输电线路电流保护实验装置的设计与实现

输电线路电流保护实验装置的设计与实现

李超1，刘春超1，段政宇1，张兆鑫1，吴冬旭1，王艺凯1

（1.鄂尔多斯应用技术学院，鄂尔多斯017010）

摘要：本文介绍了一种基于单片机的输电线路相间电流保护装置。该方案通过对输电线路中的相间电流进行实时监测和分析，可以有效地保护输电线路的安全稳定运行。本文详细介绍了相间电流保护的原理、软件设计和硬件设计，并对该方案进行了实验验证，结果表明该装置具有较好的可靠性和实用性。

关键词：单片机；输电线路；相间电流保护；软件设计；硬件设计

基金项目：2023年鄂尔多斯应用技术学院开放性实验“线路电流保护设计与实现”（KFZD2022044）

0引言

随着电力行业的发展和电网的不断扩大，输电线路的安全稳定运行变得越来越重要。而输电线路中的相间电流是导致输电线路故障的主要原因之一。因此，相间电流保护是保障输电线路安全稳定运行的重要手段之一。传统的相间电流保护方案通常采用保护继电器，但是这种方案存在着反应速度慢、误动率高等问题。而基于单片机的相间电流保护方案可以实现实时监测和分析，反应速度快，误动率低，因此具有很好的应用前景。

1相间电流保护原理

相间电流保护的原理是利用输电线路中的相间电流进行保护。当输电线路中出现相间电流异常时，即可判断输电线路出现故障，从而采取相应的保护措施。相间电流保护的关键是如何实时监测和分析输电线路中的相间电流。本文采用的方案是通过单片机对输电线路中的相间电流进行实时采集和分析。具体实现方法是采用变阻器模拟故障电流，然后通过单片机进行实时采集和分析，判断输电线路是否出现故障。

2软件设计

本文采用51单片机为基础，软件设计主要包括以下几个方面：

1. 模拟相间电流数据：采用变阻器模拟故障电流，设定各段保护的整定电流为5.1A,2.7A,1.6A.

2.分析相间电流数据：对采集到的相间电流数据进行分析，判断输电线路是否出现故障。

3.控制输出信号：当输电线路出现故障时，通过单片机控制输出信号，触发保护措施。

最后通过仿真软件验证其有效性，并绘制电路，完成PCB的绘制。

3硬件设计

本文过采集电流信号电路、单片机控制电路、输出保护信号电路等实现。

1.采集电流信号电路：采用变阻器模拟故障电流，并通过运放电路将电流信号放大。

2.单片机控制电路：采用51单片机，通过外部中断和定时器等功能实现对相间电流数据的采集和分析。

3. 输出保护信号电路：当输电线路出现故障时，通过单片机控制输出保护信号，触发保护措施。通过焊接、烧录、调试等常规流程，具体实物图如图1所示。其中液晶显示器显示故障电流与相间电流保护的整定值，复位包含系统复位与保护复位。每段保护配备一个继电器、指示灯，通过指示灯的灭亮可以直观地观察的实验现象，并加深对电力系统相间电流保护的认识。

图1 输电线路电流保护实验装置实物图

4结论

本文介绍了一种基于单片机的输电线路相间电流保护实验装置。通过对输电线路中的相间电流进行实时监测和分析，可以有效地保护输电线路的安全稳定运行。本文详细介绍了相间电流保护的原理、软件设计和硬件设计，并对该方案进行了验证，结果表明该实验装置具有较好的可靠性和实用性。该装置具有很好的应用前景，可以为电力系统继电保护实验教学提供有力的支持。