【正文】 　 　 三 臺 單 相 三 繞 組 電 壓 互 感 器 構 成YN， yn， d0或 YN， y， d0的 接 線 形 式 ， 廣 泛 應用 于 3~220KV系 統(tǒng) 中 ， 其 二 次 繞 組 用 于 測 量 相 間 電 壓 和 相 對 地 電 壓， 輔 助 二 次 繞 組 接 成開 口 三 角 形 ， 供 接 入 交 流 電 網(wǎng) 絕 緣 監(jiān) 視 儀 表 和 繼 電 器 用 。 壓 互 感 器 的 接 線 方 式 ： 一 臺 單 相 電 壓 互 感 器 來 測 量 某 一 相 對 地 電 壓 或 相 間 電 壓 的 接 線 方 式 。 改 變 一 次 或二 次 繞 組 的 匝 數(shù) ， 可 以 產(chǎn) 生 不 同 的 一 次 電 壓 與 二 次 電 壓 比， 這 就 可 組 成 不 同 比 的 電 壓互 感 器 。 它 主 要 由 一 、二 次 線 圈 、 鐵 心 和 絕 緣 組 成 。 在 正 常 使 用 情 況 下，其 比 差 和 角 差 都 應 在 允 許 范 圍 內 。 輸 入 額 定 電 流 為 5A， 額 定 輸 出 電 流 為 。本 設 計 采 用 微 型 CT作 為 系 統(tǒng) 電 器 參 量 的 采 集 與 系 統(tǒng) 隔 離， 防 止 系 統(tǒng) 干 擾 的 侵 入 。 流 互 感 器 的 作 用 ： 電 流 互 感 器 的 作 用 是 可 以 把 數(shù) 值 較 大 的 一 次 電 流 通 過 一定 的 變 比 轉 換 為 數(shù) 值 較 小 的 二 次 電 流， 用 來 進 行 保 護 、 測 量 等 用 途 ,如 變 比 為 400/5的 電流 互 感 器 ， 可 以 把 實 際 為 400A的 電 流 轉 變 為 5A的 電 流 。 電 流互 感 器 是 由 閉 合 的 鐵 心 和 繞 組 組 成 。 在 正 常 使 用 情 況下 其 比 差 和 角 差 都 應 在 允 許 范 圍 內 。 主控制器AT89C52是 一 個 低 電 壓 ， 高 性 能 CMOS 8位 單 片 機 ， 片 內 含 8k bytes的 可 反 復 擦 寫的 Flash只 讀 程 序 存 儲 器 和 256 bytes的 隨 機 存 取 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 （ RAM） ， 器 件 采 用 ATMEL公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 儲 技 術 生 產(chǎn)， 兼 容 標 準 MCS51指 令 系 統(tǒng) ， 片 內 置 通 用 8位中 央 處 理 器 和 Flash存 儲 單 元 ， AT89C52單 片 機 在 電 子 行 業(yè) 中 有 著 廣 泛 的 應 用[19]。 電 源 的 作 用 是 將 220V或 110V交 流 電 源 變 換 成 供 給 微 處 理 器 、 數(shù) 字 電路 、 模 數(shù) 轉 換 芯 片 及 放 大 器 所 需 要 的 弱 電 電 壓 ， 有 177。 本 設 計 采用 以 RS485的 通 訊 電 路 。（ 4） 通 訊 接 口 。 微 機 繼 電 保 護 裝 置 通 過 數(shù) 字 量 輸 出 實 現(xiàn) 對 斷 路 器 等 控 制 。 微 處 理 器 執(zhí) 行 存 放 在 程 序 存 儲 器 中 的 保 護 程 序， 對 由 數(shù)據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 輸 入 至 隨 機 存 儲 器 中 的 數(shù) 據(jù) 進 行 分 析 處 理， 以 完 成 各 種 繼 電 保 護 功 能 。（ 2） 數(shù) 據(jù) 處 理 系 統(tǒng) （ 計 算 機 系 統(tǒng) ） 。 模 擬 量 輸 入 通 道 為 電 流 、 電 壓 信 號， 由 于 電 流 、 電 壓 為 隨 時間 變 化 的 連 續(xù) 信 號 ， 而 計 算 機 只 接 收 數(shù) 字 信 號 ， 因 此 需 要 將 這 種 類 型 的 模 擬 信 號 轉 變?yōu)?數(shù) 字 信 號 ， 完 成 模 擬 量 到 數(shù) 字 量 的 轉 換 。 將 采 集 量 通 過 電 流 互 感 器 與 電 壓 互 感 器 轉 變 成 小 電 流 與 低 電 壓， 再 經(jīng) 過 濾波 電 路 、 采 樣 保 持 和 A/D轉 換 ， 將 數(shù) 字 量 傳 入 單 片 機 ， 與 輸 入 的 保 護 整 定 值 進 行 比 較 ，而 后 將 結 果 經(jīng) 過 通 訊 模 塊 與 上 位 機 進 行 交 流 傳 輸， 從 而 決 定 繼 電 氣 開 關 量 的 輸 出 ， 并 將結 果 通 過 數(shù) 碼 管 呈 現(xiàn) 給 工 作 人 員 。 