【正文】 eePhase Fault4ABCabcThreePhaseVI MeasurementA B CThreePhaseSeries RLC Load1Scope4Scope3Scope2Scope IabcFrom1VabcFromNABC500kVabcMagPhase3PhaseSequence Analyzer1abcMagPhase3PhaseSequence Analyzer 圖234 單相接地故障電路故障點(diǎn)零序電流和電壓如圖235所示： 圖235 零序電流和電壓波形圖本裝置采用的是零序過(guò)電流保護(hù)，當(dāng)3倍零序電流大于零序電流保護(hù)定值時(shí)，通過(guò)算法判斷是否啟動(dòng)告警或是跳閘。啟動(dòng)保護(hù)的零序電流定值應(yīng)躲過(guò)相鄰線路出口處三相短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流，同時(shí)啟動(dòng)電流按逐級(jí)配合原則整定，即本線路零序過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍不能超出相鄰線路的保護(hù)范圍。2 零序電流保護(hù)的整定與邏輯分析廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 線路保護(hù)的原理分析24表 6 零序電流保護(hù)的整定 零序電流定值 ～12A 零序電流時(shí)限 0s～100s 零序電流壓板 投入或退出零序電流保護(hù)零序電流跳閘投退投入（作用于跳閘）或退出（作用于告警）零序電流保護(hù)的邏輯分析框圖如圖236所示：amp。000T oamp。000amp。000零序電流保護(hù)投 / 退3 I o 零序電流定值零序電流跳閘投 / 退零序電流告警信號(hào)保護(hù)告警跳閘零序電流告警信號(hào)保護(hù)動(dòng)作圖 236 零序電流保護(hù)邏輯圖 低頻減載保護(hù)的原理與邏輯分析1 低頻減載保護(hù)的原理電力系統(tǒng)低頻減載是指電力系統(tǒng)在遭受大擾動(dòng)、出現(xiàn)大功率缺額時(shí)，響應(yīng)于系統(tǒng)頻率啟動(dòng)并切除部分負(fù)荷，維持系統(tǒng)功率平衡和防止系統(tǒng)頻率崩潰的一種有功頻率控制手段。本保護(hù)裝置中，當(dāng)頻率下降到設(shè)定的頻率點(diǎn)時(shí)，測(cè)量當(dāng)前的頻率變化率，頻率 , 等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)決定具體fabU切負(fù)荷量，其中低電壓閉鎖定值固定為60V，滑差閉鎖定值固定為 5Hz/s。2 低頻減載保護(hù)的整定與邏輯分析表 7 低頻減載保護(hù)的整定低頻減載壓板 投入或退出低頻減載定值 ～ 低頻減載時(shí)限 ～ 低頻減載滑差閉鎖 投入或退出低頻減載保護(hù)的邏輯分析框圖如圖237所示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 線路保護(hù)的原理分析25amp。000≥ 1amp。000低頻減載投 / 退有流 （ I m a x 0 . 3 A )U a b 低壓閉鎖定值滑差閉鎖投 / 退D f / d t 滑差定值F 頻率定值低頻動(dòng)作信號(hào)（ 顯示遠(yuǎn)傳 ）跳閘保護(hù)動(dòng)作（ 中央信號(hào) ）閉鎖重合閘amp。000圖237低頻減載保護(hù)邏輯圖 控制回路異常告警控制回路異常告警用于采集斷路器的跳位和合位，當(dāng)控制電源正常，斷路器位置輔助觸點(diǎn)正常時(shí)，跳位或合位這兩個(gè)開入量中，必有且只能有一個(gè)開入，否則經(jīng) 2s 延時(shí)報(bào)控制回路異常告警信號(hào)，同時(shí)重合閘放電，但不閉鎖保護(hù)?？刂苹芈樊惓８婢倪壿嫹治隹驁D如圖 238 所示： = 12 . 0 s控制回路異常信號(hào)（ 顯示 ， 遠(yuǎn)傳 ）裝置告警（ 中央信號(hào) ）H W JT W J圖 238 控制回路異常告警保護(hù)邏輯圖 TV 斷線告警TV作用是將輸入的一次電壓轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)需要的二次電壓，系統(tǒng)的TV斷線，使一次電壓無(wú)法轉(zhuǎn)換為二次電壓，系統(tǒng)不能正常工作,保護(hù)裝置檢測(cè)到TV斷線延時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，在電壓恢復(fù)正常后保護(hù)返回。該保護(hù)裝置采用無(wú)零序電壓的單組TV斷線判別方法，TV斷線告警的邏輯分析框圖如圖239所示：amp。≥ 1amp。0005 sT V 斷線投退有流 （ 0 . 3 A )U a b 1 8 vU b c 1 8 vU c a 1 8 v│ U a b U b c │ 1 8 v│ U b c U c a │ 1 8 v│ U c a U a b │ 1 8 v母 T V 線斷線告警（ 顯示遠(yuǎn)傳 ）保護(hù)異常（ 中央信號(hào) ）≥ 1 圖 239 TV 斷線告警保護(hù)邏輯圖廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 線路保護(hù)的原理分析26本 章 小 結(jié)本章首先分析了輸電線路中的常見故障與異常運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合Matlab simulink 對(duì)故障進(jìn)行了仿真。