1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)微機(jī)繼電保護(hù)微機(jī)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：110kV110kV 輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（2 2）院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣電氣111111 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 110303011110303011 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 左鈺左鈺 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間：2 20 01 14 4. .1 12 2. .1 15 5- -2 20 01 14 4. .1 12 2. .2 26 6本科生課程設(shè)計(jì)（論文)I課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論

2、文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)110303011學(xué)生姓名左鈺專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣 111課程設(shè)計(jì)（論文）題目110kV 輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（2）本科生課程設(shè)計(jì)（論文)II課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)下表設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)工作量,3/115kVE ,2 . 1IrelKrelK1 . 1relK系統(tǒng)中各元件及線路的負(fù)序阻抗與正序阻抗相同,其他參數(shù)見(jiàn)圖。計(jì)算最大和最小零序電流，應(yīng)根據(jù)當(dāng)Z1Z0時(shí)，則有；反之，)1 . 1(. 0)1(. 0kkII當(dāng) Z1Z0時(shí)，則有。)1 . 1(. 0)1(. 0kkII一、整定計(jì)算1.計(jì)算

3、B 母線、C 母線、D 母線處正序（負(fù)序）及零序綜合阻抗 Z1、Z0。2.計(jì)算 B 母線、C 母線、D 母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大、最小零序電流。3.整定保護(hù) 1、2、3 零序電流 I 段的定值，并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。4.當(dāng) B 母線上負(fù)荷變壓器始終保持兩臺(tái)中性點(diǎn)都接地運(yùn)行時(shí)，整定保護(hù) 1、2 零序定值，并校驗(yàn)靈敏度。5.整定保護(hù) 1 零序段定值，假定母線 D零序過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s，確定保護(hù) 1、2、3 零序過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù) 1 零序段的靈敏度。二、硬件電路設(shè)計(jì)包括 CPU 最小系統(tǒng)、電流電壓數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、控制輸出、報(bào)警顯示等部分。三、

4、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)思想，給出參數(shù)有效值計(jì)算及故障判據(jù)方法，繪制流程圖或邏輯圖。四、仿真驗(yàn)證給出仿真電路及仿真結(jié)果，分析仿真結(jié)果同理論計(jì)算結(jié)果的異同及原因。續(xù)表ZT4=50ZT3=50ZT2=10ZG2=16ZT1=10321ZG1=16Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ1.AB=25DCB本科生課程設(shè)計(jì)（論文)III進(jìn)度計(jì)劃第一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：計(jì)算綜合阻抗和零序電流，零序 I 段的整定計(jì)算。第三天：零序 II 段、零序 III 段的整定計(jì)算。 第四天：硬件電路設(shè)計(jì)（最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測(cè)部分） 。第五天：硬件電路設(shè)計(jì)（

5、控制輸出、報(bào)警顯示部分） 。 第六天：軟件設(shè)計(jì)（有效值計(jì)算、故障判據(jù)） 。第七天：軟件設(shè)計(jì)（繪制流程圖或邏輯圖）第八天：仿真驗(yàn)證及分析。 第九天：撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算本科生課程設(shè)計(jì)（論文)IV摘 要隨著時(shí)代的進(jìn)步，電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。因此，對(duì)繼電保護(hù)裝置本身的要求也越來(lái)越高，微機(jī)繼電保護(hù)具備了傳統(tǒng)保護(hù)所沒(méi)有的優(yōu)良特性。本設(shè)計(jì)首先簡(jiǎn)要介紹了電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展、技術(shù)構(gòu)成及其發(fā)展方向。其次對(duì)

6、硬件、軟件的結(jié)構(gòu)做了分析，它的硬件結(jié)構(gòu)核心由P89C51RD和DSP2181組成，CPU完成裝置的總啟動(dòng)和人機(jī)界面及與外圍設(shè)備的通信功能,CPU內(nèi)設(shè)總啟動(dòng)元件，啟動(dòng)后開(kāi)放出口繼電器正電源,使得裝置具有很高的固有可靠性及安全性。最后本文對(duì)裝置進(jìn)行了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的功能作了具體介紹。本文研究的110kV輸電線路微機(jī)零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)是由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的線路保護(hù)裝置，用三相一次自動(dòng)重合閘重合方式，采用后加速方式，適用于110kV的輸電線路。關(guān)鍵詞：微型機(jī)保護(hù);110kV 輸電線路;零序電流;重合閘本科生課程設(shè)計(jì)（論文)V目 錄第 1 章 緒論.11.1 零序電流保護(hù)的概況 .11.

7、2 本文主要內(nèi)容 .2第 2 章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計(jì)算.32.1 零序電流 段整定計(jì)算.32.1.1 零序電流 段動(dòng)作電流的整定.72.1.2 靈敏度校驗(yàn).82.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定.112.2 零序電流段整定計(jì)算.112.3 零序電流段整定計(jì)算 .12第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì).133.1 110KV 輸電線路零序保護(hù)的硬件 .133.2 CPU 最小系統(tǒng)圖 .133.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).153.3.1 電壓形成回路 .153.3.2 采樣保持和模擬低通濾波.163.3.3 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換.173.4 開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) .193.4.1 開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊 .193.4.2

8、開(kāi)關(guān)量輸入部分 .193.4.3 開(kāi)關(guān)量輸出部分 .213.5 電源模塊 .22第 4 章 軟件設(shè)計(jì).244.1 程序總框圖 .244.2 軟件結(jié)構(gòu)分析概述 .264.3 中斷程序模塊 .264.4 各程序的子模塊介紹 .274.4.1 初始化 .274.4.2 啟動(dòng)元件 .284.4.3 零序方向電流保護(hù) .284.5 微機(jī)保護(hù)的算法 .294.5.1 輸入為正弦量的算法 .304.5.2 突變量電流算法 .304.5.3 選相方法 .324.5.4 傅里葉級(jí)數(shù)算法 .34第 5 章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析.37本科生課程設(shè)計(jì)（論文)VI第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).39參考文獻(xiàn).40本科生課程設(shè)計(jì)（論

