35kV输电线路电流电压保护设计(3)

精品文档 。 1欢迎下载 1 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 微机继电保护微机继电保护课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：35kV35kV 输电线路电流电压保护设计（输电线路电流电压保护设计（3 3） 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 20142014 20142014 1 精品文档 。 2欢迎下载 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号学生姓名专业班级 课程设 计（论 文）题 目 35kV 输电线路电流电压保护设计（3） 课程设计（论文）任务 系统接线图如图： 课程设计的内容及技术参数参见下表 设计技术参数工作量 ,22,3/37 1 G XkVE ,10,10 32 GG XX L1=L2=70km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=30km, LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km, ,2 . 1 I rel K rel K15. 1 rel K 最大负荷电流 IB-C.Lmax=100A, IC-D.Lmax=67A, ID-E.Lmax=35A, 电动机自启动系数 Kss=1.5，电流继电 器返回系数 Kre=0.85。 最大运行方式：三台发电机及线路 L1、L2、L3 同时投入运行；最小运行 方式：G2、L2 退出运行。 一、整定计算 1.确定保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电 抗。 2.进行 C 母线、D 母线、E 母线相间短路的最大、 最小短路电流的计算。 3.整定保护 1、2、3 的电流速断保护定值，并计 算各自的最小保护范围。 4.整定保护 2、3 的限时电流速断保护定值，并 校验灵敏度。 5.整定保护 1、2、3 的过电流保护定值，假定母 线 E 过电流保护动作时限为 0.5s，确定保护 1、2、3 过电流保护的动作时限，校验保护 1 作 近后备，保护 2、3 作远后备的灵敏度。 二、硬件电路设计 包括 CPU 最小系统、电流电压数据采集、开 关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。 三、软件设计 说明设计思想，给出参数有效值计算及故障 判据方法，绘制流程图或逻辑图。 四、实验验证 给出实验电路及实验结果，分析实验结果同 理论计算结果的异同及原因。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系统接线图 精品文档 。 1欢迎下载 续表 进度计划 第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：等值电抗和短路电流计算、电流 I 段整定计算及灵敏度校验。 第三天：电流 II 段、III 段整定计算及灵敏度校验。 第四天：硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分） 。 第五天：硬件电路设计（控制输出、报警显示部分） 。 第六天：软件设计（有效值计算、故障判据） 。 第七天：软件设计（绘制流程图或逻辑图） 第八天：实验验证及分析。 第九天：撰写说明书。 第十天：课设总结，迎接答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 精品文档 。 2欢迎下载 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘 要 电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障，因此，必 须有相应的保护装置来反映这些故障，并控制故障线路的断路器，使其跳闸以切除 故障。 针对电力系统输电线路进行继电保护设计，采用三段式电流电压保护的方法， 确定出最大、最小运行方式下的等值电抗。进行了相间短路的最大、最小短路电流 的计算。进行了保护 1、2、3 的电流速断保护整定值计算，并计算了各自的最小保 护范围。进行了保护 2、3 的限时电流速断保护定值计算，并校验了灵敏度。进行了 保护 1、2、3 的过电流保护定值计算，确定保护 1、2、3 过电流保护的动作时限， 校验保护 1 作近后备，保护 2、3 作远后备的灵敏度。绘制三段式电流保护原理接线 图。通过实验验证并分析了动作过程。