110kV输电线路零序电流保护设计

1、微机继电保护课程设计（论文）题目：110kV输电线路零序电流保护设计（2）院（系）:电气工程学院专业班级:电气111学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2014.12.15-12.26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110kV输电线路零序电流保护设计（2）课程设计（论文）题目系统接线图如图:AZti=10Zgi=16间木）一Zi.ab=25bZ0.ab=40尸/Zi.bc=202Z0.bc=40C3Zi.cd=40dZ0.cd=80Zg2=16ZT2=10>0木）一|HZt3=5VZt4=50V课程设计论文>任务

2、E=115/3kV,隽=1.2,也=普=1.1,系统中各元件及线路的负序阻抗与正序阻抗相同,其他参数见图。计算最大和最小零序电流，应根据当-7d/7nVlzr-4*rnrfri（1）（1-1）lZ1习VZOU寸，人有|0.k0.k；反之,、化-7ATnVTJd*mi若i*（1）2345/i（1.1）吉Z12.J>Z02_M,则有|0.kM0.k。课程设计的内容及技术参数参见下表工作量设计技术参数续表第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：计算综合阻抗和零序电流，零序I段的整定计算。第三天:零序II段、零序III段的整定计算。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：

3、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：仿真验证及分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。随着时代的进步，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高，微机继电保护具备了传统保护所没有的优良特性。本设计首先简要介绍了电力系统微机继电保护的发展、技术构成及其发展方向。其次对硬件、软件的结构做了分析，它的硬件结构核心由P89C51RDDSP218组成，CP田成装置的总启动和人机界面及与外围设备的通信功能,CPlrt设总启动元件，启动后开放出口

4、继电器正电源，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。最后本文对装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能作了具体介绍本文研究的110kV俞电线路微机零序电流保护原理分析与程序设计是由计算机实现的线路保护装置，用三相一次自动重合闸重合方式，采用后加速方式，适用丁110kV的输电线路。关键词：微型机保护;110kV输电线路；零序电流；重合闸第1章绪论11.1零序电流保护的概况11.2本文主要内容2第2章输电线路零序电流保护整定计算32.1零序电流I段整定计算32.1.1零序电流I段动作电流的整定72.1.2灵敏度校验82.1.3动作时间的整定102.2零序电流皿段整定计算112.3零序电流用段整定计

5、算11第3章硬件电路设计123.1 CPlft小系统图123.2 110KV俞电线路零序保护的硬件133.3数据采集系统133.3.1电压形成回路143.3.2采样保持和模拟低通滤波153.3.3多路转换开关和模数转换153.4开关量输入输出系统173.4.1开关量输入输出模块173.4.2开关量输入部分173.4.3开关量输出部分193.5电源模块20第4章软件设计214.1软件结构分析概述214.2程序总框图224.3中断程序模块244.4各程序的子模块介绍254.4.1初始化254.4.2启动元件264.4.3零序方向电流保护264.4.4重合闸及后加速274.5微机保护的算法284.5

6、.1输入为正弦量的算法294.5.2突变量电流算法294.5.3选相方法314.5.4傅里叶级数算法33第5章实验验证及分析365.1仿真结果及分析36第6章课程设计总结38参考文献39第1章绪论1.1零序电流保护的概况与当代新兴科学技术相比，电力系统继电保护是相当古老了，然而电力系统继电保护作为一门综合性科学乂总是充满宵春活力，处丁蓬勃发展中。之所以如此，是因为它是一门理论和实践并重的科学技术，乂与电力系统的发展息息相关。它以电力系统的需要作为发展的源泉，同时乂不断地吸取相关的科学技术中出现的新成就作为发展的手段。继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起

7、着非常重要的作用。它在系统发生故障时切除故障设备，对系统安全运行作出贡献，但若不正常动作（包括拒动和误动），则给系统造成的危害也是巨大的。所以对继电保护装置的可靠性（包括安全性和信赖性两个方面）要求很高。信赖性是指不应拒动，安全性是指不应误动。继电保护装置除了在故障的很短时间内动作外，长期是不动作的，因而被喻为电力系统的无声警卫。因此装置的某些缺陷可能不被察觉，从而成为故障时不正确动作的隐患。微型机保护可以实现自我监视和检测，大大提高了装置的安全性。传统的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，例如超高压线路的保护设备，调试一套保护常常需要一周，甚至更长的时间。究其

8、原因，这类保护装置都是布线逻辑的，保护的每一种功能都由相应的硬件器件和连线来实现。为确定保护装置是否完好，就需要把所具备的各种功能都通过模拟试验来校核一遍。微机保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之，它是用一个只会作几种单调的、简单操作的硬件，配以软件，把许多简单操作组合而完成各种复杂功能的。因而只要用几个简单的操作就可以检验微型机的硬件是否完好。或者说如果微型机硬件有故障，将会立即表现出来。如果硬件完好，对丁已成熟的软件，只要程序和设计时一样，就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。微型机保护装置具有自诊断功能，对硬件