9、文)1第 1 章 緒論1.1 零序電流保護(hù)的概況與當(dāng)代新興科學(xué)技術(shù)相比，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是相當(dāng)古老了，然而電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為一門(mén)綜合性科學(xué)又總是充滿(mǎn)青春活力，處于蓬勃發(fā)展中。之所以如此，是因?yàn)樗且婚T(mén)理論和實(shí)踐并重的科學(xué)技術(shù)，又與電力系統(tǒng)的發(fā)展息息相關(guān)。它以電力系統(tǒng)的需要作為發(fā)展的源泉，同時(shí)又不斷地吸取相關(guān)的科學(xué)技術(shù)中出現(xiàn)的新成就作為發(fā)展的手段。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。它在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切除故障設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行作出貢獻(xiàn)，但若不正常動(dòng)作(包括拒動(dòng)和誤動(dòng))，則給系統(tǒng)造成的危害也是巨大的。所以對(duì)繼電保護(hù)裝置的可靠性(包括安

10、全性和信賴(lài)性?xún)蓚€(gè)方面)要求很高。信賴(lài)性是指不應(yīng)拒動(dòng)，安全性是指不應(yīng)誤動(dòng)。繼電保護(hù)裝置除了在故障的很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作外，長(zhǎng)期是不動(dòng)作的，因而被喻為電力系統(tǒng)的無(wú)聲警衛(wèi)。因此裝置的某些缺陷可能不被察覺(jué)，從而成為故障時(shí)不正確動(dòng)作的隱患。微型機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)視和檢測(cè)，大大提高了裝置的安全性。傳統(tǒng)的整流型或晶體管型繼電保護(hù)裝置的調(diào)試工作量很大，尤其是一些復(fù)雜的保護(hù)，例如超高壓線路的保護(hù)設(shè)備，調(diào)試一套保護(hù)常常需要一周，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。究其原因，這類(lèi)保護(hù)裝置都是布線邏輯的，保護(hù)的每一種功能都由相應(yīng)的硬件器件和連線來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確定保護(hù)裝置是否完好，就需要把所具備的各種功能都通過(guò)模擬試驗(yàn)來(lái)校核一遍。微機(jī)保護(hù)則不同，

11、它的硬件是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。換言之，它是用一個(gè)只會(huì)作幾種單調(diào)的、簡(jiǎn)單操作的硬件，配以軟件，把許多簡(jiǎn)單操作組合而完成各種復(fù)雜功能的。因而只要用幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作就可以檢驗(yàn)微型機(jī)的硬件是否完好。或者說(shuō)如果微型機(jī)硬件有故障，將會(huì)立即表現(xiàn)出來(lái)。如果硬件完好，對(duì)于已成熟的軟件，只要程序和設(shè)計(jì)時(shí)一樣，就必然會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，用不著逐臺(tái)作各種模擬試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)每一種功能是否正確。微型機(jī)保護(hù)裝置具有自診斷功能，對(duì)硬件各部分和存放在EPROM中的程序不斷地進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)發(fā)出報(bào)警。通常只要給上電源后沒(méi)有警報(bào)，就可確認(rèn)裝置是完好的。所以對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置可以說(shuō)幾乎不用調(diào)試，從而可

12、大大減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。本科生課程設(shè)計(jì)（論文)21.2 本文主要內(nèi)容1.計(jì)算 B 母線、C 母線、D 母線處正序（負(fù)序）及零序綜合阻抗 Z1、Z0。2計(jì)算 B 母線、C 母線、D 母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大、最小零序 電流。3整定保護(hù) 1、2、3 零序電流 I 段的定值，并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。4當(dāng) B 母線上負(fù)荷變壓器始終保持兩臺(tái)中性點(diǎn)都接地運(yùn)行時(shí)，整定保護(hù) 1、2 零序定值，并校驗(yàn)靈敏度。5整定保護(hù) 1 零序段定值，假定母線 D 零序過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s，確定保護(hù) 1、2、3 零序過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù) 1 零序段的靈敏度。6. 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)裝置

13、，用三相一次自動(dòng)重合閘重合方式，采用后加速方式。本科生課程設(shè)計(jì)（論文)3第 2 章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計(jì)算2.1 零序電流 段整定計(jì)算系統(tǒng)接線圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 系統(tǒng)接線圖利用大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生接地短路時(shí)出現(xiàn)零序電流等的特點(diǎn)，可以構(gòu)成反映零序電流大小的多段式零序電流保護(hù)。零序電流一般為四段式，即零序電流保護(hù)第、段。零序電流第、段為線路接地故障的主保護(hù)，第、為線路接地故障的后備保護(hù)。一、計(jì)算各母線處正序（負(fù)序）和零序綜合阻抗、1Z0Z（1）當(dāng)、均投入運(yùn)行時(shí)：1G1T2G2T3T4TG11A B1BC1CDT1G2T2ZABCDZZZZZZ 圖 2.2 、均投入運(yùn)行時(shí)等值正

14、序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1G1T2G2T3T4T本科生課程設(shè)計(jì)（論文)4T40A B0BC0CDT1T3T2ZABCDZZZZZZ圖 2.3、均投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1G1T2G2T3T4T如圖 2.2 所示，與串聯(lián)后和，再和zG1zT1的串聯(lián)后并聯(lián)和zTG22z串聯(lián)。，z111,CDBCABzz如圖 2.3 所示，串聯(lián)。所以，綜zzzz0043021CDBCTTABTTzzz，的并聯(lián)進(jìn)行串聯(lián)，再與，與并聯(lián)后和與合阻抗計(jì)算如下：B 母線： ABTGTGBZZZZZZ122111/3320)1016/()1016( 4030. 0210/TTABTTBZZZZZZ18)60/60/()4010/10(

15、C 母線：532033111BCBCZZZ584018000BCBCZZZD 母線：934053111CDCDZZZ1388058000CDCDZZZ（2）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí):1G1T2G2T3T如圖 2.4 所示，串聯(lián)。，的串聯(lián)并聯(lián)，并與和串聯(lián)與和zzzzzCDBCABtGTG1112211zz如圖 2.5 所示，串聯(lián)。的串聯(lián)并聯(lián)，再與和串聯(lián)與和z003021,CDBCTABTTzzzzz所以，綜合阻抗如下所求：B 母線： 3320)1016/()1016(/122111ABTGTGBZZZZZZ 71.2560/)4010/10(/30210TABTTBZZZZZC 母線：532033111B

