【文章內(nèi)容簡介】 )1(0)(0 KDKD II ? 取單相接地短路 3301)1(00 )4070(2 3/1152333 kkZZEIIKKsKDK ?????????? KAII opK 7 2 7 3 ?? ?? 得， %15% ??k 滿足靈敏度要求 此時， ???? ?? 0 0,33 01 KK ZZ，與33 01 KK Z ?? ?矛盾 所以，33 01 KK ZZ ?? ?， )1(0)(0 KDKD II ? ，取兩相接地短路 )(24070 3/1152 3301)(00 333 kkZZ EII KK sKDK ???????? ?? KAII opK 7 2 7 3 ?? ?? 得， %15% ??k 滿足靈敏度要求 ∴ 根據(jù) （ 1）、 （ 2），最小運(yùn)行方式為： 1G 、 1T 、 3T 運(yùn)行 保護(hù) 3的 I段最小可以保護(hù)線路 CD 全長的 % 動作時間的整定 因為零序電流 I段是無時限零序電流保護(hù)， 不必加延時元件， 所以其整定的動作延時為 0 即，保護(hù) 3的動作時間： sttt IopIopIop 0321 ??? 本科生課程設(shè)計（論文） 10 零序電流 Ⅱ段整定計算 保護(hù) 1的 Ⅱ 段與保護(hù) 2的 I段配合 1m inI / bopIIrelop kIKI ?? ，保護(hù) 1的分支系數(shù) 001m in ???ABBCb IIk KAI op 6 2 ??? 靈敏度校驗：最小運(yùn)行方式為 1G 、 1T 、 3T 、 4T 運(yùn)行 流過保護(hù) 1的最小零序電流 KAZZZZ ZZII TTABT TTKB 43)1(0m in0 ????? m in01 ????? IIopIIs e n IIK 不滿足靈敏度要求 所以，保護(hù) 1的 Ⅱ 段與保護(hù) 2的 Ⅱ 段配合 1m inII / bopIIrelop kIKI ?? ，保護(hù) 2的分支系數(shù) 12min ?bk KAkIKI bopIIr e lop ????? KAI op ??? m in01 ????? IIopIIse n IIK 滿足靈敏度要求 所以，保護(hù) 1的 Ⅱ 段動作電流： KAI op ? 保護(hù) 1的 Ⅱ 段動作時間與保護(hù) 2的 Ⅱ 段動作時間配合： stttttt IopIIopIIop ???????????? 零序電流 Ⅲ段整定計算 保護(hù) 1的 Ⅲ段 與保護(hù) 2的 Ⅱ 段配合 KAkIKI bopI I Ir e lop ????? 靈敏度校驗：最小運(yùn)行方式為 1G 、 1T 、 3T 、 4T 運(yùn)行 作為近后備： m in01 ????? IIIopBIIIs e n IIK 滿足靈敏度要求 作為遠(yuǎn)后備： m in01 ????? I I IopCI I Ise n IIK 滿足靈敏度要求 本科生課程設(shè)計（論文） 11 已知母線 D零序過電流保護(hù)動作時限為 所以保護(hù) 1的 Ⅲ段 零序電流保護(hù)的動作時間與保護(hù) 2的 Ⅱ 段動作時間配合： stttttt IIopIIopI I Iop ???????????? 本科生課程設(shè)計（論文） 12 第 3 章 硬件電路設(shè)計 CPU 最小系統(tǒng)圖 本設(shè)計中的 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 圖 CPU最小系統(tǒng)圖 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：①數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(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。②主系統(tǒng)：處理器（ CPU）、只讀存儲器（ ROM）或閃存內(nèi)存單元（ FLASH）、隨機(jī)存取儲存器（ RAM）、定時器、并行以及串行接口等。OE22WE27C E 120A 122A 1123A 1021A924A825V C C28C E 226G N D14A73A64A55A46A37A28A19A010I/ O 718I/ O 617I/ O 516I/ O 415I/ O 314I/ O 213I/ O 112I/ O 0116264S1SWPBC5R41 0KC31 0u FD3V C CC13 00 P FC23 00 P FY11 2M H zN e tL a b e l4 8N e tL a b e l4 9RD17WR16P 28P 25P 24P 23P 22P 21P 32P 34P 33P 35P 36P 37P 38P 39A L E30EA31G N D20X T A L 119X T A L 218R S T989C51V C CQ719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q02OE1D718D617D514D413D38D27D14D03G1174373N e tL a b e l5 0N e tL a b e l5 1本科生課程設(shè)計（論文） 13 其功能為執(zhí)行編制好的程序，以完成各 種繼電保護(hù)測量、邏輯和控制功能。③開關(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、外部接點輸入及人機(jī)對話及通信等功能。④電源模塊：其功能為 保護(hù)裝置提供工作電壓。一般常采用開關(guān)穩(wěn)壓電源或 DC/DC 電源模塊。其提供數(shù)字系統(tǒng) 2 +1 15V 電源。其構(gòu)成圖 所示： 圖 硬 件機(jī)構(gòu)圖 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 ： 圖 電壓形成 電壓形成 LPF LPF S/H S/H 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) A/D 串行接口 CPU FLASH RAM 并行接口 定時器 光電隔離 光電隔離 出口電路 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 微機(jī)系統(tǒng) 輸入 \輸出系統(tǒng) 通信 人機(jī)對話 開關(guān)輸入 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 模擬信號輸入 模擬量輸入 本科生課程設(shè)計（論文） 14 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)換來的電流信號通過如圖 所示的電路轉(zhuǎn)換為 mA 級的電流信號；將 由二次電壓互感器轉(zhuǎn)換來的電壓信號（ 100V）通過如圖 所示的電路也轉(zhuǎn)換為可供模數(shù)轉(zhuǎn)換部分時用的電壓，這樣做的優(yōu)點是可以使得元件小型化。