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基于单片机的中低压配电线路故障检测系统设计
摘要
在科技腾飞的二十一世纪，我国的配电网的中低压部分的接地方式大多采用小电流接地，该类型的配电网发生单相接地类型故障的频率很高，占总故障数量的80%~90%该类型的系统特点是：在发生故障后线路中的电流小，基本没有明显故障特征，因此该类型系统的故障检测始终是一个难题。现如今，国内外针对中低压配电线路的单相接地故障选线有多种方法，但在实际生产生活中情况往往较为复杂，难以准确快速地实施故障选线。因此，深入研究配电网在该故障类型下的故障特征并进行故障选线有非常重要的意义。
本文首先调查并论述了目前的单相接地故障发生在小电流接地系统中时技术人员所应用的主流选线方法，说明了他们的优缺点，并指出了一直困扰小电流接地系统线路故障检测的难点。由于配电网结构不同，所使用的故障检测方法也不同，所以还分别介绍了中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时的故障特征，明确指出它们之间的特点，以便设计的装置能够对采用这两种接地方式的配电系统都通用。
本设计采用C8051F040为主控芯片，通过设计对输入八路零序电流与1路零序电压的采样和储存，通过单片机对各线路的零序导纳值进行计算并显示故障馈线。本设计实现了多通道采集，低通滤波等要求。
关键词：故障选线；小电流接地系统；低通滤波
目录
TOC\o1-3\h\u23874摘要 I
59641绪论 1
50331.1研究的目的和意义 1
218641.2国内外研究概况 1
240231.2.1国内外配电线路故障检测方法的研究与发展 1
176551.2.2配电线路在线监测系统的发展现状 2
46071.3影响配电线路故障选线准确性的原因 3
226861.4本文主要工作 3
73742故障选线的原理 5
257352.1基于暂态信息的方法 5
315332.2基于稳态信息的方法 6
117092.3其他方法 8
129833NUS系统与NES系统单相接地故障研究 10
33883.1NUS系统 10
171513.2NES系统 13
32473.3本章小结 15
322264硬件部分的相关设计 16
209794.1芯片的选择 16
264814.2供电单元设计 16
61014.3最小系统设计 18
5774.3.1晶振电路 19
96404.3.2复位电路 20
212794.4采样电路设计 20
11904.4.1电流/电压采集电路 20
326334.4.2多路模拟选择电路 22
269374.4.3采样保持电路 23
174054.4.4A/D转换模块 24
142334.5串口通信电路设计 24
115774.6人机交互模块设计 25
16445整体软件设计 27
26325.1程序流程 27
223415.2A/D采样服务子程序 27
45555.3通信设计 28
154125.4数据处理程序 29
132456总结 30
6855参考文献 32
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1绪论
1.1研究的目的和意义
随着当今社会的飞速发展，电力企业也伴随着科技企业一道协同发展。为了满足不同行业的用电需求，我们对电力企业运输电力的质量和可靠性都提出了更加严格的要求，这对配电线路来说是一个严峻的考验，因此如何更加安全可靠地将电能输送分配到需求方的手中成为了一个问题。而配电线路正好是电力配电系统的重要组成部分，同时也是电能提供方与电能需求方的中枢系统，这个部分包含了各个不同电压等级的输电线路，负责运输和配送电能。然而在日常运输配送电能的过程中总会无可避免地会发生各种各样的故障和问题，为了能更加快速地检测出发生故障的输电线路从而保证配电系统能够保证稳定且长时间的安全运行，需要根据我国当前的电力系统特点设计出一种可以快速并且准确检测配电线路故障分线的智能系统，从而方便相关的技术维修人员能够及时地做出应对并对线路进行检修，从而快速使配电系统恢复到正常的工作状态。
根据相关统计，在配电线路的一般运行过程中，配电线路靠近用户侧的中低压部分发生故障的概率远远高于高压输电部分，而其靠近用户端，也是整个配电系统中最重要的一部分，中低压配电线路的运行性能与状态直接地影响整个电力配电系统的安全性与稳定性。而这些中低压电力配送线路的环境通常较为恶劣，这也是其发生故障概率较大的一个重要原因。
在实际生活中，电压在lkV以下的为低压配电线路，电压等级在1~20kV的