9、各部分和存放在EPROM的程序不断地进行自动检测，一旦发现异常就会发出报警。通常只要给上电源后没有警报，就可确认装置是完好的。所以对微机保护装置可以说几乎不用调试，从而可大大减轻运行维护的工作量。1. 1.2本文主要内容计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1UZ0H计算B母线、C母线、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流。2. 整定保护1、2、3零序电流I段的定值，并计算各自的最小保护范围。3. 当B母线上负荷变压器始终保持两台中性点都接地运行时，整定保护1、2零序II定值，并校验灵敏度。4. 整定保护1零序用段定值，假定母线D零序过电流保护动作时限为0

10、.5s,确定保护1、2、3零序过电流保护的动作时限，校验保护1零序用段的灵敏度。5. 用计算机实现线路保护装置，用三相一次自动重合闸重合方式，采用后加速方式。第2章输电线路零序电流保护整定计算2.1零序电流I段整定计算系统接线图如图2.1所示:Zl.cd=40d图2.1系统接线图Zoci)=8)、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗Z*、Zo£（1）当Gi、Ti、G2、T2、T3、T4均投入运行时：Z1ABBZ1BCCZ1CDDA图2.2G1、T1、G2、T2、T3、T4均投入运行时等值正序（负序）网络图图2.3G1、T1、G2、T2、T3、T4均投入运行时等值零序网络图B母线：Z

11、i'B=ZgiZti/Zg2-Zt2Ziab=(i6i0)/(i6i0)20=33"Zo'b=ZTi/ZT2Zo.AB/Z0T3/Z0T4=(i0/i0，40)/(60/60)=i8，.)C母线：Zc"ZBZiBC=33"20'-53"Zo"=Zo、b-Zobc=i8"40；.=58"D母线：乙、"ZcZiCD=53"4-93'.1Zow=Z°cZocd=58"80"-i38'1ABcZGiZTiZiABZbcZcDJIZG2ZT2rr

12、v%r_i图2.4Gi、Ti、G2、T2、T3投入运行时等值正序(负序)网络图B母线：Zi"=ZgiZti5Zt2Zab=(i6i0)/(i6i0)20=33"Zo'b=Zti/Zt2-Zoab/Zt3=(i0i040)/60r25.7i"c母线：乙七"Zb-ZiBc=33“207=53"Zo、c=Zo、bZobc=25.7i".40"=65.7UD母线：ZiF=Ziy,Zicd=53",40U-93'.1Zo、d=Z°、cZocd=65.7i"80"=i45.7i&q

13、uot;(2)当Gi、Ti、G2、T2、T3投入运行时:D图2.5Gi、Ti、G2、T2、T3投入运行时等值零序网络图(3)当Gi、Ti、T3、T4投入运行时ZG1ZT1AZABBZBCCZCDD图2.6G1、T1、T3、T4投入运行时等值正序（负序）网络图图2.7G1、Ti、T3、T4投入运行时等值零序网络图B母线：乙=ZG1+ZT1+Z1AB=16Q+10Q+20Q=460Zo、B=Zt1-Zoab/ZoT3/Zot4=(10'40)/(60/60)=18.75"C母线：乙及=Z0B+Z1BC=46Q+20Q=66QZ°y=Z°'b-Zobc=

14、18.75"40"=58.75"D母线：乙云=Z宓+Z1CD=66Q+40Q=106QZ0、D=Z0七Z0CD=58.75"80"=138.75"（4）当G1、T3投入运行时ZG1ZT1Z1ABZ1BCZ1CD图2.8G1、T1、T3投入运行时等值正序（负序）网络图图2.9G1、T1、T3投入运行时等值零序网络图B母线:Ze=Zg1Zt1Z1ab=16"10"20/-46'.1Z0'b=Zt1Z°ab/Zt3=(1040)/60=27.27"C母线:Zc"ZzbZ1BC

15、=46"20；：|-66'.1Zc=Z°、bZ°bc=27.27"40"=67.27"D母线:Zif=ZicZicd=66"40"-106"Z°f=Zc-Z0cd=67.27"80，-147.27"、计算B、C、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流(1)当G1、T1、G2、T2、T3、T4均投入运行时B母线:(1.1)10KBEsZm-2Zb=0.962KA"KbEs=0.790KA2Zzb.Z°bC母线:(1.1)10KCEs

16、Zcc2Zc=0.393KAI0kcEs=0.405KA2Znc.Z。"D母线:(1.1)10KDEs=0.180KAZcd2Zdi0KdEs2Zm-Zd=0.205KA(2)当G1、G2、T2、T3投入运行时B母线:(1.1)10KBEsZm-2Zb=0.786KAI0KBEs=0.724KA2乙任-ZbC母线:(i.1)10KCEs=0.360KAD母线:I(1.1)I0KDZ32ZcI01KcEs=0.387KA2Z3.Z°”Es-0.173KAZm'2Zdi0KdEs-0.200KA2Z3'Zd(3)当G1、T1、T3、T4投入运行时B母线:(1.1