因 此， 微 機 保 護 裝 置 具 有 一 般 微 機 系 統(tǒng) 的 基 本結 構 [18]。 微 機 保 護 的 硬 件 電 路 隨 所 采 用 的 單 片 機 不 同 而 有 很 大 差 別 。第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設計采三相電流 / 電壓電流 / 電壓互感器調理電路（ 濾波 、 采樣保持 ）A / D 轉換繼電器開關量輸出C P UA T 8 9 C 5 2上位機 （ P C ）通訊模塊顯示模塊鍵盤輸入模塊圖31 系統(tǒng)的總體結構框圖 微 機 保 護 裝 置 實 際 上 是 一 個 具 有 繼 電 保 護 功 能 的 計 算 機 系 統(tǒng) 。在 裝 置 的 主 保 護 板 的 算 法 設 計 中， 我 們 選 擇 全 波 傅 氏 算 法 作 為 線 路 保 護 的 算 法， 故障 模 擬 量 經(jīng) 過 電 壓 互 感 器 和 電 流 互 感 器 進 入AD轉 換 器 ， 采 樣 頻 率 選 擇 為 600Hz， 即 一 路信 號 一 個 周 期 有 12個 采 樣 點 ， 然 后 得 到 的 12個 采 樣 值 通 過 式 (244)和 式 (245)計 算 得 到輸 入 模 擬 量 的 實 部 和 虛 部 ， 根 據(jù) 式 (242)和 式 (243)就 可 以 計 算 模 擬 量 的 幅 值 和 相 角 。 氏 算 法 具 有 濾 波 作 用 ， 可 以 消 除 恒 定 的 直 流 分 量 和 整 次 諧 波 分 量， 但 是 不 能消 除 衰 減 的 直 流 分 量 ， 在 最 嚴 重 的 情 況 下 ， 由 衰 減 直 流 分 量 造 成 的 傅 氏 算 法 的 計 算 誤差 達 到 10%以 上 ， 因 此 ， 必 須 采 取 措 施 給 予 補 救 。 另 外， 由 于 半 波 傅氏 算 法 的 數(shù) 據(jù) 窗 只 有 半 周 ， 所 以 它 的 精 度 比 全 波 傅 氏 算 法 精 度 低， 但 是 半 波 傅 氏 算 法是 以 提 高 運 算 速 度 為 前 提 的 ， 因 此 ， 當 線 路 故 障 發(fā) 生 在 保 護 范 圍 的 O90%以 內 時 ， 用 半波 算 法 計 算 很 快 就 趨 于 真 值 ， 雖 然 精 度 不 高 ， 但 是 足 以 正 確 判 斷 是 范 圍 內 故 障 ， 當 故 障在 保 護 范 圍 的 90%以 外 時 ， 為 了 保 證 計 算 精 度 ， 要 以 全 波 傅 氏 算 法 的 計 算 結 果 為 準 。 微機保護算法傅 氏 算 法 ： 任 何 一 個 周 期 函 數(shù) ， 都 可 以 分 解 成 直 流 分 量 和 各 次 諧 波 分 量 的 和， 其 表達 式 為 [16]： (237)110()[cosin]nxtbtat?????其 中 ， n=O、 l、 2……， 、 為 各 次 諧 波 正 弦 和 余 弦 的 幅 值 ， 為 基 波 的 角 頻na1?率 ， 各 次 諧 波 的 實 部 和 虛 部 可 以 通 過 式(238)和 式 (239)計 算 ： （238）10()sinTnaxttd??? （239）102()cosTnbtt進 一 步 推 倒 可 得 ： （240）122sinNnkaX???? （241）1conkb??其 中 ， N為 一 個 周 期 的 采 樣 點 數(shù) ， 根 據(jù) n取 不 同 值 時 ， 可 以 根 據(jù) 式 (242)和 (243)求得 各 次 諧 波 的 幅 值 和 相 角 ： （242）2nnXab?? （243）rctn?在 線 路 微 機 保 護 系 統(tǒng) 的 算 法 設 計 中 需 要 的 是 基 波 分 量， 就 是 當 n=l時 的 分 量 ， 當 每個 周 期 采 樣 12個 點 時 ， 式 (240)和 (241)可 以 寫 成 式 (244)和 式 (245)： （244）13915712481036()()()aXXX?????? （245）262048157b由 式 (242)、 (243)、 (244)、 (245)可 以 方 便 的 計 算 基 波 的 幅 值 和 相 角， 這 種 計算 方 法 的 數(shù) 據(jù) 窗 為 一 個 周 期 ， 因 此 它 的 反 映 速 度 比 較 慢 ， 數(shù) 據(jù) 窗 為 一 個 周 期 的 傅 氏 算法 稱 為 全 波 傅 氏 算 法 ， 我 們 利 用 正 弦 函 數(shù) 和 余 弦 函 數(shù) 的 性 質， 可 以 只 取 半 個 采 樣 周 期來 計 算 ， 這 樣 可 以 提 高 響 應 速 度 ， 數(shù) 據(jù) 窗 為 半 個 周 期 的 傅 氏 算 法 為 半 波 傅 氏 算 法 。