采用 MATLAB 建立系统模型进行输电线路电流 电压保护仿真分析。 关键词：三段式电流电压保护；整定值计算；灵敏度；等值电抗 精品文档 。 3欢迎下载 精品文档 。 4欢迎下载 目 录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 输电线路电流保护整定计算.3 2.1 电流 段整定计算 .3 2.1.1 保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电抗 .3 2.1.2 C、D、E 母线相间短路的最大、最小短路电流 .4 2.1.3 保护 1、2、3 的电流速断整定值 .4 2.2 电流段整定计算 .5 2.3 电流段整定计算 .6 第 3 章 硬件电路设计.7 3.1 单片机主系统设计 .7 3.1.1 单片机主系统介绍 .7 3.3.2 可编程 I/O 口 8255A .9 第 4 章 软件设计.12 4. 保护算法 .12 4.1.1 概述.12 4.1.2 全波傅立叶算法.12 4.2 保护软件流程 .12 4.2.1 主程序.13 4.2.2 采样中断服务程序 .14 4.2.3 事故处理程序.15 4.3 MATLAB 建模仿真分析 .15 第 5 章 实验验证及分析.17 第 6 章 课程设计总结.19 参考文献.20 精品文档 。 1欢迎下载 第 1 章 绪论 电力系统继电保护是随着电力系统的发展和科学技术的进步而不断发展起来的 为电力系统建立了一个安全保障体系。电力系统故障和不正常运行状态是不可避免 的为了防止电力系统事故的扩大保证非故障部分仍能可靠供电通过继电保护装置准 确迅速地识别并切除故障同时电力系统运行状态应实时监视一旦发生不正常行状态 时能通过继电保护装置及时警告或启动自动控制装置。这样就可以保持供电的连续 性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。 继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成。对于作用于断路器跳 闸的继电保护装置有四点基本要求。 1.电流电压保护的选择性 电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性。电流（电压）保护第 段主要靠动作电流值来区分被保护范围内部和外部短路而具有选择性。而电流保护 第 段和第段则应由动作电流和动作时间二者相结合才能保证其选择性，缺一不 可。但在多电源或单电源环网等复杂网络中这种保护可能无法保证其选择性。 2.电流电压保护的动作速度 电流电压保护第段和第段共同作为线路的主保护，能满足技术规程关 于 35kV 及以下网络主保护的速动性要求。电流电压保护第段因为越接近电源， 动作时间越长，有时候动作时间长达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备 保护。 3.电流电压保护的灵敏度 电流电压保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏 度要求。但在系统运行方式变化很大、线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵 敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。这也是电流保护的主要 缺点。 4.电流电压保护的可靠性 电流电压保护的可靠性 电流电压保护的电路构成、整定计算及调试维护都较简 单，因此，它是最可靠的一种保护。 线路发生短路故障时可以采用电流电压保护、接地零序保护、距离保护和纵差 动保护等。当线路发生相间短路时可以采用电流电压保护。电流电压保护是根据输、 配电线上相间短路时线路电流增加而母线电压下降的特征而设计的一种保护。主要 用于 35KV 及以下的小接地电流系统中。电流电压保护分为两种一种是以反应电流增 精品文档 。 2欢迎下载 大而动作的电流测量元件为基础的构成的电流保护元件另一种是以反应电压为基础 构成的电流保护。 根据线路故障对主、后备保护的要求线路相间的电流电压保护有 三种第一无时限电流速断保护或无时限电流电压联锁速断保护第二带时限电流速断 保护或带时限电流电压联锁速断保护第三定时限过电流保护或低电压启动过电流保 护。这三种相间电流电压保护分别成为相间短路电流保护第段第段和第段。 其中、段作为线路主保护第段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或 元件的远后备保护。这三段统称为线路相间短路的。 本文设计研究中的继电保护采用了三段式电流电压保护通过动作电流来进行保 护。