17、)10KBEsZb-2Zb=0.795KA"KbEs=0.599KA2Zm.Z°、bC母线:(1.1)10KCEsZ32Zc=0.362KAI0KCEs=0.348KA2Z3.Z°cD母线:(1.1)10KDEsZd2Zd-0.173KAi0KdEs=0.189KA2Zi、d.Z°'d(4)当G1、T3投入运行时B母线：I柄=0.660KAZb-2Zb101KB=§=0.557KA2Zzb.Z°tbC母线：101KC=0.331KAZe2ZcI°kc=0.333KA2Znc-ZcD母线：I膘=0.166KAZe2Z0

18、、dIokd=0.185KA2ZCd-Zd2.1.1零序电流I段动作电流的整定、保护1零序电流I段(1) G1、Ti、G2、T2、T3、T4运行( 10KBA10KB取冽孑日孩地想暗10B-10KB(2) G1、T1、G2、T2、T3运行(1.1)(1.1) I0KBAI0KB取物相按地丸l路I0B=I0KBZt1Zt4Zt2Z0ABZt3ZT3=0.385kA,Zt3Zt4=0.449kAZT1Zt2'Z0AB'ZT3最大运行方式为：G1、T1、G2、T2、T3运行保护1的I段动作电流为：Ijop1=K3I0B=1.2k3k0.449=1.6164KA、保护2零序电流I段(1

19、) G1、G2、T2、T3、T4运行(1.1)(1)I-I_0405kA-I0KC土I0KC弦甲个日侦刑Xiz此0C0KC0.405kA(2) G1、T1、G2、T2、T3运行(1.1)(1)(1)-I0KCI0KC取卑不目接地短路0C0KC一。387kA最大运行方式为：G1、T1、G2、T2、T3、T4运行保护2的I段动作电流为：I。%?=KSI。=1.2乂3乂0.405=1.458KA、保护3零序电流I段(DG1、G2、T2、T3、T4运行I(1.1)(1)0KD-I0KD取单相接地短路I0D=I(1)I0KD=0.205kA(2)G1、G2、T2、T3运行I(1.1)(1)0KD-I0K

20、D取单相接地短路I0D=I(1)I0KD-0.200kA最大运行方式为：Gi、Ti、G2、T2、T3、T4运行保护3的I段动作电流为:|0%3=匕3I°d=L2k3k0.205=0.738KA2.1.2灵敏度校验、保护1的最小保护范围计算设ki王Zab(0<ki<1),则ZiAKi=20ki,Z0AK1=40ki,Z0K1B=4040ki,Gi、Ti、T3、T4运行Zc-'k-ZgiZtiZiak1-3020kiZK=(ZT*'Z0AK1)(Z。*ZT3|ZT4)=(i+4ki)(7。-40ki)/8-71(1.1),Z12KAZ0£匕二10KB

21、A10KB取单不目按地知路i0KbEs2ZifZ0Ki115/32(3020ki)(14ki)(70-40ki)/8I|Z0K1BZT3ZT4_7-4ki115/30ki一0KBZtiZ°abZt3|Zt4-8-20ki70ki68.7531°心Kpi=1.5084KA得,ki=33.7%>15%满足灵敏度要求Gi、Ti、T3运行Zi'y=ZG1'Zti'Z1AK1=30'20kiZ0M1=(ZtiZ0aki)(Z0KiBZt3)=(14ki)(100-40ki)/11:Zw>Z寸-I(1/|)>|(1)取单相校址短路Z1Z

22、Ki"Z02K"''10KB"10KB中Wl口1女人凹血此,(i)Es115/、3IIZP=2Zk1Zk12(3020ki)(14ki)(100-40ki)/11Z0k1bZt310-4临I0KiI0KBZ：；-Z:u'Z11ZT1Z0ABZT311310Ki=l0.opi=1.5084KA115/.32(3020k1)(14k1)(1040k1)/11得,ki=40.37%>15%满足灵敏度要求根据、，最小运行方式为：Gi、Ti、T3、T4运行保护1的I段最小可以保护线路AB全长的33.7%、保护2的最小保护范围计算设k2ZBK2Z

23、bc(。<k2<1),则Z1BK2=20k2，Z0BK2=40k2(1)Gi、Ti、T3、T4运行Zi*2=ZgiZtiNab-ZiBK2=5020k2Z°M=(ZtiZoab)(Zt3Zt4)Zobk2=18.7540k2.I(1.1)Z1£k2AZ0丞2二10KCA10KC取单相按地角路:Es115/.3IoK,=I0KC=22Z1、k2Zo、k22(5020k2)18.7540k23"=1。砰2=1.422KA得，k2=26.66%a15%满足灵敏度要求(2)G1、T1、T3运行Z<-k2-Zg1Zt1Z1AK2-5020k2Zo'