再講 mA 級的電流信號經(jīng)過如圖 所示的電路，進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換為電壓信號，作為 A/D轉(zhuǎn)換的輸入信號。 圖 變換電壓的計算公式： ni 122 ???? RIRU LHLH 圖 采樣保持和模擬低通濾波 采樣保持電路，又稱 S/H 電路，其作用是在一個極短的時間內(nèi)測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，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)行多個模擬量實現(xiàn)同時采樣。 采樣頻率是指采樣周期的倒數(shù)，對保護(hù)系統(tǒng)而言，在故障剛發(fā)生時，電壓、電流信號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， 本科生課程設(shè)計（論文） 15 進(jìn)而對硬件速度提出過高的要求。實際上，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 對硬件提出的要求，對頻率高于二分之一的可以用簡單的低通濾波器（如圖）來濾除高頻分量，而對于 小于二分之一頻率的分量可以用數(shù)字濾波器來濾除。 圖 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換 對反應(yīng)倆個電氣量以上的繼電保護(hù)裝置，都要求對各個模擬量同時采樣，以準(zhǔn)確地獲得各個量 之間的相位關(guān)系，因而要對每個模擬輸入量設(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，由定時器同時供給采樣脈沖，但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格相對較 貴，通常不是每個模擬量輸入通道設(shè)一個 A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給裝置。而是公用一個，中間是通過轉(zhuǎn)換開關(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。 圖 模擬量 1 模擬量 n 電壓形成 電壓形成 LPF LPF S/H S/H 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) A/D CPU 采樣脈沖 本科生課程設(shè)計（論文） 16 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)位的組合起來表示的，每一位代碼都有一定的權(quán)，即代表一個具體數(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 為一個 4 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理圖，更多位數(shù)的情況與此類似。 圖 4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理 輸出電壓 為： DR RUU ??? fr0 可見，輸出模擬電壓正比于控制輸入的數(shù)字量 D。 對一般的 A/D轉(zhuǎn)換器來說，如果輸入電壓超過所允許的最大值，就會出現(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)重，因為在裝置得到采樣值后，還可以經(jīng)過數(shù)字濾波器來對平頂 波進(jìn)行修正，基波相位可以做到基本不受影響，對電流保護(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出現(xiàn)零值的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對保護(hù)的危害是致命的 。如果電流信號出現(xiàn)這種溢出情況，則出口短路可能會被計算成區(qū)外短路，導(dǎo)致拒動。避免這種溢出現(xiàn)象的常用方法有：1，采用類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。 開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) 開關(guān)量輸入輸出模塊包括開關(guān)量輸入回路和開關(guān)量輸出回路，是微型機(jī)保護(hù)裝置的重要組成部 分，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)信號的隔離輸入回路和動作信號的隔離輸出回路，主要完成外部開關(guān)量引入裝置進(jìn)行處理和將裝置內(nèi)發(fā)出的開關(guān)信號引出到繼電器插件，從而驅(qū)動相應(yīng)的繼電器跳閘或告警，達(dá)到保護(hù)的功能。下面分別介紹開關(guān)量輸入回路和輸出回路的設(shè)計。 本科生課程設(shè)計（論文） 17 在微型機(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)點是：輸入信號與輸出信號在電氣上完全隔離，抗干擾能力很強(qiáng)；無觸點，耐沖擊 ，壽命長，可靠性高；響應(yīng)速度快，易與邏輯電平配合使用。 需要采集的輸入開關(guān)量共 8路，分為兩組，一組為 4路 220V開關(guān)量輸入，另一組為4路 24V開關(guān)量輸入。圖 所示開關(guān)量通過光電隔離輸入電路圖。其工作原理是：當(dāng)外部接點接通時，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)外部接點斷開時，光電隔離的二極管不導(dǎo)通，于是三極管截止，集電極輸出高電位，軟件讀并行口該位的狀態(tài)，即可知道外部接點的狀態(tài)。圖中二極管起保護(hù)作用，用于防止開關(guān)量輸入回路電源極性接反時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，開關(guān)量經(jīng)過光電耦合器后直接與保護(hù) DSP相應(yīng)的通用 I／ O口相連，光敏三極管的導(dǎo)通和截止完全反映外部接點的狀態(tài)，帶有電磁干擾的外部輸入回路與微型機(jī)電路之間沒有直接電的聯(lián)系，各種干擾信號不能進(jìn)入微型機(jī)電路部分，從而達(dá)到抗干擾的目的。