16、CBCZZZ71.654071.25000BCBCZZZD 母線：934053111CDCDZZZ71.1458071.65000CDCDZZZ本科生課程設(shè)計(jì)（論文)5G11A B1BC1CDT1G2T2ZABCDZZZZZZ圖 2.4、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1G1T2G2T3T0A B0BC0CDT1T3T2ZABCDZZZZZ圖 2.5、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1G1T2G2T3T（3）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1G1T3T4T如圖 2.6 所示，串聯(lián)。串聯(lián)，再與和zzzCDBCABTG11111,zz如圖 2.7 所示，串聯(lián)。，的串聯(lián)并聯(lián)，再和和串聯(lián)，與和zzCDBCTTABT004301

17、zzzz 所以，綜合阻抗所求如下：G11A B1BC1CDT1ZABCDZZZZ圖 2.6、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1G1T3T4TT40A B0BC0CDT1T3ZABCDZZZZZ圖 2.7、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1G1T3T4TB 母線：462010161111ABTGBZZZZ本科生課程設(shè)計(jì)（論文)6 75.18)60/60/()4010(/4030010TTABTBZZZZZC 母線：662046111BCBCZZZ75.584075.18000BCBCZZZD 母線：1064066111CDCDZZZ75.1388075.58000CDCDZZZ（4）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1G1

18、T3TG11A B1BC1CDT1ZABCDZZZZ圖 2.8、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1G1T3T0A B0BC0CDT1T3ZABCDZZZZ圖 2.9、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1G1T3T 如圖 2.8 所示，串聯(lián)。，串聯(lián)，再與和zz11111,CDBCABTGzzz 如圖 2.9 所示，串聯(lián)。，的并聯(lián)串聯(lián)，再和和與zzzCDBCTABT00301zz 其綜合阻抗所求如下：B 母線：462010161111ABTGBZZZZ27.2760/)4010(/3010TABTBZZZZC 母線：662046111BCBCZZZ27.674027.27000BCBCZZZD 母線：106

19、4066111CDCDZZZ27.1478027.67000CDCDZZZ二、計(jì)算 B、C、D 母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大、最小零序電流（1）當(dāng)、均投入運(yùn)行時(shí)1G1T2G2T3T4TB 母線：KAZZEIBBsKB962. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB790. 0201)1(0本科生課程設(shè)計(jì)（論文)7C 母線：KAZZEICCsKC393. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC405. 0201)1(0D 母線：KAZZEIDDsKD180. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD205. 0201)1(0（2）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1G1T2G2T3

20、TB 母線：KAZZEIBBsKB786. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB724. 0201)1(0C 母線：KAZZEICCsKC360. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC387. 0201)1(0D 母線：KAZZEIDDsKD173. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD200. 0201)1(0（3）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1G1T3T4TB 母線：KAZZEIBBsKB795. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB599. 0201)1(0C 母線：KAZZEICCsKC362. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC348. 0201

21、)1(0D 母線：KAZZEIDDsKD173. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD189. 0201)1(0（4）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1G1T3TB 母線：KAZZEIBBsKB660. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB557. 0201)1(0C 母線： KAZZEICCsKC331. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC333. 0201)1(0D 母線：KAZZEIDDsKD166. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD185. 0201)1(02.1.1 零序電流 段動(dòng)作電流的整定一、保護(hù) 1 零序電流 I 段（1）、運(yùn)行1G1T2G2T3T4

22、T本科生課程設(shè)計(jì)（論文)8取兩相接地短路)1(0)1 . 1(0KBKBIIkAZZZZZZZIITTABTTTTKBB385. 04302143)1 . 1(00（2） 、運(yùn)行1G1T2G2T3T取兩相接地短路)1(0)1 . 1(0KBKBIIkAZZZZZIITABTTTKBB449. 030213)1 . 1(00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1G1T2G2T3T保護(hù) 1 的 I 段動(dòng)作電流為：KAIKIBrelop6164.1449. 032 . 1301. 0二、保護(hù) 2 零序電流 I 段（1）、運(yùn)行1G1T2G2T3T4T取單相接地短路)1(0)1 . 1(0KCKCIIkAIIKCC

23、405. 0)1(00 （2） 、運(yùn)行1G1T2G2T3T取單相接地短路)1(0)1 . 1(0KCKCIIkAIIKCC387. 0)1(00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1G1T2G2T3T4T保護(hù) 2 的 I 段動(dòng)作電流為：KAIKICrelop458. 1405. 032 . 1302. 0三、保護(hù) 3 零序電流 I 段（1） 、運(yùn)行1G1T2G2T3T4T取單相接地短路)1(0)1 . 1(0KDKDIIkAIIKDD205. 0)1(00 （2） 、運(yùn)行1G1T2G2T3T取單相接地短路)1(0)1 . 1(0KDKDIIkAIIKDD200. 0)1(00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1G1

24、T2G2T3T4T保護(hù) 3 的 I 段動(dòng)作電流為：KAIKIDrelop738. 0205. 032 . 1303. 02.1.2 靈敏度校驗(yàn)一、保護(hù) 1 的最小保護(hù)范圍計(jì)算設(shè) （） ，則ABAKZZk11101 k,4040,40,20101011111kZkZkZBKAKAK(1)、運(yùn)行1G1T3T4T8/ )4070)(41 ()()(2030114300101111111111kkZZZZZZkZZZZTTBKAKTKAKTGK 取單相接地短路)1(0)1 . 1(00111KBKBKKIIZZ本科生課程設(shè)計(jì)（論文)98/ )4070)(41 ()2030(23/115211101)1

25、(011kkkZZEIKKsKBKAIIkkkZZZZZZZIIOPKTTABTTTBKKBk5084. 1375.6870203/1158471. 001114301430)1(00111得，滿(mǎn)足靈敏度要求%15%7 .331k(2)、運(yùn)行1G1T3T11/ )40100)(41 ()()(203011300101111111111kkZZZZZkZZZZTBKAKTKAKTGK 取單相接地短路)1(0)1 . 1(00111KBKBKKIIZZ11/ )40100)(41 ()2030(23/115211101)1(011kkkZZEIKKsKBKAIIkkkkZZZZZIIopKTABT