根据设计要求为了实现保护之间的配合和保护的选择性在这些保护中增加延时 元件等逻辑元件形成一个完整的保护方案。 精品文档 。 3欢迎下载 第 2 章 输电线路电流保护整定计算 2.1 电流 段整定计算 2.1.1 保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电抗 （1）最大运行方式：三台发电机及线路 L1、L2、L3 同时投入运行，等效电路 图如图 2.1。 图 2.1 最大运行方式等值阻抗图 ； ； 20 1G X15 32GG XX ； 204 . 050 21LL XX124 . 030 3L X ； 164 . 040 BC X124 . 030 CD X84 . 020 DE X 11/ 332121min3LGLLGG XXXXXXX （2）最小运行方式：在最大运行方式基础上 G2、L2 退出运行，等效电路图如 图 2.2. 图 2.2 最小运行方式等值阻抗图 精品文档 。 4欢迎下载 1 . 161620/2815/ 3311max3LGLG XXXXX 2.1.2 C、D、E 母线相间短路的最大、最小短路电流 C 母线最大短路电流： A 46 . 2 1611 3/115 min3 3 max BC KC XX E I C 母线最小短路电流： A 79 . 1 16 1 . 16 3/115 2 3 2 3 max3 2 min BC KC XX E I D 母线最大短路电流： A 7 . 1 121611 3/115 min3 3 max CDBC KD XXX E I D 母线最小短路电流： A 3 . 1 1216 1 . 16 3/115 2 3 2 3 max3 2 min CDBC KD XXX E I E 母线最大短路电： A 41 . 1 8121611 3/115 min3 3 max DECDBC KE XXXX E I E 母线最小短路电流: A 1 . 1 2 3 min3 2 min DECDBC KE XXXX E I 2.1.3 保护 1、2、3 的电流速断整定值 无时限电流速断保护依靠动作电流值来保证其选择性，被保护线路外部短路时 流过该保护的电流总小于其动作值，不能动作；而只有在内部短路时流过该保护的 电流有可能大于其动作值，使保护动作。且无时限电流速断保护的作用是保证在任 何情况下只切除本线路上的故障。 保护 1： A KIKI KErelop 69 . 1 41 . 1 2 . 1 3 max1 保护 2： A 04. 27 . 12 . 1 3 max2KDrelop IKI 保护 3： A 95 . 2 46 . 2 2 . 1 3 max3KCrelop IKI 无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校 精品文档 。 5欢迎下载 验保护的灵敏度，一般要求保护的最小的线路长度不小于线路长度的 15%。 保护 1 保护的最小范围： 1 . 10)1216 1 . 16( 69 . 1 3115 2 3 2 3 max3 1 min11CDBC op XXX I E lx 保护 2 保护的最小范围： 91 . 3 )16 1 . 16( 04 . 2 3115 2 3 2 3 max3 2 min22BC op XX I E lx 保护 3 保护的最小范围： 39 . 3 1 .16 95 . 2 3115 2 3 2 3 max3 3 min33 X I E lx op 因为 %15 min33min22min11 BCCDDE sen X lx X lx X lx K %15%21 min33 BC sen X lx K 所以保护 1、保护 2 的 1 段灵敏度不合格，保护 3 合格。 2.2 电流段整定计算 由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路剩下的短路故障由 能保护本线路全长的带时限电流速断保护（电流保护第段）来可靠切除。带时限 电流速断保护与无时限电流速断保护的配合能以尽可能快的速度，可靠并有选择性 的切除本线路上任一处，包括被保护线路末端的相间短路故障。 保护 2 的段应与相邻线路的段配合 即：A 943 . 1 1/69 . 1 15 . 1 / 2min12boprelop KIKI 灵敏度： 不合格 5 . 13 . 167 . 0 943 . 1 3 . 1 2 2 min op KD sen I I K 保护 3 的段与相邻线路的段配合 即：A 346 . 2 1/04 . 2 15 . 1 / 3min23boprelop KIKI 灵敏度： 不合格 5 . 13 . 176 . 0 346 . 2 79 . 1 3 2 min op KC sen I I K 精品文档 。 