24、k2=(Zt1'Zoab)ZT3'Zobk2=27.2740k2-71(1.1)(1),乙2AZ0必210KCA10KC取单相按地角路Iok2:Es115/.3=I0KC=2Zk2Zo、k22(502OK2)27.274OK2:3顷2=1。£=1.422KA得，k=16%>15%满足灵敏度要求根据、，最小运行方式为：G1、T1、T3运行保护2的I段最小可以保护线路BC全长的16%三、保护3的最小保护范围计算设k3ZCK3ZCD(0<k3<1),则Z1CK3=40k3,Z°cK3=80k3Z1CK3=7040k3(1)G1、T1、T3、T4运

25、行Z1、K3=Zg1Zt1Z1ABZ1BCZt4)-ZobcZ0CK3=58.7580k3Zo'k3=(Zt1'Zoab)(Zt3若Z1永AZ。虱，则I0kDI0Kd取单相接地短路.(1)Es115/3IoKqTOKD一一2ZZk3Zo、k32(7040k3)58.7580k3:3顷3=Io%3=°.7272KA得，k46.9715%满足灵敏度要求此时,Z迓3=88.788Q,Zo£K3=96.326Q，与Z也岛乙为,矛盾所以，Zi§k3<Z°§k3，I0kD<10Kd,取两相接地短路.°_°&#

26、39;I(1.1)Es0K3="KD=Z1、K3-2Z0K3115/、37040k32(58.7580k3)3l0j=I°.op3=0.7272KA得,k3=43.20%>15%满足灵敏度要求(2)G1、T1、T3运行Zi、k3=ZgiZtiZ1ABZibc'ZicK3=7040k3Z0、k3=(ZT1'Zoab)Zt3'Z0BCZ0CK3-67.2780k3若Z*>Z0兄，则I")aIMd取单相接地短路33,0KD0KDI0K3=I0KdEs2*3.Z0"115/.32(7040k3)67.2780k33Iok3T。

27、=0.7272KA得，k3=41.65%>15%满足灵敏度要求此时，Z1丞3=86.66Q,Z0£k3=100.590，与ZkZk3矛盾一一.(AAX.所以，ZK3：ZK3,0kD<0Kd,取两相接地短路.(1.1)Es115/3I0心一I0KD一一Zk3-2Z°、k37040k32(67.2780k3)；3顷3二火=0.7272KA得，k3=34.68%>15%满足灵敏度要求根据(1)、(2)，最小运行方式为：G1、T1、T3运行保护3的I段最小可以保护线路Cg长的34.68%2.1.3动作时间的整定因为零序电流I段是无时限零序电流保护，不必加延时元件,

28、所以其整定的动作延时为0即，保护1、2、3的动作时间：t；p1=t；p2=t：P3=0s2.2零序电流II段整定计算保护1的皿段与保护2的I段配合I11_K110.op1rel,I75I0BCJg/gn1,保护1的刀支系数51=与=25I0AB30I0'op1=1.仆1.422/2.5=0.626KA灵敏度校验：最小运行方式为G1、T1、T3、T4运行流过保护1的最小零序电流I°min=I0KbTZt4|=0.2096KAZti,Zoab,Zt3Zt4KII3Iomin30.2096sen1=n=1.005<1.3小¥两足火敏皮爰水10Iop10.626所以，

29、保护1的皿段与保护2的II段配合I0'op1Ml0.op2/kbmin1，保2的分支系数kbmin2=1I0'op2I0.op3/kbmin2=1.10.7272/1=0.80KAI0'op1=1.1乂0.80/2.5=0.352KASI3Iomin30.2096洗中习繇帝由*Ksen1=n=1.79A1.3¥两足灵敏度要求10'op10.352所以，保护1的皿段动作电流：I0.op1=0.352KA保护1的皿段动作时间与保护2的II段动作时间配合：t",=t"“、tF2t=00505=10sl°p1op2op3.s2.3

30、零序电流m段整定计算I川=KIII:0.op1rel保护1的用段与保护2的II段配合I0op2/kbmin1=1.10.80/2.5=0.352KA灵敏度校验：最小运行方式为G1、T1、T3、T4运行f作为近后备：忠1=3=3一限096=1.79>1.3满足灵敏度要求10op10.352作为远后备：Ks；n1=3=3、0.320=2.73A1.2满足灵敏度要求I10op10.352已知母线D零序过电流保护动作时限为0.5s所以保护1的用段零序电流保护的动作时间与保护2的皿段动作时间配合:t111=t七t=t"。tt=050505=15sop1op2op3.第3章硬件电路设计3.