同時(shí)針對(duì)線路中的不同故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，具體分析了相應(yīng)的繼電保護(hù)原理，總結(jié)出了各種故障的實(shí)用判據(jù)和保護(hù)算法。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)27第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)第二章所闡述的各種故障以及相應(yīng)的判據(jù)，本裝置采用高性價(jià)比的ATmaga128 作為處理器進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。 保 護(hù) 裝 置 硬 件 設(shè) 計(jì)本保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)總體可為 7 個(gè)部分，數(shù)據(jù)濾波采用部分，CPU 主電路，開關(guān)量輸入輸出部分，液晶顯示，按鍵電路，通訊電路，電源電路。數(shù)據(jù)濾波采集部分將輸入的電壓電流模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)低通濾波和采樣保持，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)行故障判斷和分析。CPU 采用 ATmega128 單片機(jī)微處理器，開關(guān)量輸入輸出電路是由并行口，光電耦合電路以及有接觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，已完成各種保護(hù)的跳閘，信號(hào)報(bào)警，指示燈，外部輸入信號(hào)等。液晶顯示和按鍵電路主要用于顯示參數(shù)，菜單翻頁(yè)，整定數(shù)值等，通訊電路實(shí)現(xiàn)與微機(jī)監(jiān)控或保護(hù)管理機(jī)通信，接口采用 RS485，總體設(shè)計(jì)如圖 31 所示：模擬量輸入濾波 A / D 轉(zhuǎn)換器 高性能處理器 A T m e g a 1 2 8開入光隔接口液晶顯示鍵盤4 8 5開出光隔 Q D JD O 1T Z J D O 2H Z JD O 3 T X J D O 4H X J D O 5H X J D O 6H Z JD O 72 4 V 啟動(dòng) 跳閘 合閘跳閘信號(hào) 合閘信號(hào)告警 異常 開入 1開入 8產(chǎn)品電源D O 8圖 31 保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)28 三 相 電 壓 和 電 流 的 交 流 采 樣 電 路 三相交流信號(hào)低通濾波器 TCL04 的分析三相電壓和電流信號(hào)進(jìn)過(guò)電壓互感器和電流互感器，進(jìn)入 TLC04 巴特沃斯四階開關(guān)電容低通濾波器。TLC04 的截止頻率的穩(wěn)定性只與時(shí)鐘頻率穩(wěn)定性相關(guān)，截止頻率和時(shí)鐘可調(diào)，其時(shí)鐘一截止頻率比為 50:1。巴特沃斯四階低通濾波器電路如圖 32 所示：Scope1ScopeFundamental sine wave50HzFDAToolDigitalFilter DesignAdd5th harmonic wave250Hz3th harmonic wave 150Hz2th harmonic wave 100Hz圖 32 巴特沃斯四階低通濾波器電路圖 32 中,輸入到 Butterworth4 階低通濾波器的信號(hào)是由 220v，50Hz 的基頻信號(hào)，2 次諧波，3 次諧波，5 次諧波以及 10v 的直流分量經(jīng)過(guò)加法器組合，5 次諧波的頻率達(dá)到 250Hz, 根據(jù)內(nèi)奎斯特采樣定理,為保證采樣信號(hào)不失真，,設(shè)置采樣頻率為 100000Hz, Butterworth4 階低通濾波器由maxsf?Simulink 中的 FDATool 設(shè)計(jì)，截止頻率 ，輸入信號(hào)的波形和濾波50cfHz?