注 意 事 項 ：加 入 功 率 方 向 繼 電 器 的 電 壓 與 電 流 的 極 性 必 須 正 確 。接 線 的 目 的 是 ： 消 除 近 處 兩 相 短 路 的 動 作 死 區(qū) 。信TV圖215 90176。 為 滿 足 要 求 ， 廣 泛 采 用 90176。 由 此 可 見 ， LG—11方 向 繼 電 器 輸 入 的 電 壓 、 電 流 方 向 一 定 要 正 確， 否 則 會 將 短 路 功率 的 方 向 剛 好 判 斷 反 。； Φ r 為 被 保 護 對 象 的 阻 抗 角 ， 架 空 輸 電 線 路 阻 抗 角 一 般 為 20176。； 135176。 所 以 其 動 作 范 圍 分 別 為 ： 120176。 （ 式 中 α 為 靈 敏 角 ， 也 就 是 繼 電 器 阻 抗 角 的 余 角 ） 一 般 LG—11靈 敏 角 有 2個 位 置 ： 30176。圖213 電壓變換器內部電路 Φ Φ 靈 敏 線動 作 區(qū)圖214 對應相位圖動 作 分 量 與 制 動 分 量 同 相 位 時 ， 繼 電 器 動 作 最 靈 敏 。 在 K1點 短 路 時 ， 短 路 功 率 方 向 是 從 母 線 指 向 線 路 （ 正 方 向 ） ； 而 在K2點 短 路 時 ， 短路 功 率 方 向 是 從 母 線 指 向 線 路 （ 反 方 向 ） 。對 雙 側 電 源 的 網(wǎng) 絡 ， 可 將 各 保 護 按 其 動 作 方 向 分 為 兩 組， 動 作 時 間 按 階 梯 原 則 進 行配 合 ， 逐 級 增 加 。同 理 ， 保 護 4和 5動 作 時 限 也 不 需 要 配 合 。2． 方 向 過 電 流 保 護 的 工 作 原 理 ：圖210 方向過電流保護工作原理如 圖 所 示 ， 當 K1點 短 路 時 通 過 保 護 2的 短 路 功 率 方 向 是 從 母 線 指 向 線 路， 符 合 規(guī) 定的 動 作 方 向 ， 保 護 2正 確 動 作 ； 而 通 過 保 護 3的 短 路 功 率 方 向 由 線 路 指 向 母 線， 與 規(guī) 定 的動 作 方 向 相 反 ， 保 護 3不 動 作 。 若 在 過 電 流 保 護 的 基 礎 上 加 裝 一 個 功 率 方 向 判 別 元 件功 率 方 向 元 件 , 并 且 規(guī) 定短 路 功 率 方 向 由 母 線 指 向 線 路 為 正 方 向 。 可 將 該 類 網(wǎng) 絡 視 為2個 獨 立 的 單 電 源 供 電 網(wǎng) 絡 ， 在 保 護 的 配 合 上 不 再 考慮 方 向 的 影 響 。(3)分 析 ： 在 雙 側 電 源 網(wǎng) 絡 中 ， 短 路 電 流 是 分 別 從 2個 電 源 指 向 短 路 點 ， 短 路 電 流 流 經(jīng) 保 護 時有 方 向 ， 如 ： 線 路 L1的 K1點 發(fā) 生 短 路 時 ， 右 側 電 源 流 經(jīng) 保 護 2的 短 路 功 率 方 向 是 由 母 線指 向 線 路 ， 而 流 經(jīng) 保 護 3的 短 路 功 率 是 由 線 路 指 向 母 線 ； 當 線 路L2的 K2點 發(fā) 生 短 路 時 ，左 側 電 源 流 經(jīng) 保 護 2的 短 路 功 率 方 向 是 由 線 路 指 向 母 線， 而 流 過 保 護 3的 短 路 功 率 方 向是 由 母 線 指 向 線 路 。 顯 然 ， 這 兩 個 要 求 是 相 互 矛 盾 的 。(2)過 電 流 保 護 的 方 向 問 題 ： 對 于 過 電 流 保 護 ， 若 不 采 取 措 施 ， 將 會 發(fā) 生 無 選 擇 性 誤 動 作 。 若 將電 流 、 電 壓 保 護 直 接 用 在 這 種 電 網(wǎng) 中， 靠 動 作 值 和 動 作 時 限 的 配 合 ， 不 能 完 全 滿 足 保護 動 作 選 擇 性 的 要 求 [14]。 從 而 大 大地 提 高 了 對 用 戶 供 電 的 可 靠 性 。 方向電流保護1. 電 流 保 護 的 方 向 性 問 題 ：圖29 電流保護方向性問題在 雙 電 源 網(wǎng) 絡 中 ， 當 線 路 L1