电力系统故障录波器的设计

中国矿业大学本科生毕业设计姓名：邵维维学号：04031358学院：信息与电气工程学院专业：电气工程及其自动化设计题目：电力系统故障录波器的设计专题：指导教师：陈奎职称：副教授2007年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气03－2学生姓名邵维维任务下达日期：2007年3月5日毕业设计日期：2007年3月5日至2007年6月20日毕业设计题目：电力系统故障录波器的设计毕业设计主要内容和要求：当电力系统发生故障时对其各种电气信号进行录波，对于分析电力系统故障、确定故障原因，制定预防措施都有积极的意义。本设计题目主要是针对煤矿6kV电网而设计的一种故障录波装置，要求完成内容。1.熟悉微机原理与技术，能够按要求设计模拟和数字电路。2.熟悉计算机与微机通讯原理和方法，设计通讯电路。3.熟悉A/D转换的原理，并按要求设计A/D转换电路4.熟悉电力系统故障的基本特点。5绘制详细电路原理图。6.编写程序框图。7.编写论文院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要故障录波器是电力系统发生故障时能自动记录的一种装置，它主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解系统暂态过程中系统各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。多年来，故障录波己成为分析系统故障的重要依据。本文针对当前煤矿事故屡次发生的现状，结合煤矿的具体情况，研究设计了一种基于DSP煤矿用高压故障录波器。文中阐述了录波器在煤矿供电系统中的作用及目前国内外的发展情况，分析了煤矿供电系统的各种故障特征，根据故障特征制定了相应的故障录波启动判据。本文参考了大量国内外微机故障录波装置的设计，根据DSP的发展过程和DSP的特点选择了TI公司的芯片TMS320F206。针对国内普遍使用的故障录波装置的不足，设计了一种基于DSP的煤矿用故障录波装置。本文详细设计出了故障录波器的硬件结构，包括A/D转换模块、模拟量输入电路、开关量输入输出单元、复位电路的设计及时钟、人机接口、通信模块等。同时给出了录波器主处理器、数据采集计算系统、故障判断子系统的软件设计框图，最后设计出FIR滤波器，实现了软件滤波，给出了数据处理算法，一定程度上降低了此器件的成本，提高了故障检测能力，适合煤矿广泛使用。关键词：故障录波；故障诊断；故障分析；数字信号处理芯片；FIR滤波ABSTRACTThefault-recorderisthedevicethatcanrecorddatawhenfaulthappensinthepowersystem.It’smainlyusedtochecktheactionofrelayprotectionandautomationsafetydeviceandfindouttheruleofmanyelectricparameters'changinginordertoverifythecalculatingprogramsandparametersofmodelinpowersystem.Overtheyears,thefault-recorderhasalreadybecomeanimportantbasisoffaultanalysis.Withthespecificsituationofcoalmines,akindofhigh-voltagefault-recorderusedincoalminesandbasedonDSPisdesignedinthispaper,inviewofthecurrentactualityoffrequentcoal-mineaccidents.Thepaperdescribestheusingofthefault-recorderincoalminepowersystemandthesituationofthecurrentdomesticandinternationaldevelopments,andanalysisthecoalpowersystemfaultcharacteristics,accordingtothefaultcharacteristicsstart-upcriterionisestablished.Atthesametime,thepaperreferencestothelargenumberofdomesticandforeignfault-recorder’sdesigns.AccordingtodevelopmentprocessandthecharacteristicsoftheDSP,wechoosethechipsTMS320F206ofTICompany.Inviewoftheinadequateofthefault-recorder,thepaperdesignaminefault-recorderbasedonDSP.Thispaperdetailsthedesignofthehardwareofthefault-recorderstructure,includingtheA/Dconversionmodules,analoginputcircuit,Switchinputandoutputmodules,Watch-Dogandclock,man-machineinterface,communicationsmodule.Atthesametime,ithasgiventhesoftwaredesigndiagramafault-recordermainprocessor,dataacquisitioncomputersystem,faultdiagnosissystemandkeyboardmodule.FinallythedesigningofFIRfilterachievessoftwarefilteringandadata-processingalgorithmisoffered,therebyitreducesthecostoftheentiredesignandimprovestheabilityoffaultdiagnosis.It’smoresuitableforextensiveusingofcoalmines.Keywords：FaultRecord;FaultDiagnosis;FaultAnalysis;DSP;FFTArithmetic目录1绪论...............................................................11.1引言..........................................................11.2故障录波器在煤矿供电系统中的作用..............................11.3故障录波器的国内外发展状况....................................21.4数字信号处理器（DSP）技术.....................................31.4.1DSP芯片的发展..........................................31.4.2DSP芯片的选择..........................................31.4.3DSP技术在电力系统中的应用前景..........................41.5研究的任务....................................................52煤矿供电系统故障特征及故障录波器录波启动............................62.1煤矿供电的特点................................................62.2故障录波器的录波过程..........................................62.3.1故障分析................................................82.3.2启动判据的设计.........................................102.4启动算法.....................................................113故障录波器的硬件设计..............................................133.1故障录波器的硬件设计选择及其原理框图.........................133.1.1故障录波器的硬件设计准则...............................133.1.2DSP芯片的选择.........................................133.1.3故障录波器的原理框图及各部分的功能.....................153.2主要硬件电路介绍.............................................163.2.1核心控制模块...........................................163.2.2模数转换模块...........................................193.2.3模拟量输入及多路开关转换模块...........................203.2.4开关量输入输出模块.....................................223.2.5复位电路设计...........................................233.2.6实时时钟模块...........................................243.2.7人机接口模块...........................................253.2.8通信接口设计...........................................263.2.9数据存储模块...........................................274故障录波器的软件设计..............................................284.1主处理器的软件设计...........................................284.2数据采集计算系统的软件设计...................................284.3故障判断子程序的软件设计.....................................294.4系统抗干扰措施...............................................315FIR滤波器的设计与实现和采样数据处理算法.........