26、TBKKBK5084. 1311/ )40100)(41 ()2030(23/115114101. 00111130130)1(00111得，滿(mǎn)足靈敏度要求%15%37.401k 根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1G1T3T4T 保護(hù) 1 的 I 段最小可以保護(hù)線路 AB 全長(zhǎng)的 33.7%二、保護(hù) 2 的最小保護(hù)范圍計(jì)算設(shè) （） ，則BCBKZZk22102 k202140,2022kZkZBKBK（1）、運(yùn)行1G1T3T4T20430102111110475.18)()(20502222kZZZZZZkZZZZZBKTTABTKBKABTGK 取單相接地短路)1(0)1 . 1(00122K

27、CKCKKIIZZ2201)1(004075.18)2050(23/1152222kkZZEIIKKsKCK得，滿(mǎn)足靈敏度要求KAIIopK422. 132. 002%15%66.262k（2）、運(yùn)行1G1T3T 203010211114027.27)(20502222kZZZZZkZZZZBKTABTKAKTGK本科生課程設(shè)計(jì)（論文)10 取單相接地短路)1(0)1 . 1(00122KCKCKKIIZZ2201)1(004027.27)2050(23/1152222KKZZEIIKKsKCK得，滿(mǎn)足靈敏度要求KAIIopK422. 132. 002%15%161k 根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：

28、、運(yùn)行1G1T3T 保護(hù) 2 的 I 段最小可以保護(hù)線路 BC 全長(zhǎng)的 16%三、保護(hù) 3 的最小保護(hù)范圍計(jì)算設(shè) （） ，則CDCKZZk33103 k303180,4033kZkZCKCK（1）、運(yùn)行1G1T3T4T 3004301031111110875.58)()(40703333kZZZZZZZkZZZZZZCKBCTTABTKCKBCABTGK若 ,則取單相接地短路3301kKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII3301)1(008075.58)4070(23/1152333kkZZEIIKKsKDK得，滿(mǎn)足靈敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%97.463

29、k此時(shí)，與矛盾326.96,788.883301KKZZ3301KKZZ所以，取兩相接地短路3301KKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII)8075.58(240703/11523301)1 . 1(00333kkZZEIIKKsKDKKAIIopK7272. 033. 003得，滿(mǎn)足靈敏度要求%15%20.433k（2）、運(yùn)行1G1T3T300301031111118027.67)(40703333kZZZZZZkZZZZZZCKBCTABTKCKBCABTGK若 ,則取單相接地短路3301kKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII本科生課程設(shè)計(jì)（論文)113301)1(008027

30、.67)4070(23/1152333kkZZEIIKKsKDK得，滿(mǎn)足靈敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%65.413k此時(shí)，與矛盾59.100,66.863301KKZZ3301KKZZ所以，取兩相接地短路3301KKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII)8027.67(240703/11523301)1 . 1(00333kkZZEIIKKsKDK得，滿(mǎn)足靈敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%68.343k 根據(jù)（1） 、 （2） ，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1G1T3T 保護(hù) 3 的 I 段最小可以保護(hù)線路 CD 全長(zhǎng)的 34.68%2.1

31、.3 動(dòng)作時(shí)間的整定因?yàn)榱阈螂娏?I 段是無(wú)時(shí)限零序電流保護(hù)，不必加延時(shí)元件，所以其整定的動(dòng)作延時(shí)為 0即，保護(hù) 1、2、3 的動(dòng)作時(shí)間：stttIopIopIop03212.2 零序電流段整定計(jì)算保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的 I 段配合，保護(hù) 1 的分支系數(shù)1minI2. 0II1. 0/bopIIrelopkIKI5 . 23075001minABBCbIIk KAIop626. 05 . 2/422. 11 . 1II1. 0靈敏度校驗(yàn)：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行1G1T3T4T流過(guò)保護(hù) 1 的最小零序電流KAZZZZZZIITTABTTTKB2096. 0430143)1(0min0 不滿(mǎn)足

32、靈敏度要求3 . 1005. 1626. 02096. 0331. 0min01IIopIIsenIIK所以，保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的段配合，保護(hù) 2 的分支系數(shù)1minII2. 0II1. 0/bopIIrelopkIKI12minbk本科生課程設(shè)計(jì)（論文)12KAkIKIbopIIrelop80. 01/7272. 01 . 1/2minI3. 0II2. 0KAIop352. 05 . 2/80. 01 . 1II1. 0滿(mǎn)足靈敏度要求3 . 179. 1352. 02096. 0331. 0min01IIopIIsenIIK所以，保護(hù) 1 的段動(dòng)作電流：KAIop352. 0II1

33、. 0保護(hù) 1 的段動(dòng)作時(shí)間與保護(hù) 2 的段動(dòng)作時(shí)間配合：sttttttIopIIopIIop0 . 15 . 05 . 003212.3 零序電流段整定計(jì)算保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的段配合KAkIKIbopIIIrelop352. 05 . 2/80. 01 . 1/1minII2. 0III1. 0靈敏度校驗(yàn)：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行1G1T3T4T作為近后備：滿(mǎn)足靈敏度要求3 . 179. 1352. 02096. 0331. 0min01IIIopBIIIsenIIK作為遠(yuǎn)后備：滿(mǎn)足靈敏度要求2 . 173. 2352. 0320. 0331. 0min01IIIopCIIIsenIIK

34、已知母線 D 零序過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s所以保護(hù) 1 的段零序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與保護(hù) 2 的段動(dòng)作時(shí)間配合：sttttttIIopIIopIIIop5 . 15 . 05 . 05 . 0321本科生課程設(shè)計(jì)（論文)13第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 110KV 輸電線路零序保護(hù)的硬件 保護(hù)的硬件構(gòu)成由四部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱(chēng)模擬量輸入系統(tǒng)）：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模擬轉(zhuǎn)換，其功能為完成將模擬輸入量準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。主系統(tǒng)：處理器（CPU） 、只讀存儲(chǔ)器（ROM）或閃存內(nèi)存單元（FLASH） 、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器（RAM） 、定時(shí)器、并行以