6欢迎下载 保护 3 的段与相邻线路的段配合 即：A 23 . 2 1/943 . 1 15 . 1 / 3min23boprelop KIKI 灵敏度： 不合格 )5 . 13 . 1 (8 . 0 23 . 2 79 . 1 3 2 min op KC sen I I K 2.3 电流段整定计算 整定保护 1、2、3 的过电流保护定值，假定母线 E 过电流保护动作时限为 0.5s，确定保护 1、2、3 过电流保护的动作时限，校验保护 1 作近后备，保护 2、3 作远后备的灵敏度。 保护 1 的段： A 345170 85 . 0 5 . 115 . 1 max1LDE re ssrel op I K KK I 保护 2 的段： A 9 . 405200 85 . 0 5 . 115 . 1 max2LCD re ssrel op I K KK I 保护 3 的段： A 3 . 710350 85 . 0 5 . 115 . 1 max3LBC re ssrel op I K KK I 保护 1 作近后备的灵敏度： 合格 3 . 119 . 3 345 1100 1 2 min op KE sen I I K 保护 2 作远后备的灵敏度： 合格 2 . 171 . 2 9 . 405 1100 2 2 min op KE sen I I K 保护 3 作远后备的灵敏度： 合格 2 . 183 . 1 3 . 710 1300 3 2 min op KD sen I I K 假定母线 E 过电流保护动作时限为 0.5s，即：stOPE5 . 0 保护 1 的动作时间：sttt OPE 15 . 05 . 0 1 保护 2 的动作时间：sttt5 . 15 . 01 12 保护 3 的动作时间：sttt25 . 05 . 1 23 精品文档 。 7欢迎下载 第 3 章 硬件电路设计 3.1 单片机主系统设计 3.1.1 单片机主系统介绍 8051 的内部资源 （1）一个 8 位的微处理器（CPU） 。 （2）片内数据存储器 RAM（128B/256B） ，用于存放可以读/写的数据，如运算的 中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。 （3）片内程序存储器 ROM/EPROM（4KB/8KB） ，用以存放程序、一些原始数据和表 格。 （4）四个 8 位并行 I/O 接口 P0P3，每个口既可以用做输入，也可以用作为输 出。 （5）两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用于对外 部事件进行计数，也可设置为定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机 控制。 （6）五个中断源的中断控制系统。 （7）一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机 之间或单片机与微机之间的串行通信。 （8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振 荡频为 12MHZ。 以上各个部分通过内部数据总线相连接。 精品文档 。 8欢迎下载 8051 单片机引脚图及其功能 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 VCC 40 GND 20 8051 图 3.1 8051 引脚图 (3)控制引脚 RST，ALE，PESN 和 EA RST/VPD：RST 是复位信号输入端，高电平有效。RST 引脚的第二功能是，即备 用电源的输入端。 ALE/（30 脚）：地址锁存允许信号端。当 8051 上电正常工作后，ALE 引PROG 脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。CPU 访问片外存储器时， ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。此引脚的第二功能在对片内PROG 带有 4KB EPROM 的 8751 编程写入时，作为编程脉冲输入端。 （29 脚）：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端PESN 定时输出负脉冲作为片外存储器的选通信号。 /VPP（31 脚）：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA EA 接高电平时，CPU 只访问片内的 EPROM/ROM 并执行内部程序存储器的指令，但当 PC（程序 计数器）的值超过 0FFFFH（对 8051 为 4KB）时，将自动转去执行外部程序存储器的 程序。 