31、1CPU最小系统图NetLabel49NetLabeH本设计中的89C51的最小系统包括89C51单片机，6264可编程I/O接口，晶振电路，按键复位电路。CPUft小系统图如图3.1VCCS10uF0KC5R4RDWRP2.7P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7RSTP0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0172216"272820252242323""T12224212533233343536373839C1300PFC2300PF2MHz1819XTAL2XTAL18743D7Q7D6Q6D5Q5.D4Q4.D3Q3iD2Q2D1

32、Q1.D0Q0OEG18VT14一1331641551269721686592210619111817161514T121120IALEGNDEAVCC3031OEWECE1vccA12iA11CE2,A10A9GNDA8A7,A6A5A4.A3iA2A1A0I/O71I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0282614图3.1CPU最小系统图NetLabel48NetLab3.2110KV输电线路零序保护的硬件保护的硬件构成由四部分组成：数据采集系统（或称模拟量输入系统）：数据采集系统包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模拟转换，其功能为完成将模拟输入量准确转换为所

33、需的数字量。主系统：处理器（CPU、只读存储器（ROM或闪存内存单元（FLASH、随机存取储存器（RAM、定时器、并行以及申行接口等。其功能为执行编制好的程序，以完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能。开关量（数字量）输入/输出系统，并行接口（PIA或PIO）、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，其功能为完成各种保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话及通信等功能。电源模块：其功能为保护装置提供工作电压。一般常采用开关稳压电源或DC/DC电源模块。其提供数字系统5、24、+15、-15V电源。其构成图3.2所示：图3.2硬件机构图模拟量输入3.3数据采集系统数据采集系统（模拟量输入系统）

34、主要包括电压形成、模拟滤波、采样保持（S/H）、多路转换（MPX以及模数转换（A/D）,其功能为完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量，如图3.3所示:图3.3数据采集系统3.3.1电压形成回路本文研究的110KV输电线路零序电流保护装置将由二次电流互感器转换来的电流信号通过如图3.4所示的电路转换为mA级的电流信号；将由二次电压互感器转换来的电压信号（100V通过如图3.5所示的电路也转换为可供模数转换部分时用的电压，这样做的优点是可以使得元件小型化。再讲mA的电流信号经过如图3.3所示的电路，进行放大处理转换为电压信号，作为A/D转换的输入信号。图3.4电压输入信号变换电压的计算公式：U

35、2=RLH|2=RlH上Lirn:1图3.5电压信号输入3.3.2采样保持和模拟低通滤波采样保持电路，乂称S/H电路，其作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。利用采样保持电路后，可以方便地进行多个模拟量实现同时采样。采样频率是指采样周期的倒数，对保护系统而言，在故障刚发生时，电压、电流信号中可能含有较高的频率分量（如2KHz以上），为防止混淆，频率将不得不用的很高，进而对硬件速度提出过高的要求。实际上，目前大多数的保护反应的是工频量，在这种情况下，可以采用一个前置的低通滤波器将高频分量滤掉，这样就可以降低频率，从而降低对硬件

36、提出的要求，对频率高丁二分之一的可以用简单的低通滤波器（如图3.6所示）来滤除高频分量，而对丁小丁二分之一频率的分量可以用数字滤波器来滤除。A4oTctco图3.6低通滤波器3.3.3多路转换开关和模数转换对反应俩个电气量以上的继电保护装置，都要求对各个模拟量同时采样，以准确地获得各个量之间的相位关系，因而要对每个模拟输入量设置一套电压形成、抗混淆低通滤波器采样保持电路。所有采样保持器的逻辑输入端并联后，由定时器同时供给采样脉冲，但由丁模数转换器价格相对较贵，通常不是每个模拟量输入通道设一个A/D转换成数字量输入给装置。而是公用一个，中间是通过转换开关MPXU换，轮流由公用的A/D转换成数字量

37、后输入给装置。电压形成LPFS/H多路转换开关A/DCPU模拟量n*电压形成一LPFS/H采样脉冲图3.7多路转换开关模数转换是微机保护的重要元器件，要理解它的工作原理需先了解数模转换器的原理。数字量是用代码按数位的组合起来表示的，每一位代码都有一定的权，即代表一个具体数值。因此，为了将数字量转换成模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，即可得到与被转换数字量相当的模拟量，完成了数模转换。如图3.8为一个4位数模转换器的原理图，更多位数的情况与此类似。图3.84位数模转换器原理输出电压为：IlLRU0RD可见，输出模拟电压正比丁控制输入的数字量Do对一般的A/D转换器来说，如果输入电压超过所允许的

38、最大值，就会出现平顶波,这种现象叫溢出，出现小部分平顶波溢出的危害并不是特别严重，因为在装置得到采样值后，还可以经过数字滤波器来对平顶波进行修正，基波相位可以做到基本不受影响，对电流保护和阻抗保护的影响较小。但是，应当指出：不应出现输入量超出允许值时出现零值的现象，这种现象对保护的危害是致命的。如果电流信号出现这种溢出情况，则出口短路可能会被计算成区外短路，导致拒动。避免这种溢出现象的常用方法有：1,采用类似丁逐次逼近方式的A/D转换器；2,在A/D转换器之前采用预先措施；3,调整模拟量回路的增益。3.4开关量输入输出系统3.4.1开关虽输入输出模块开关量输入输出模块包括开关量输入回路和开关量