35、及串行接口等。其功能為執(zhí)行編制好的程序，以完成各種繼電保護(hù)測(cè)量、邏輯和控制功能。開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)，并行接口（PIA 或 PIO） 、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，其功能為完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)、外部接點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話及通信等功能。電源模塊：其功能為保護(hù)裝置提供工作電壓。一般常采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源或 DC/DC 電源模塊。其提供數(shù)字系統(tǒng) 5、24、+15、-15V 電源。其構(gòu)成圖 3.1 所示： 圖 3.1 硬件機(jī)構(gòu)圖A/DMPUFLASHRAM定定時(shí)時(shí)器器出出口口電電路路并并行行接接口口電電壓壓形形成成LPFS/H人人機(jī)機(jī)對(duì)對(duì)話話電電壓壓形形成成LPFS/H串串行行接

36、接口口光光電電隔隔離離多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān) )MPX)模模擬擬量量輸輸入入)由由TA和和TV二二次次側(cè)側(cè)來(lái)來(lái))光光電電隔隔離離通通信信開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)量量輸輸出出（跳跳閘閘、信信號(hào)號(hào)）開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)量量輸輸入入打打印印機(jī)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微型機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出系統(tǒng)采樣脈沖總線本科生課程設(shè)計(jì)（論文)143.2 CPU 最小系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)中的 89C51 的最小系統(tǒng)包括 89C51 單片機(jī)，6264 可編程 I/O 接口，晶振電路，按鍵復(fù)位電路。CPU 最小系統(tǒng)圖如圖 3.2 圖 3.2 CPU 最小系統(tǒng)1.復(fù)位電路：無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的

37、狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其 RST 引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)（或以上）機(jī)器周期的高電平。單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路。圖 3.2 為手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。2.時(shí)鐘電路單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式：OE22WE27CE 120A122A1123A1021A924A825VCC28CE 226GN D14A73A64A55A46A37A28A19A010I/O 718I/O 6

38、17I/O 516I/O 415I/O 314I/O 213I/O 112I/O 0116264S1SW-PBC5R410KC310uFD3VCCC1300PFC2300PFY112MHzNetLabel48NetLabel49RD17WR16P2.728P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021P0.732P0.534P0.633P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039AL E30EA31GN D20XT AL 119XT AL 218RST989C51VCCQ719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q02OE1D718D617D514D413D

39、38D27D14D03G1174373NetLabel50NetLabel51本科生課程設(shè)計(jì)（論文)15內(nèi)部時(shí)鐘方式是在單片機(jī) XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為024MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz 等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對(duì)振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 2030pF 的瓷片電容。外部時(shí)鐘方式則是在單片機(jī) XTAL1 引腳上外接一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，它一般

40、適用于多片單片機(jī)同時(shí)工作的情況，使用同一時(shí)鐘信號(hào)可以保證單片機(jī)的工作同步3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）主要包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持（S/H） 、多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D） ，其功能為完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量，如圖 3.3 所示：電壓形成前置低通濾波采樣保持多路轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)輸入 圖 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.3.1 電壓形成回路本文研究的 110KV 輸電線路零序電流保護(hù)裝置將由二次電流互感器轉(zhuǎn)換來(lái)的電流信號(hào)通過(guò)如圖 3.4 所示的電路轉(zhuǎn)換為 mA 級(jí)的電流信號(hào)；將由二次電壓互感器轉(zhuǎn)換來(lái)的電壓信號(hào)（100V）通過(guò)如圖 3.5 所

41、示的電路也轉(zhuǎn)換為可供模數(shù)轉(zhuǎn)換部分時(shí)用的電壓，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使得元件小型化。再講 mA 級(jí)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)如圖 3.3 所示的電路，進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，作為 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)。 圖 3.4 電流輸入信號(hào)本科生課程設(shè)計(jì)（論文)16電路圖 3.4 中，電阻 Z 倆端電壓也是電阻倆端電壓，通過(guò)變比 1：n， u2RLH可以求出,由歐姆定理可知，電壓所求如公式： i2u2ni122RIRULHLH 圖 3.5 電壓信號(hào)輸入如圖 3.5，因?yàn)樽儽葹?n:1，所以1nuu213.3.2 采樣保持和模擬低通濾波采樣保持電路，又稱(chēng) S/H 電路，其作用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量模擬輸入量在該時(shí)刻的

42、瞬時(shí)值，并在模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變。利用采樣保持電路后，可以方便地進(jìn)行多個(gè)模擬量實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。采樣頻率是指采樣周期的倒數(shù)，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)而言，在故障剛發(fā)生時(shí)，電壓、電流信號(hào)中可能含有較高的頻率分量（如 2KHz 以上） ，為防止混淆，頻率將不得不用的很高，進(jìn)而對(duì)硬件速度提出過(guò)高的要求。實(shí)際上，目前大多數(shù)的保護(hù)反應(yīng)的是工頻量，在這種情況下，可以采用一個(gè)前置的低通濾波器將高頻分量濾掉，這樣就可以降低頻率，從而降低對(duì)硬件提出的要求，對(duì)頻率高于二分之一的可以用簡(jiǎn)單的低通濾波器（如圖 3.6 所示）來(lái)濾除高頻分量，而對(duì)于小于二分之一頻率的分量可以用數(shù)字濾波器來(lái)濾除。本科生課程設(shè)計(jì)（論

43、文)17 圖 3.6 低通濾波器3.3.3 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)反應(yīng)倆個(gè)電氣量以上的繼電保護(hù)裝置，都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確地獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系，因而要對(duì)每個(gè)模擬輸入量設(shè)置一套電壓形成、抗混淆低通濾波器采樣保持電路。所有采樣保持器的邏輯輸入端并聯(lián)后，由定時(shí)器同時(shí)供給采樣脈沖，但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格相對(duì)較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給裝置。而是公用一個(gè)，中間是通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) MPX 切換，輪流由公用的 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入給裝置。模擬量1模擬量 n電壓形成電壓形成LPFLPFS/HS/H多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)A/DCPU采樣脈沖 圖 3.7 數(shù)模轉(zhuǎn)換