当 EA 接低电平时，CPU 只访问外部 EPROM/ROM 并执行外部程序存储器的指令，而不 管是否有片内程序存储器。 （4）输入/输出端口 P0，P1，P2 和 P3 P0 口：P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O 端口。作输出端口时，每位可驱 8051 采用 40 脚双列直插封装方式，其 引脚功能如下： (1) 电源引脚 Vcc 和 Vss Vcc（40 脚）：电源端，为+5V。 Vss（20 脚）：接地端。 (2) 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2（18 脚）：接外部晶体和微调电 容的一端； 在 8051 片内它是振荡电路 反相放大器的输出端，振荡电路的频率 就是晶体固有频率。若需要采用外部时 钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。 XTAL1（19 脚）：接外部晶体和微调电 容的另一端；在 8051 片内它是振荡电 路反相放大器的输入端。在采用外部时 钟信号时，该引脚必须接地。 精品文档 。 9欢迎下载 动 8 个 LS 型的 TTL 负载。作输入时，应先向口锁存器（80H）写入全 1。 P1 口、P2 口、P3 口均可作为输出/输入口，每位可驱动 4 个 LS 型的 TTL 负载。 P3 口除此之外，每个引脚还具有第二功能。 时钟电路 单片机的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式两种，大多数单片机运 用系统采用内部时钟方式。 最常用的内部时钟方式是采用外接晶体 （陶瓷谐振器的频率稳定性不高）和电容组 成的并联谐振回路。连接方法如图 4-9 所示 8051 单片机允许的谐振晶体可在 1.2MHZ 24MHZ 之间选择，一般取 11.0592MHZ。电 容 C1、C2 可在 20PF100PF 之间选择，一 般当外接晶体时典型取值为 30 PF，外接陶瓷 谐振器时典型取值为 47 PF，取 60 PF70 PF 时震荡器有较高的频率稳定性。 3.3.2 可编程 I/O 口 8255A 8255A 的基本特性 1）8255A 具有二个 8 位、二个 4 位的并行 I/O 端口的芯片； 2）8255A 能以多种形式，在 I/O 端口与 CPU 之间进行数据传送。如：程序直接传 送、应答方式传送和中断方式传送等。 3）有 4 个端口地址：A、B、C 三个数据端口地址和控制口地址。一般情况下该芯 片的 A1、A0 脚接系统总线的 A1、A0，此时，A1A0=11 时选择的是控制口；A1A0=00 时选择的是 A 口；A1A0=01 时选择的是 B 口；A1A0=10 时选择的是 C 口； 4）8255A 的工作方式选择和 C 口按位操作控制字均利用控制口发布命令。传送数 据时用各数据口的地址。 8255A 有三种工作方式： 1）0 方式：基本 I/O 方式。无须连接信号的直接 I/O，三个 8 位口均可作此类 I/O。无专用联络信号，不能采用中断方式与 CPU 交换数据，输出锁存，输入缓冲 （有三态门）而无锁存。 2）1 方式：选通方式。只有 A 口、B 口可作此方式使用，C 口此时作为联络线或 0 方式使用； 3）2 方式：双向 I/O。只有 A 口可以作为此方式使用，C 口在此方式下有 5 条线 C1 C2 XTAL2 XTAL1 Vss 8051 图 3.2 内部时钟方式的时钟电路 精品文档 。 10欢迎下载 作联络线，余下的做 B 口 1 方式的联络线。 8255A 芯片引脚 在与单片机接口的方向，8255A 提供如下信号，引脚如图 3.3 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 VCC 26 GND 7 U34 8255A 图 3.3 8255A 的引脚图 AD7 AD0 三态双向数据线。 读选通信号。RD 写选通信号。WR 片选信号。CE RESET复位信号。复位后 A、B、C 口均置为输入方式。 A1-A0地址线，用来选择 8255A 内部端口。 8255A 与 8051 单片机的连接 根据需要对单片机 8051 芯片扩展了 I/O 口，扩展了两片 8255A 芯片，设计了 8255A 和 8051 的连接图，如图 3.4 精品文档 。 11欢迎下载 图 3.4 8051 和 8255A 的连接图 8051 扩展 8255A，两片 8255A 都工作在 0 方式。将 A 片 PA 口设置为输入口，PB 口设置为输出口，CS 由译码电路的 Y6 控制；将 B 片 PA、PB 口都设置为输出口，PC 口低 4 位设置为输入口，CS 由译码电路的 Y7 控制。 精品文档 。 12欢迎下载 第 4 章 软件设计 4. 