后的波形如圖 33，34 所示： 圖 33 基波與諧波信號(hào)波形 圖 34 濾波后的 50Hz 基頻信號(hào)Butterworth4 階低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線如圖 35 所示：廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)290 5 10 15 20 25 30 35 40 456005004003002001000100 Frequency (kHz): Magnitude (dB): Frequency (kHz): Magnitude (dB): 5493164494484 Frequency (kHz)Magnitude (dB)Magnitude Response (dB)圖 35 Butterworth4 階低通濾波器的幅頻響應(yīng)如果選用 Chebyshev1 型 4 階低通濾波器，基波與諧波信號(hào)不變，采樣頻100000Hz,通帶最大衰減 為 1dB,幅頻響應(yīng)曲線如圖 36 所示：pA 0 5 10 15 20 25 30 35 40 456005004003002001000Frequency (kHz)Magnitude (dB)Magnitude Response (dB)圖 36 Chebyshev1 型 4 階低通濾波器的幅頻響應(yīng) 圖 37 基波與諧波信號(hào)波形 圖 38 濾波后的 50Hz 基頻信號(hào)通過(guò)比較圖 35 和圖 36 可知，在階數(shù)相同的情況下，Butterworth 和 Chebyshev1 型低通濾波器的幅頻響應(yīng)基本相同, Chebyshev1 的信號(hào)衰減速度略快于 Butterworth 濾波器。 三相交流信號(hào)的采樣電路10kV線路保護(hù)裝置對(duì) ，共 8路交流信號(hào)進(jìn)行,30,acabcIAICU采樣。ATmega128單片機(jī)內(nèi)部含有8路10位ADC通道，但是轉(zhuǎn)換精度和速度都不能達(dá)到繼電保護(hù)的要求，所以本裝置采用了MAX125交流采樣芯片。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)30MAX125是高速24通道同步采樣 14位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器芯片。芯片單通道A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間為2 。 的參考電壓，4個(gè)采樣/ 保持s?放大器可對(duì)4個(gè)通道的模擬信號(hào)同時(shí)采樣,每個(gè)采樣/保持器前端有雙路選擇器，實(shí)際可接入8路模擬信號(hào)；芯片供電電源177。5V，輸入模擬信號(hào)有效電壓范圍177。5V，可承載最高177。17V的電壓。由于MAX125芯片只有4路采樣保持，所以對(duì)于另外4路交流信號(hào)需要單獨(dú)設(shè)置采樣保持器。在硬件電路中， , 使用MAX125內(nèi)部的采樣,abcU0I保持， 使用外部采樣保持器, 三相電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗑€電,acACII壓 ,信號(hào)進(jìn)過(guò)變壓器 電壓由 220V轉(zhuǎn)變?yōu)镸AX125 的bU,abca有效電壓范圍即177。5V，然后進(jìn)入低通濾波器TCL04, 濾除諧波分量。 此時(shí)設(shè)置交流A/D采樣模塊MAX125的工作模式。MAX125 芯片中，管腳A0,A1,A2,A3用于設(shè)置不同的工作模式如表31所示：表31 MAX125工作模式A3 A2 A1 A0 轉(zhuǎn)換時(shí)間 模式0 0 0 0 3 s?CH1A0 0 0 1 6 CHIA,CH2A0 0 1 0 9 CHIA,CH2A,CH3A0 0 1 1 12 CHIA,CH2A,CH3A,CH4A0 1 0 0 3 sCH1B0 1 0 1 6 ?CH1B,CH2B0 1 1 0 9 CH1B,CH2B,CH3B0 1 1 1 12 CH1B,CH2B,CH3B,CH4B由于需要對(duì)8路交流信號(hào)進(jìn)行采樣，所以首先設(shè)置MAX125的CHIA,CH2A,CH3A,CH4A 4個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，啟動(dòng)CH1B,CH2B,CH3B,CH4B 4個(gè)通道同時(shí)轉(zhuǎn)換，將8路信號(hào)分2步采集完畢，由于2次轉(zhuǎn)換時(shí)間都是12 ，所以采樣不同步造成的誤差可以忽略不計(jì)。s?CPU通過(guò)RD管腳讀取MAX125 采樣得到8路14位數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行處理。具體A/D采樣電路如圖35所示：廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)31I I**TA1TA10162I I**TA2TA10162I I**TA3TA10162I I**TA4TA10162I I**TA5TA10162IN OUT* *TV1TV10131IN OUT* *TV2TV10131IN OUT* *TV3TV10131RV151K/2WRV251K/2WRV351K/2WRTV1240ΩRTV2240ΩRTV3240ΩRPTV11KRPTV21KRPTV31KAGNDAGNDAGNDRTV1010K CLKIN1CLKR2 LS3 VC 4OUT 5AGND 6VC+ 7IN8IC1TLC04VC AGND5AGNDRTV110K CLKIN1CLKR2 LS3 VC 4OUT 5AGND 6VC+ 7IN8IC2TLC04VC AGND5AGNDRTV1210K CLKIN1CLKR2 LS3 VC