44、模數(shù)轉(zhuǎn)換是微機(jī)保護(hù)的重要元器件，要理解它的工作原理需先了解數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位的組合起來(lái)表示的，每一位代碼都有一定的權(quán)，即代表一個(gè)具體數(shù)值。因此，為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，即可得到與被轉(zhuǎn)換數(shù)字量相當(dāng)?shù)哪M量，完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換。如圖 3.8 為一個(gè)4 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖，更多位數(shù)的情況與此類(lèi)似。本科生課程設(shè)計(jì)（論文)18輸出電壓為：DRRUUfr0 圖 3.8 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖可見(jiàn)，輸出模擬電壓正比于控制輸入的數(shù)字量 D。對(duì)一般的 A/D 轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，如果輸入電壓超過(guò)所允許的最大值，就會(huì)出現(xiàn)平頂波，這種現(xiàn)象叫溢出，出現(xiàn)小部分平頂波溢出的危害并不是特別嚴(yán)

45、重，因?yàn)樵谘b置得到采樣值后，還可以經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器來(lái)對(duì)平頂波進(jìn)行修正，基波相位可以做到基本不受影響，對(duì)電流保護(hù)和阻抗保護(hù)的影響較小。但是，應(yīng)當(dāng)指出：不應(yīng)出現(xiàn)輸入量超出允許值時(shí)出現(xiàn)零值的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)保護(hù)的危害是致命的。如果電流信號(hào)出現(xiàn)這種溢出情況，則出口短路可能會(huì)被計(jì)算成區(qū)外短路，導(dǎo)致拒動(dòng)。避免這種溢出現(xiàn)象的常用方法有： 1，采用類(lèi)似于逐次逼近方式的 A/D 轉(zhuǎn)換器 2，在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前采用預(yù)先措施 3，調(diào)整模擬量回路的增益本科生課程設(shè)計(jì)（論文)193.4 開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)3.4.1 開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊包括開(kāi)關(guān)量輸入回路和開(kāi)關(guān)量輸出回路，是微型機(jī)保護(hù)裝置的重要組成部分

46、，是連接外部強(qiáng)電和內(nèi)部弱電的主要通道，其核心是狀態(tài)信號(hào)的隔離輸入回路和動(dòng)作信號(hào)的隔離輸出回路，主要完成外部開(kāi)關(guān)量引入裝置進(jìn)行處理和將裝置內(nèi)發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)引出到繼電器插件，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器跳閘或告警，達(dá)到保護(hù)的功能。下面分別介紹開(kāi)關(guān)量輸入回路和輸出回路的設(shè)計(jì)。3.4.2 開(kāi)關(guān)量輸入部分在微機(jī)線路保護(hù)裝置中，通常需要采集斷路器狀態(tài)、隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)和外部分、合閘等狀態(tài)信息，這些狀態(tài)量的采集都是以光電隔離方式輸入的，采用光電隔離的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸入信號(hào)與輸出信號(hào)在電氣上完全隔離，抗干擾能力很強(qiáng)；無(wú)觸點(diǎn)，耐沖擊，壽命長(zhǎng)，可靠性高；響應(yīng)速度快，易與邏輯電平配合使用。 圖3.9開(kāi)關(guān)量經(jīng)光耦輸入電路需要采集的

47、輸入開(kāi)關(guān)量共8路，分為兩組，一組為4路220V開(kāi)關(guān)量輸入，另一組為4路24V開(kāi)關(guān)量輸入。圖3.9 所示開(kāi)關(guān)量通過(guò)光電隔離輸入電路圖。其工作原理是：當(dāng)外部接點(diǎn)接通時(shí)，光電隔離的二極管導(dǎo)通，光電隔離的三極管也導(dǎo)通，其集電極輸出低電位；當(dāng)外部接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，光電隔離的二極管不導(dǎo)通，于是三極管截止，集本科生課程設(shè)計(jì)（論文)20電極輸出高電位，軟件讀并行口該位的狀態(tài)，即可知道外部接點(diǎn)的狀態(tài)。圖中二極管起保護(hù)作用，用于防止開(kāi)關(guān)量輸入回路電源極性接反時(shí)將光電耦合器中的發(fā)光二極管反向擊穿，另一方面二極管還能夠加速繼電器的返回。電容為抗干擾電容。這樣，開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)光電耦合器后直接與保護(hù)DSP相應(yīng)的通用IO口相連，光敏

48、三極管的導(dǎo)通和截止完全反映外部接點(diǎn)的狀態(tài)，帶有電磁干擾的外部輸入回路與微型機(jī)電路之間沒(méi)有直接電的聯(lián)系，各種干擾信號(hào)不能進(jìn)入微型機(jī)電路部分，從而達(dá)到抗干擾的目的。圖3.10 是開(kāi)關(guān)量輸入電路的部分電路圖(只畫(huà)出220V的一路輸入)。在整體電路中，上面4路為220V開(kāi)關(guān)量輸入電路，并配有兩路220V開(kāi)關(guān)量監(jiān)視電路；下面4路為24V開(kāi)關(guān)量輸入電路，配有兩路24V開(kāi)關(guān)量監(jiān)視電路。監(jiān)視電路能夠?qū)崿F(xiàn)8路開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的開(kāi)啟與停止，從而達(dá)到省電目的；同時(shí)，配備有自檢回路，通過(guò)4路開(kāi)關(guān)量監(jiān)視回路，可以實(shí)現(xiàn)8路開(kāi)關(guān)量輸入通道的自檢功能。 圖 3.10 開(kāi)關(guān)量輸入回路(以 220V 的一路輸入量為例)圖3.10

49、的原理為：6JA21為220V開(kāi)關(guān)量控制1端口。當(dāng)該端口輸入為“1時(shí)，光電隔離器PTl中發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，表現(xiàn)為低電平，可正確對(duì)220V開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行采集；當(dāng)6JA21控制端口輸入為“O”時(shí)，光電隔離器PT3中發(fā)光二極管不導(dǎo)通，同時(shí)三極管截止，表現(xiàn)為高阻狀態(tài)，此時(shí)無(wú)法采集相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量。這樣，就可以將裝置的電源停掉，實(shí)現(xiàn)省電功能。自檢測(cè)功能：220V開(kāi)關(guān)量控制2端口6JB21輸入為“1”時(shí)，光電隔離器PT2中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，三極管導(dǎo)通，220V本科生課程設(shè)計(jì)（論文)21正電源經(jīng)導(dǎo)通的三極管，二極管D3進(jìn)入開(kāi)關(guān)量采集電路中，通過(guò)查詢(xún)開(kāi)關(guān)量輸入口6JBl8的狀態(tài)，用以判斷開(kāi)關(guān)量采