保护算法 4.1.1 概述 微机保护及其控制装置根据模数转换提供的输入电气量的采样数据进行分析、 运行和判断以实现各种继电保护及其控制功能的方法称为算法。目前，提出的算法 有很多种，其核心问题归根结底不外乎是从已有的输入电气量的采样值中算出可表 示被保护或控制对象运行特点的物理量。如电压、电流等。有了这些基本的电气量 的计算值，就可以很容易地实现各种不同原理的保护及控制方法 算法是研究微机保护及控制装置的重点之一。分析和评价各种不同的算法优劣 的标准是精度和速度。研究算法的实质是如何在速度和精度两方面进行权衡。另外， 算法本身具有数字滤波功能，即是否能从带有其他频率成分的采样值中比较精确地 将基波分量的幅值和相位估算出来，也是必须考虑的，特别是作为继电保护算法时， 更需要考虑数字滤波功能好的算法。而在故障后的暂态过程中，保护安装中的电流 和电压除了含有基波分量外，还含有高次谐波和衰减非周期分量，保护要从这样的 电流，电压采样值中比较精确的估算出基波分量，必须选用数字滤波功能好的算法。 4.1.2 全波傅立叶算法 假定被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，除基波外还含有不衰减的直流 分量和各次谐波，根据傅立叶级数的概念，可以将其展开成无数次谐波的和。全波 傅立叶算法，不仅能滤掉各种整次谐波和纯直流分量，而且对整次高频分量和按指 数衰减的非周期分量中的低频分量有一定的抑制作用。正因为全波傅立叶算法具有 良好的数字滤波特性，使得它成为应用广泛的继电保护及控制算法。 4.2 保护软件流程 保护的程序的主要包括三大模块：主程序、采样中断服务程序和事故处理程序。 精品文档 。 13欢迎下载 4.2.1 主程序 主程序包括初始化、全面自检、开放和等待中断等功能。当装置上电或按复位 按扭后，进入该程序模块的入口。首先进行必要的初始化（一） ，如堆栈寄存器赋值、 控制口初始化（置 ID、T0、T1 的工作方式） 、查询面板上开关的位置等。当面板上 开关在调试位置则进入监控程序，否则进入运行程序。进入运行程序后，单片机将 开始运行状态所需的各项准备工作即初始化（二） ，包括往 I/O 并行控制口写数，让 所有的开关量处于正常状态；按照面板上的整定值或门槛值切换开关的位置，按套 号将所需要的那一套整定值或门槛值放在预先规定好的 RAM 区。之后单片机依据程 序对装置硬件的各部分进行全面自检。 在确认一切良好后才允许数据采集系统开始工作，将采集指针和软件定时器初 始化，准备好定时对各模拟输入量进行采样和 A/D 转换。这一工作完成后，先将保 护的启动元件动作标志置 1，即 PB6=0，PB7=1，闭锁采样中断服务程序中起动元件 的计算。然后开放采样定时器中断并等待。 开放采样定时器中断后，若中断时刻到，则转入采样中断服务程序，执行完后 返回至主程序的断点处，继续执行主程序。若中断时刻未到，主程序会继续往下执 行而不断的进行专用自检项目。专用自检项目是依据不同的被保护元件或不同的保 护原理自行设置。 该装置软件中含有三个故障处理程序。故障处理程序 II 的功能与故障处理程序 III 的功能类似，只是延时动作时间不同。 并且，由于各段动作后均具有记忆功能。因此，在断路器跳闸后，重新合闸前 应先使单片机系统复位。 精品文档 。 14欢迎下载 4.2.2 采样中断服务程序 包括对模拟量的采样、A/D 转换、采样值存储、起动元件的计算和是否有故障 发生的判断等功能。图 5-2 给出了采样中断服务程序的框图。进入该程序模块后， 首先发出采样/保持命令以保证各模拟量输入通道的同时采样；再对各通道保持信号 依次进行 A/D 转换并将转换结果存储到预先划分好的 RAM 区域；然后进行起动元件 的计算和判断。如果起动元件已经动作，说明这次中断服务程序的执行是由于事故 处理程序被采样定时器中断时间到而打断引起的，则不用再进行起动元件的计算和 判断，当判断出起动元件刚好动作时，则进行以下三项工作：）将起动元件动作 标志置；）向并行控制口写数，驱动起动继电器动作；）修改返回地址为事 故处理程序的入口地址，这样在采样中断服务程序的出口处程序将返回到事故处理 程序，而不是返回到主程序的断点处。 入口 N Y N 采样/保持、A/D 转换及结果存储 PB6=0 PB7=1 ？ 起动元件计算 起动元件动作？ PB6=0，PB7=1，驱动起动继电器 修改返回地址为事故处理程序 入口地址 Y 图 4.2 采样中断服务程序框图 返回 精品文档 。 15欢迎下载 4.2.3 事故处理程序 此程序模块在起动元件动作后才投入，包括保护特性的计算、故障性质的判断 等功能，其框图如图 5-3 所示。进入该模块后，首先检查故障后的采样数据是否够 一个数据窗长。所谓数据窗长是指能估算出电气量中所含某一频率分量的幅值和相 位所需要的采样数据的长度。