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1、目 录第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 零序电流段整定计算32.1.1 零序电流段动作电流的整定72.1.2 灵敏度校验82.1.3 动作时间的整定102.2 零序电流段整定计算112.3零序电流段整定计算11第3章 硬件电路设计123.1 CPU最小系统图123.2 110KV输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.
2、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284.5.1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
3、合性科学又总是充满青春活力，处于蓬勃发展中。之所以如此，是因为它是一门理论和实践并重的科学技术，又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，同时又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
4、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
5、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，对于已成熟的软件，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，对硬件各部分和存放在EPROM中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。1.2 本文主要内容1.计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1、Z0。2计算B母线、C
6、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。3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。4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、2零序定值，并校验灵敏度。5整定保护1零序段定值，假定母线D零序过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3零序过电流保护的动作时限，校验保护1零序段的灵敏度。6. 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 零序电流段整定计算系统接线图如图2.1所示： 图2.1 系统接线图一、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗、（1
7、）当、均投入运行时： 图2.2、均投入运行时等值正序（负序）网络图图2.3、均投入运行时等值零序网络图B母线： C母线：D母线：（2）当、投入运行时:B母线： C母线：D母线：图2.4、投入运行时等值正序（负序）网络图图2.5、投入运行时等值零序网络图（3）当、投入运行时图2.6、投入运行时等值正序（负序）网络图图2.7、投入运行时等值零序网络图B母线： C母线：D母线：（4）当、投入运行时图2.8、投入运行时等值正序（负序）网络图图2.9、投入运行时等值零序网络图B母线：C母线：D母线：二、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、均投入运行时B母线：C母
8、线：D母线：（2）当、投入运行时B母线：C母线：D母线：（3）当、投入运行时B母线：C母线：D母线：（4）当、投入运行时B母线：C母线： D母线：2.1.1 零序电流段动作电流的整定一、保护1零序电流I段（1）、运行取两相接地短路（2） 、运行取两相接地短路 最大运行方式为：、运行保护1的I段动作电流为：二、保护2零序电流I段（1）、运行取单相接地短路 （2） 、运行取单相接地短路 最大运行方式为：、运行保护2的I段动作电流为：三、保护3零序电流I段（1）、运行取单相接地短路 （2）、运行取单相接地短路 最大运行方式为：、运行保护3的I段动作电流为：2.1.2 灵敏度校验一、保护1的最小保护范
9、围计算设 （），则(1)、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求(2)、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求 根据、，最小运行方式为：、运行 保护1的I段最小可以保护线路AB全长的33.7%二、保护2的最小保护范围计算设 （），则（1）、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求（2）、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求 根据、，最小运行方式为：、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 （），则（1）、运行 若,则取单相接地短路得，满足灵敏度要求此时，与矛盾所以，取两相接地短路得，满足灵敏度要求（2）、运行若,则取单相接地短路得，满足灵敏度要求此时，
10、与矛盾所以，取两相接地短路得，满足灵敏度要求 根据（1）、（2），最小运行方式为：、运行 保护3的I段最小可以保护线路CD全长的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，所以其整定的动作延时为0即，保护1、2、3的动作时间： 2.2 零序电流段整定计算保护1的段与保护2的I段配合，保护1的分支系数 灵敏度校验：最小运行方式为、运行流过保护1的最小零序电流 不满足灵敏度要求所以，保护1的段与保护2的段配合，保护2的分支系数满足灵敏度要求所以，保护1的段动作电流： 保护1的段动作时间与保护2的段动作时间配合：2.3零序电流段整定计算保护1的段与保护
11、2的段配合灵敏度校验：最小运行方式为、运行作为近后备：满足灵敏度要求作为远后备：满足灵敏度要求已知母线D零序过电流保护动作时限为0.5s所以保护1的段零序电流保护的动作时间与保护2的段动作时间配合：第3章 硬件电路设计3.1 CPU最小系统图本设计中的89C51的最小系统包括89C51单片机，6264可编程IO接口，晶振电路，按键复位电路。CPU最小系统图如图3.1 图3.1 CPU最小系统图3.2 110KV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
12、换为所需的数字量。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、并行以及串行接口等。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DCDC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3.3 数据采集系统数据采集系统（模拟量输入
13、系统）主要包括电压形成、模拟滤波、采样保持（SH）、多路转换（MPX）以及模数转换（AD），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级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AD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： 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