39、输出回路，是微型机保护装置的重要组成部分，是连接外部强电和内部弱电的主要通道，其核心是状态信号的隔离输入回路和动作信号的隔离输出回路，主要完成外部开关量引入装置进行处理和将装置内发出的开关信号引出到继电器插件，从而驱动相应的继电器跳闸或告警，达到保护的功能。下面分别介绍开关量输入回路和输出回路的设计。3.4.2开关虽输入部分在微机线路保护装置中，通常需要采集断路器状态、隔离开关状态和外部分、合闸等状态信息，这些状态量的采集都是以光电隔离方式输入的，采用光电隔离的主要优点是：输入信号与输出信号在电气上完全隔离，抗干扰能力很强；无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高；响应速度快，易与逻辑电平配合使用。需

40、要采集的输入开关量共8路，分为两组，一组为4路220W关量输入，另一组为4路245关量输入。图3.9所示开关量通过光电隔离输入电路图。其工作原理是：当外部接点接通时，光电隔离的二极管导通，光电隔离的三极管也导通，其集电极输出低电位；当外部接点断开时，光电隔离的二极管不导通，丁是三极管截止，集电极输出高电位，软件读并行口该位的状态，即可知道外部接点的状态。图中二极管起保护作用，用丁防止开关量输入回路电源极性接反时将光电耦合器中的发光二极管反向击容，另一方面二极管还能够加速继电器的返回。电容为抗干扰电容。这样，开关量经过光电耦合器后直接与保护DS舶应的通用I/。口相连，光敏三极管的导通和截止完全反

41、映外部接点的状态，带有电磁干扰的外部输入回路与微型机电路之间没有直接电的联系，各种干扰信号不能进入微型机电路部分，从而达到抗干扰的目的。0Xra02图3.9开关量经光耦输入电路图3.10是开关量输入电路的部分电路图（只画出220V勺一路输入）。在整体电路中，上面4路为2205关量输入电路，并配有两路2205关量监视电路；下面4路为24V开关量输入电路，配有两路245关量监视电路。监视电路能够实现8路开关量输入信号的开启与停止，从而达到省电目的；同时，配备有自检回路，通过4路开关量监视回路，可以实现8路开关量输入通道的自检功能图3.10开关量输入回路（以220V的一路输入量为例）图3.10的原理

42、为：6JA21为220"关量控制1端口。当该端口输入为“1"时，光电隔离器PTl中发光二极管发光，三极管导通，表现为低电平，可正确对220VF关量输入信号进行采集；当6JA21控制端口输入为“。时，光电隔离器PT"发光二极管不导通，同时三极管截止，表现为高阻状态，此时无法采集相应的开关量。这样，就可以将装置的电源停掉，实现省电功能。自检测功能：2205关量控制2端口6JB21输入为“1”时，光电隔离器PT源的发光二极管导通发光，三极管导通，220ME电源经导通的三极管，二极管DG®入开关量采集电路中，通过查询开关量输入口6JB18的状态，用以判断开关量采

43、集电路是否工作正常。3.4.3开关虽输出部分相对丁开关量输入，开关量输出回路具有更加重要的地位。因为在微型机保护装置中，所有的保护功能最终是通过开关量输出部分来控制继电器动作，驱动断路器跳闸或发出告警信号。如下图为一简单的输出接线图。图3.11装置开关量输出回路接线图但是，由丁开关量输出信号的正确与否关系到整个继电保护装置的可靠性，因此,开关量输出回路必须加上监视回路来监视开关量的状态。开关量输出部分主要包括跳闸出口、重合闸出口以及各种信号出口等。开关量输出部分是对断路器实现控制的出口通道，DPS2812MI/CH输出的是3.3V勺低电压微电流信号，不足以直接驱动断路器实现各种操作。因此，开关

44、量输出回路需要将CPUS出的小信号放大为大功率信号，从而驱动断路器。另外，为了防止断路器操作过程中产生的瞬时脉冲对微型机保护装置的反馈干扰，还必须对出口通道进行隔离。通过采用光电耦合器与继电器相结合的方法来实现出口信号的隔离与放大。为了提高开关量输出回路的可靠性，在数字输出和继电器之间选用了光电耦合器，提高了抗干扰能力。另外，任何一路的输出均由两个信号通过与非门产生的控制信号所控制，这样就可以有效地抑制干扰产生的误动，可也以在装置出现故障的时候有效地实现闭锁。输出量光耦电路如图3.12所示。图3.12输出量光耦电路（只画出一路）输出量光耦电路原理为：6JB24为输出总控制端口，只用当该端口输入