若数据窗长已经达到了，则开始进行保护动作方程的 计算和判定。如果判定故障发生在区外，则进入整组复归模块，使所有的动作标志 和继电器重新恢复到初式正常运行的状态；如果判定故障发生在区内，则发出跳闸 命令等，即往并行控制口写数，置 PB0、PB2、PB4 为 0，置 PB1、PB3、PB5 为 1，从 而控制跳闸、报警、发出故障信号。在故障切除后，经整组复归后进入主程序，准 备下次故障时再动作。若发出跳闸令 5s 后，故障仍未切除，就收回跳闸命令，以防 止被保护元件又发生故障时保护拒动作。 4.34.3 MATLABMATLAB 建模仿真分析建模仿真分析 根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。 （1）模拟电流段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图 4.3 所示： 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过 一个很小的延时 0.001s，断路器 1 跳闸。电流段成功按时动作。 图 4.3 电流段仿真波形图 （2）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模 精品文档 。 16欢迎下载 拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。 将线路 1 的值设置为 10，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同（1） ，执行仿 真后，仿真结果如下图 4.4 所示: 图 4.4 电流段仿真波形图 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过 预先设置的延时 0.5s，断路器 1 在 0.55s 跳闸。电流段成功按时动作。 （3）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模 拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。 将线路 1 的值设置为 15.5，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同 1） ，执行仿 真后，仿真结果如下图 4.5 所示: 图 4.5 电流段仿真波形图 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过 预先设置的延时 1.0s，断路器 1 在 1.05s 跳闸。电流段成功按时动作。 精品文档 。 17欢迎下载 第 5 章 实验验证及分析 在系统运行方式为最小时，做三段式常规电流保护实验，找出 I 段电流保 护的最小保护范围，具体实验步骤如下： (l)按前述完全星型实验接线，将变压器原方 CT 的二次侧短接。调整 I 段三个电流继电器的整定值为 5.16A，II 段三个电流继电器的整定值为 2.78A 或者I 段整定值为 1.62A。 (2)系统运行方式选择置于“最小” 。 (3)把“区内” 、 “线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。 (4)合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验） 。 (5)合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实 验） 。 (6)合上变压器两侧的模拟断路器 1KM，2KM。 (7)缓慢调节调压器输出，使并入线路中的电压表显示读数从 OV 上升到 IOOV 为止，此时负载灯全亮。 (8)将常规出口连接片 LP2 投入，微机出口连接片退出（断开 LPI） 。 (9)合上短路选择开关 SA、SB、SC 按钮中任意二相，如 AB 相。 (10)模拟线路段不同处做短路实验，先将短路电阻置于位置，合 上故障模拟断路器，检查 I 段保护是否动作，如果没有动作，则断开故障模拟 断路器，再将短路点调至 90%处，合上故障模拟断路器，检查 I 段是否动作， 没有动作再继续本步骤前述方法改变短路电阻大小的位置直至 I 段保护动作， 再慢慢调大一点短路电阻值，直至 I 段保护不动作， (11)分别将系统运行方式置于“最大”和“正常”方式，重复步骤（4） 至(10)的过程，将能够使 I 段保护动作的最大短路电阻值记录。 (12)实验完成以后，将调压器输出调为 OV，断开所有电源。 (13)分别将短路选择开芙设为 AC 或 BC 相，重复步骤(2)至(12)。 (14)根据实验数据，分析出无时限电流速断保护最小