50、集電路是否工作正常。3.4.3 開(kāi)關(guān)量輸出部分相對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入，開(kāi)關(guān)量輸出回路具有更加重要的地位。因?yàn)樵谖⑿蜋C(jī)保護(hù)裝置中，所有的保護(hù)功能最終是通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出部分來(lái)控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘或發(fā)出告警信號(hào)。如下圖為一簡(jiǎn)單的輸出接線圖。 圖 3.11 裝置開(kāi)關(guān)量輸出回路接線圖但是，由于開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)的正確與否關(guān)系到整個(gè)繼電保護(hù)裝置的可靠性，因此，開(kāi)關(guān)量輸出回路必須加上監(jiān)視回路來(lái)監(jiān)視開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。開(kāi)關(guān)量輸出部分主要包括跳閘出口、重合閘出口以及各種信號(hào)出口等。開(kāi)關(guān)量輸出部分是對(duì)斷路器實(shí)現(xiàn)控制的出口通道，因此，開(kāi)關(guān)量輸出回路需要將CPU輸出的小信號(hào)放大為大功率信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)斷路器。另外，為了防止斷路

51、器操作過(guò)程中產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖對(duì)微型機(jī)保護(hù)裝置的反饋干擾，還必須對(duì)出口通道進(jìn)行隔離。通過(guò)采用光電耦合器與繼電器相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)出口信號(hào)的隔離與放大。為了提高開(kāi)關(guān)量輸出回路的可靠性，在數(shù)字輸出和繼電器之間選用了光電耦合器，提高了抗干擾能力。本科生課程設(shè)計(jì)（論文)22任何一路的輸出均由兩個(gè)信號(hào)通過(guò)與非門(mén)產(chǎn)生的控制信號(hào)所控制，這樣就可以有效地抑制干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)，可也以在裝置出現(xiàn)故障的時(shí)候有效地實(shí)現(xiàn)閉鎖。輸出量光耦電路如圖3.12所示。 圖 3.12 輸出量光耦電路(只畫(huà)出一路）輸出量光耦電路原理為：6JB24為輸出總控制端口，只用當(dāng)該端口輸入為“0”，與非門(mén)， U1A輸出“1”時(shí)，整個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出電路才

52、能正常工作，否則，當(dāng)該端口輸入為“1”時(shí)，各開(kāi)關(guān)量輸出端口經(jīng)與非門(mén)后均為“1”，光電耦合器不導(dǎo)通，回路被閉鎖。在6JB24為“O”的前提下，當(dāng)跳閘輸出端口6JBl4輸出為“1”時(shí)，經(jīng)與非門(mén)輸出為“0”，光電耦合器中發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，24V電源經(jīng)二極管D1至3d26，3d28端口，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器；同時(shí)24V電源經(jīng)二極管D8至光電耦合器PT8，二級(jí)管導(dǎo)通，三級(jí)管導(dǎo)通，輸出電路監(jiān)視端口6JA25對(duì)電路進(jìn)行監(jiān)視。本科生課程設(shè)計(jì)（論文)233.5 電源模塊 圖3.13 電源模塊原理圖電源模理圖如圖3.13所示。保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡侔呀涣麟?/p>

53、整流為微型機(jī)系統(tǒng)所需的直流電壓。將變電所強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源與微型機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完全隔離開(kāi)，通過(guò)逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)來(lái)自變電所中因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強(qiáng)干擾可以完全消除掉。本設(shè)計(jì)采用的逆變穩(wěn)壓電源的輸入電壓為直流220V，其輸出有5V，供微型機(jī)系統(tǒng)使用，12V供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用，24V供繼電器回路使用。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文)24第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序總框圖 不通過(guò)通過(guò) Y Y 出參數(shù)判斷全面自檢保護(hù)計(jì)數(shù)器歸零？是否通信要求查詢(xún)下傳數(shù)據(jù)要求循環(huán)自檢開(kāi)始中斷整組復(fù)歸上傳數(shù)據(jù)請(qǐng)求置位通信請(qǐng)求置位下傳數(shù)據(jù)請(qǐng)求置位通信程序上傳數(shù)據(jù)請(qǐng)求置位告警初始化本科生課程設(shè)計(jì)（論文

54、)25錯(cuò) N N YY N 圖 4.1 軟件整體流程圖如圖 4.1 所示軟件整體流程圖。本設(shè)計(jì)中，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，軟件模塊主要由主程序模塊、中斷服務(wù)程序模塊和故障處理程序模塊組成。主程序模塊主程序模塊包括初始化、全面自檢、開(kāi)放中斷與等待中斷、數(shù)據(jù)傳輸通信等環(huán)節(jié)。初始化初始化是指保護(hù)裝置在上電或按下復(fù)位鍵時(shí)首先執(zhí)行的程序，它主要是對(duì) DSP芯片的工作方式及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以便在后面的程序中按預(yù)定的方案工作。首先F2812 對(duì)自身的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，初始化各種寄存器，按照電路設(shè)計(jì)的輸入輸出要求，設(shè)置每一個(gè)端口用作輸入還是輸出，初始化保護(hù)輸出的開(kāi)關(guān)量，以保證出口繼電器均不動(dòng)作；初始化 DSP 采

55、樣定時(shí)器，控制采樣間隔時(shí)間等。全面自檢對(duì)裝置的軟硬件進(jìn)行一次全面的自檢，包括 RAM、FLASH 或 ROM、各開(kāi)關(guān)量輸出通道、程序和定值等，以保證裝置在投入使用時(shí)處于完好的狀態(tài)。(1)RAM 的讀寫(xiě)檢查對(duì) RAM 某一單元寫(xiě)入 1 個(gè)數(shù)，再?gòu)闹凶x出，并比較兩者是否相等。如發(fā)現(xiàn)寫(xiě)入與讀出的數(shù)不一致，說(shuō)明隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 有問(wèn)題，則轉(zhuǎn)至告警模塊。并將告警信息顯示在液晶顯示屏上。(2)開(kāi)出自檢開(kāi)出自檢主要是檢測(cè)開(kāi)出通道是否正常，它是通過(guò)硬件開(kāi)出反饋來(lái)檢查的依次開(kāi)出每一路開(kāi)出量，并從反饋回路檢查開(kāi)出量是否正確。由于受啟動(dòng)繼電器的閉鎖，所以在開(kāi)出每一路開(kāi)出量時(shí)，保護(hù)并不會(huì)誤動(dòng)。故障處理程序入口保護(hù)程