45、为“0”，与非门，U1A输出“1”时，整个开关量输出电路才能正常工作，否则，当该端口输入为“1”时，各开关量输出端口经与非门后均为“1”，光电耦合器不导通，回路被闭锁。在6JB24为“O'的前提下，当跳闸输出端口6JB14输出为“1”时，经与非门输出为“0”，光电耦合器中发光二极管导通，三极管导通，24如源经二极管D1至3d26,3d2哪口，驱动相应的继电器；同时24如源经二极管D8至光电耦合器PT8,二级管导通，三级管导通，输出电路监视端口6JA25M电路进行监视。3.5电源模块保护系统对电源要求较高，通常这种电源是逆变电源，即将直流电逆变为交流电，再把交流电整流为微型机系统所需的直

46、流电压。将变电所强电系统的直流电源与微型机的弱电系统电源完全隔离开，通过逆变后的直流电源具有极强的抗干扰能力，对来自变电所中因断路器跳合闸等原因产生的强干扰可以完全消除掉。本设计采用的逆变稳压电源的输入电压为直流220V,其输出有5V,供微型机系统使用，土12Vft数据采集系统使用，24俶继电器回路使用。电源模理图如图3.13所示。+Z20V+24V24VE220V+12V-12V12VE+5V5VE7T关电源¥idbziz1C1BZT61dbz18IdbzS1dbzeidbzz图3.13电源模块原理图第4章软件设计4.1软件结构分析概述110KV输电线路零序电流保护装置是由P89C

47、51R西片机实现的两CPUB各保护装置。装置包括三段零序电流保护及三相一次自动重合闸。装置采用了多单片机并行工作的方式，配置了两个cpuK件，分别完成零序保护及重合闸，另外配置了一块接口板，完成对各保护CPLK件的巡检、人机对话和与系统微型机连机等功能。零序电流保护包括零序I段-III段和不灵敏I段，零序三段均可由控制字整定是否经零序功率方向闭锁。可由控制字控制是否加速II、III段。振荡闭锁采用启动元件动作后短时开放的原理，即启动元件动作后的0.15秒内开放保护，若在该时间内I、II段均不动作，则将保护闭锁。零序保护不经振荡闭锁，只受启动元件的控制。三相一次自动重合闸由保护启动或由开关位置不

48、对应启动。4.2程序总框图如图4.1所示软件整体流程图。本设计中，采用模块化的设计思想，软件模块主要由主程序模块、中断服务程序模块和故障处理程序模块组成。主程序模块主程序模块包括初始化、全面自检、开放中断与等待中断、数据传输通信等环节。 初始化DSP初始化是指保护装置在上电或按下复位键时首先执行的程序，它主要是对芯片的工作方式及参数进行设置，以便在后面的程序中按预定的方案工作。首先F2812对自身的工作环境进行设置，初始化各种寄存器，按照电路设计的输入输出要求，设置每一个端口用作输入还是输出，初始化保护输出的开关量，以保证出口继电器均不动作；初始化DS吹样定时器，控制采样间隔时间等。 全面自检

49、对装置的软硬件进行一次全面的自检,包括RAMFLASH或ROM各开关量输出通道、程序和定值等，以保证装置在投入使用时处丁完好的状态。(1) RAM的读写检查对RA观一单元写入1个数，再从中读出，并比较两者是否相等。如发现写入与读出的数不一致，说明随机存储器RAMW问题，则转至告警模块。并将告警信息显示在液晶显小屏上。开出自检开出自检主要是检测开出通道是否正常，它是通过硬件开出反馈来检查的依次开出每一路开出量，并从反馈回路检查开出量是否正确。由丁受启动继电器的闭锁，所以在开出每一路开出量时，保护并不会误动。(3)整定值检查每套定值在存入EEPROM,都自动固化若干个校验码。若发现只读存储器EEP

50、ROM定值求和码与事先存入的定值和不一致，说明EEPROM故障，转至告警模块，并将告警信息显示在显示器上。 参数刷新在经过全面自检后，应将所有的数据、标志字活零，因为每一个标志代表了一个“软件继电器”和逻辑状态，如果不活零，这些标志将控制程序流程的走向，以致无法达到预期的目的。 开放中断与等待中断经过初始化和全面自检后，表明装置的准备工作已经全部就绪，此时，开放中断，将数据采集系统投入工作。可编程的定时器将按照初始化程序规定的采样间隔TM断发出采样脉冲，控制各模拟量通道的采样和A/D转换，并在每次采样完成后向微型机请求中断，来实时监视和获取电力系统的采样信号。对保护计数器的值进行判断，该计数器

51、用丁保护起动元件动作后的6s延时计算。保护计数器不为零，说明在6s延时时间内，则进入等待中断流程；当保护计数器归零时，说明起动元件延时时间到，进入整组复归环节。 数据传输通信数据传输通信主要为申口收发数据。申口通信主要完成保护处理CPUTMS320F2812管理CPULPC222处理器之间的数据通信，包括DSffiJARI®数据上传显示，ARMJDSP勺数据下传整定，以及相关通信控制标志位的置位与活零等，从而实现保护动作定值的查询、修改和保存，以及动作信息报告和各种实时参数的显示等。4.3中断程序模块在保护装置开中断后，每隔一个Ts,定时器就会发出一个采样脉冲，随即产生中断请求。保护

