统中，输电线路的保护对于稳定电力系统具有非常重要的意义。电力工业的不断发展以及电压等级的不断升高，使得人们对于微机保护装置的要求也不断变高。因此，怎么样设计高性能的继电保护装置对于电力系统以
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1 绪论
社会的发展使人们的生活与电的联系越来越紧密。因此电力系统的可靠运行，对于每个电力工作者来说是非常重要的。电力系统能否安全可靠地供电，取决于电力系统中各个电气装置能否正常运行。在电力系统中，输电线路的保护对于稳定电力系统具有非常重要的意义。电力工业的不断发展以及电压等级的不断升高，使得人们对于微机保护装置的要求也不断变高。因此，怎么样设计高性能的继电保护装置对于电力系统以及电力工作者是一个亟待解决的问题。
在一般的线路保护中可以采用多种保护形式，具体的包括电流、电压保护、距离保护。但是由于电流、电压保护这两种保护方法具有很大的局限性，它们在工作时会受到各种环境及状况的影响。因此为了解决这些保护在实际应用中遇到的受很多环境的影响的问题，必须设计一种继电性能优越的保护装置，其中距离保护就是非常好的一种保护方式。
1.1 微机继电保护的历史背景
微型计算机构成的继电保护也称为微机保护，它具有较高地可靠性、选择性、速动性、灵敏性。随着时代的不断进步以往的电子行业、计算机行业、还有通信行业，它们的以往技术渐渐不能满足要求。因此在这些领域的研究人员的努力下，它们的技术也得到了很大改进与发展。继电保护技术随着它们的发展也得到了很快的发展，在发展中还引进了很多新的东西。微机继电保护起源于20世纪60年代中后期，是在英美，澳大利亚学者的倡导下进行研究的【2】。在这个时期，在这种理念的引导下有的科学家就在想是否可以用微型机来做相关的电力方面的保护。顺其自然就有一些人提出用微型机做电力方面的相关保护，但是由于当时的计算机制作成本较高，并且用计算机实现保护的功能并不完善，所以微机保护没有投入实际应用。但是在计算机继电保护的理论方面进行了研究。20世纪70年代大规模集成电路的发展，使得计算机制作技术趋于成熟，计算机相关功能变得完善。因此在20世纪70年代后期出现了微机保护样机，并在电力系统中应用。到20世纪80年代末集成电路已经形成完整系列，微机保护技术在一些国家得到推广应用。到90年代微机继电保护已经有了一个质的飞跃，它已经不单单是一些电力设备和线路微机化，而是形成了一个完整的体系。由此可以说微机继电保护进入了微机化的时代。我们国家在微机继电保护方面的研究开始于20世纪70年代末，当时是从高等院校和科研院开始的。虽然起步较晚，但是在科学家的努力下，发展的速度挺快的。
我国第一套微机距离保护样机在1984年完成制造并且在相关的运行后是可以达到相关的要求的，在以后一段时间内每一次都有新的产品诞生。
第二代微机线路保护装置是在1990年完成设计制造的。并且在相关的运作后满足设计要求。所以在以后的几年这个装置在好多网络中都有应用。
电压220kV或者高于220kv的系统我国在2000年的时候，它的微机保护使用的概率已经占到了大概44%。其中要数线路的微机化最高，它已经高于85%。
电压220kV或者高于220kv以上的系统在2003年末的时候，它的微机保护使用概率竟然高于了70%。值得一提的是，我国的线路微机化已经达到了将近98%。
从以上发展状况来看，微机继电保护在近30年代来在我国得到了很快很好的发展。由于微机保护具有很好的自动纠错和自动诊断能力，因此微机保护在我国以后还会有很好的发展。
1.2 课题研究意义
自从工业革命到现在21世纪，科学技术的极大发展，使得人们对于能源的需求越来越大。电力是现代工业和农业以及其他行业所需要的重要能源。因此怎么样让电力在各个行业中安全可靠的运用，是电力工作人员需要思考的问题。我们可以想象一下如果医院或者其它重要场所因为电力设备和线路老化，造成大面积停电，会出现什么可怕的后果。因此我们要研究一些保护线路的方法，让电力系统极大程度的保持稳定安全。这是一件利国利民的大事。在我国10kv线路是很常见的线路，我们如何保证它安全稳定运行，是非常重要的。通过研究人们发现一个带有距离保护功能的微机保护装置可以完成故障线路的检测，是电力系统安全运行。本课题将侧重于10kv线路微机距离保护硬件的设计与实现。
1.3 课题研究的内容
本课题研究的是10kv线路微机距离保护装置的设计，分为：硬件、软件两部分。本人所研究的内容主要是硬件部分，完成硬件系统框图、硬件原理图和PCB的绘制，然后通过与软件部分配合联调使其具备距离保护的功能。
1.4 单片机的简介
单片机指的是将CPU和存储器还有相关的接口集成在一块芯片上的器件。尽管它的好多模块都集成在了一块很小区域上，但是单片机的确具有一个完整化的系统，它有PC机的组成模块：CPU、存储器、IO。现在的单片机好多还有外部存储器。并且现在的单片机还集成了定时器，时钟以及其他的外部设备。
早期我们使用的单片机都是一般的数据位是4位或者 8位的。那个时候最成功的要数INTEL公司设计的8031系列的单片机。这种单片机的突出好处就是它很简单而且这种单片机可靠性很好，所以当时是很受欢迎的单片机。在8031系列单片机的基础上后来由科学家的研究，渐渐地研究出了MCS51的单片机。因为它具有良好的性能和简单实用的特点，MCS51单片机到目前还在为我们单片机工作者使用。并且好多人还在认可这个系列的单片机。这些年由于科学技术的发展，使得我们对单片机的要求越来越高。以前的具有8位数据计算能力的单片机，已经不能满足人们的需要。因此就有人研究更高处理能力的单片机。所以16位单片机开始被研究。但是由于16位处理能力的单片机太过昂贵，所以它并没有在工业中得到很好的使用。时代总是在发展，由于电子产品的优势越来越显示
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