56、序等待中斷本科生課程設(shè)計(jì)（論文)26(3)整定值檢查每套定值在存入EEPROM時(shí)，都自動(dòng)固化若干個(gè)校驗(yàn)碼。若發(fā)現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器EEPROM定值求和碼與事先存入的定值和不一致，說(shuō)明EEPROM有故障，轉(zhuǎn)至告警模塊，并將告警信息顯示在顯示器上。參數(shù)刷新在經(jīng)過(guò)全面自檢后，應(yīng)將所有的數(shù)據(jù)、標(biāo)志字清零，因?yàn)槊恳粋€(gè)標(biāo)志代表了一個(gè)“軟件繼電器”和邏輯狀態(tài)，如果不清零，這些標(biāo)志將控制程序流程的走向，以致無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目的。開(kāi)放中斷與等待中斷經(jīng)過(guò)初始化和全面自檢后，表明裝置的準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部就緒，此時(shí)，開(kāi)放中斷，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)投入工作。可編程的定時(shí)器將按照初始化程序規(guī)定的采樣間隔Ts不斷發(fā)出采樣脈沖，控制各模擬量通

57、道的采樣和AD轉(zhuǎn)換，并在每次采樣完成后向微型機(jī)請(qǐng)求中斷，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)視和獲取電力系統(tǒng)的采樣信號(hào)。對(duì)保護(hù)計(jì)數(shù)器的值進(jìn)行判斷，該計(jì)數(shù)器用于保護(hù)起動(dòng)元件動(dòng)作后的6s延時(shí)計(jì)算。保護(hù)計(jì)數(shù)器不為零，說(shuō)明在6s延時(shí)時(shí)間內(nèi)，則進(jìn)入等待中斷流程；當(dāng)保護(hù)計(jì)數(shù)器歸零時(shí)，說(shuō)明起動(dòng)元件延時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入整組復(fù)歸環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)傳輸通信數(shù)據(jù)傳輸通信主要為串口收發(fā)數(shù)據(jù)。串口通信主要完成保護(hù)處理CPU4.2 軟件結(jié)構(gòu)分析概述110KV輸電線路零序電流保護(hù)裝置是由P89C51RD單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的兩CPU線路保護(hù)裝置。裝置包括三段零序電流保護(hù)及三相一次自動(dòng)重合閘。裝置采用了多單片機(jī)并行工作的方式，配置了兩個(gè)CPU插件，分別完成零序保護(hù)及重合閘，

58、另外配置了一塊接口板，完成對(duì)各保護(hù)CPU插件的巡檢、人機(jī)對(duì)話和與系統(tǒng)微型機(jī)連機(jī)等功能。零序電流保護(hù)包括零序I段-III段和不靈敏I段，零序三段均可由控制字整定是否經(jīng)零序功率方向閉鎖。可由控制字控制是否加速I(mǎi)I、III段。振蕩閉鎖采用啟動(dòng)元件動(dòng)作后短時(shí)開(kāi)放的原理，即啟動(dòng)元件動(dòng)作后0.15秒內(nèi)開(kāi)放保護(hù)，若在該時(shí)間內(nèi)I、II段均不動(dòng)作，則將保護(hù)閉鎖。零序保護(hù)不經(jīng)振蕩閉鎖，只受啟動(dòng)元件的控制。三相一次自動(dòng)重合閘由保護(hù)啟動(dòng)或由開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)。4.3 中斷程序模塊在保護(hù)裝置開(kāi)中斷后，每隔一個(gè)Ts，定時(shí)器就會(huì)發(fā)出一個(gè)采樣脈沖，隨即產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。保護(hù)裝置先暫停一下系統(tǒng)程序的流程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，

59、以本科生課程設(shè)計(jì)（論文)27保證對(duì)輸入模擬量的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)，實(shí)時(shí)地運(yùn)行一次繼電保護(hù)的相關(guān)功能。中斷服務(wù)程序主要包括定時(shí)采樣，電流求和自檢，TV 斷線檢查，以及啟元件等功能。控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將8個(gè)模擬量輸入通道的模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的采樣值，然后存入RAM區(qū)的相應(yīng)的地址單元中。采用全波傅氏算法等微型機(jī)保護(hù)算法對(duì)各數(shù)字量采樣值進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算得到的各電力系統(tǒng)參數(shù)代入啟動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)中，判斷啟動(dòng)元件是否動(dòng)作。若電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，保護(hù)啟動(dòng)元件不啟動(dòng)。系統(tǒng)進(jìn)入自檢程序。首先對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)都檢查三相電流之和是否與變壓器中性點(diǎn)側(cè)TA引入的零序電流3Io相等，如果不相等，則判定為采樣回路出錯(cuò)，進(jìn)行上傳

60、數(shù)據(jù)請(qǐng)求置位，將相應(yīng)的報(bào)警信息上傳給ARM。然后，系統(tǒng)進(jìn)入TV斷線檢查模塊，依據(jù)相應(yīng)的判據(jù)對(duì)TV進(jìn)行斷線檢查。TV斷線判據(jù)如下：1負(fù)序電壓大于8V，負(fù)序電流小于0.1A；2正序電壓小于30V，相電流差突變量小于0.1A。系統(tǒng)確定TV二次斷線時(shí)，發(fā)出“TV斷線”信號(hào)，待電壓恢復(fù)正常后信號(hào)復(fù)歸。在TV斷線期間，相應(yīng)的TV斷線標(biāo)志位置“1”，并通過(guò)程序安排閉鎖自動(dòng)重合閘。這時(shí)保護(hù)將根據(jù)整定的控制字決定是否退出與電壓有關(guān)的保護(hù)。經(jīng)過(guò)上述TV斷線以及采樣通道自檢后，若互感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均無(wú)異常，再次判斷啟動(dòng)繼電器是否動(dòng)作。如果此時(shí)電力系統(tǒng)正常，則中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后就回到主程序中被中斷的地址處，繼續(xù)