52、装置先暂停一下系统程序的流程，转而执行一次中断服务程序，以保证对输入模拟量的实时采集，同时，实时地运行一次继电保护的相关功能。中断服务程序主要包括定时采样，电流求和自检，TV断线检查，以及启元件等功能。 控制数据采集系统，将8个模拟量输入通道的模拟量输入信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM：的相应的地址单元中。采用全波傅氏算法等微型机保护算法对各数字量采样值进行计算。 将计算得到的各电力系统参数代入启动元件动作判据中，判断启动元件是否动作。若电力系统正常运行，保护启动元件不启动。系统进入自检程序。首先对每个采样点都检查三相电流之和是否与变压器中性点侧TA引入的零序电流3Io相等，如果不相等

53、，则判定为采样回路出错，进行上传数据请求置位，将相应的报警信息上传给ARM然后，系统进入TM线检查模块，依据相应的判据对TV®行断线检查。TVf线判据如下：1 负序电压大丁8V,负序电流小丁0.1A;2 正序电压小丁30V,相电流差突变量小丁0.1A。系统确定T次断线时，发出“TM线”信号，待电压恢复正常后信号复归。在TV断线期间，相应的TVW线标志位置“1”，并通过程序安排闭锁自动重合闸。这时保护将根据整定的控制字决定是否退出与电压有关的保护。 经过上述TM线以及采样通道自检后，若互感器及数据采集系统均无异常，再次判断启动继电器是否动作。如果此时电力系统正常，则中断服务程序执行完毕

54、后就回到主程序中被中断的地址处，继续循环自检。若启动继电器动作，则设置保护计数器的初始值，并通过保护计数器每次循环自减“l”来实现启动元件动作后自保持6s的时间。同时，系统修改中断返回地址和中断返回参数，使系统流程跳转至故障处理程序入口出。在进入中断服务程序后，若启动元件动作，则装置闭锁掉采样通道检查，TV断线检测环节，直接跳转至修改中断返回地址和修改中断返回参数环节，从而进入故障处理程序中。这样可以使CPU!中时间处理故障处理程序，以便加快保护动作。在执行故障处理程序时，定时器仍将每隔一个T欧出中断请求，以保证采样不中断。4.4各程序的子模块介绍4.4.1初始化在初始化模块中执行的程序内容见

55、图4.2.首先是对所有的可编程序的并行接口的初始化，规定每一个端口用作输入还是输出，用丁输出的则要赋值等。这一步必须首先执行，否则无法通过并行口读取各开关量输入的状态。第二步是读取所有开关量输入的状态，并将其保存在RAIMC规定的地址内，以备以后在自检循环时不断监视开关量输入是否有变化。接着是对装置的硬件进行一次全面的自检，包括RAMEPROM各开关量输出通道等。这一次全面自检不包括对数据采集系统的自检，因为它尚未工作。对数据采集系统的检测安排在中断服务程序中。在经过全面自检后应将所有标志字活零，接着进行数据采集系统的初始化，包括对定时器以及采样数据寄存区地址指针的初始化等。完成数据采集系统的

56、初始化后，即可开放中断，程序转入振荡闭锁模块。图4.2初始化流程图4.4.2启动元件启动元件的主体由反应相问工频变化量的过流继电器实现，同时乂配以反应全电流的零序过流继电器和负序过流继电器互相补充；低周起动元件可经控制字选择投退。反应工频变化量的起动元件采用浮动门坎，正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎，浮动门坎始终略高丁不平衡输出，在正常运行时由丁不平衡分量很小，而装置有很高的灵敏度。当外接和自产零序电流均大丁整定值，且无交流电流断线时，零序起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。4.4.3零序方向电流保护零序电流方向保护是反应线路发生接地故障时零序电流分量

57、大小和方向的多段式电流方向保护装置，在我国大短路电流接地系统不同电压等级电力网的线路上，根据部颁规程规定，都装设了这种接地保护装置作为基本保护。电力系统事故统计材料表明，大电流接地系统电力网中线路接地故障占线路全部故障的80%90%,零序电流方向接地保护的正确动作率约97%,是高压线路保护中正确动作率最高的一种。零序电流方向保护具有原理简单、动作可靠、设备投资小、运行维护方便、正确动作率高等一系列优点。当保护方向上有中性点接地变压器时，无论被保护线路对侧有无电源，保护反方向发生接地故障，就有零序电流通过本保护，因此，当零序电流I段不能躲过反向接地流过本保护的最大零序电流，或零序过电流保护时限不配合时，应配置零序方向元件以保证保的选择性。零序方向元件十分灵敏，3U电压应躲过不平衡电压的影响，否则不能保证判别接地故障方向的正确性。为此，零序方向元件只有在3U值达一定值时才投入工作，