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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：110kV110kV 输电线路零序电流保护设计（输电线路零序电流保护设计（2 2） 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气111111 学学 号：号： 110303011110303011 学生姓名：学生姓名： 左钰左钰 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 2014.12.15-12.262014.12.15-12.26 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
2、 110303011 学生姓名左钰专业班级电气 111 课程设 计（论 文）题 目 110kV 输电线路零序电流保护设计（2） 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 ,3/115kVE ,2 . 1 I rel K rel K1 . 1 rel K 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 Z1Z0时，则有；反之， )1 . 1( . 0 )1( . 0 kk II 当 Z1Z0时，则有。 )1 . 1( . 0 )1( . 0 kk II 一、整定计算 1.计算 B 母线、C 母线、
3、D 母线处正序 （负序）及零序综合阻抗 Z1、Z0。 2.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。 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。 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
4、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、仿真验证 给出仿真电路及仿真结果，分析仿真 结果同理论计算结果的异同及原因。 续表 ZT4=50 ZT3=50 ZT2=10 ZG2=16 ZT1=10 32 1 ZG1=16 Z1.CD=40 Z0.CD=80 Z1.BC=20 Z0.BC=40 Z0.AB=40 A Z1.AB=25 D C B 进度计划 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
5、、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：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。 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 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘 要 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
6、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P89C51RD和DSP2181组成， CPU完成装置的总启动和人机界面及与外围设备的通信功能,CPU内设总启动元件，启 动后开放出口继电器正电源,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输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，适用于 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 目 录 第 1 章 绪论.1
7、1.1 零序电流保护的概况 .1 1.2 本文主要内容 .2 第 2 章 输电线路零序电流保护整定计算.3 2.1 零序电流 段整定计算.3 2.1.1 零序电流 段动作电流的整定.7 2.1.2 灵敏度校验.8 2.1.3 动作时间的整定.10 2.2 零序电流段整定计算.11 2.3 零序电流段整定计算 .11 第 3 章 硬件电路设计.12 3.1 CPU 最小系统图 .12 3.2 110KV 输电线路零序保护的硬件 .13 3.3 数据采集系统.13 3.3.1 电压形成回路 .14 3.3.2 采样保持和模拟低通滤波.15 3.3.3 多路转换开关和模数转换.15 3.4 开关量输
8、入输出系统 .17 3.4.1 开关量输入输出模块 .17 3.4.2 开关量输入部分 .17 3.4.3 开关量输出部分 .19 3.5 电源模块 .20 第 4 章 软件设计.21 4.1 软件结构分析概述 .21 4.2 程序总框图 .22 4.3 中断程序模块 .24 4.4 各程序的子模块介绍 .25 4.4.1 初始化 .25 4.4.2 启动元件 .26 4.4.3 零序方向电流保护 .26 4.4.4 重合闸及后加速 .27 4.5 微机保护的算法 .28 4.5.1 输入为正弦量的算法 .29 4.5.2 突变量电流算法 .29 4.5.3 选相方法 .31 4.5.4 傅里
9、叶级数算法 .33 第 5 章 实验验证及分析.36 5.1 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
10、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。
11、 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
12、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 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，
13、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 Z 0 Z （1）当、均投入运行时：1G1T2G2T3T4T G11A B1BC1CDT1 G2T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图 2.2 、均投入运行时等值正
14、序（负序）网络图1G1T2G2T3T4T T4 0A B0BC0CDT1 T3 T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图 2.3、均投入运行时等值零序网络图1G1T2G2T3T4T B 母线： ABTGTGB ZZZZZZ 122111 / 3320)1016/()1016( 4030 . 0 210 / TTABTTB ZZZZZZ 18)60/60/()4010/10( C 母线： 532033 111BCBC ZZZ 584018 000BCBC ZZZ D 母线： 934053 111CDCD ZZZ 1388058 000CDCD ZZZ （2）当、投入运行时:1G1T2G2T3T
15、B 母线： 3320)1016/()1016(/ 122111ABTGTGB ZZZZZZ 71.2560/)4010/10(/ 30210TABTTB ZZZZZ C 母线： 532033 111BCBC ZZZ 71.654071.25 000BCBC ZZZ D 母线： 934053 111CDCD ZZZ 71.1458071.65 000CDCD ZZZ G11A B1BC1CDT1 G2T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图 2.4、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T2G2T3T 0A B0BC0CDT1 T3 T2 Z ABCD Z Z ZZZ 图 2.5、投入运行时等值
16、零序网络图1G1T2G2T3T （3）当、投入运行时1G1T3T4T G11A B1BC1CDT1 Z ABCD ZZZZ 图 2.6、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T3T4T T4 0A B0BC0CDT1 T3 Z ABCD ZZ ZZZ 图 2.7、投入运行时等值零序网络图1G1T3T4T B 母线： 46201016 1111ABTGB ZZZZ 75.18)60/60/()4010(/ 4030010TTABTB ZZZZZ C 母线： 662046 111BCBC ZZZ 75.584075.18 000BCBC ZZZ D 母线： 1064066 111CDCD ZZZ 75.1388075.58 000CDCD ZZZ （4）当、投入运行时1G1T3T G11A B1BC1CDT1 Z ABCD ZZZZ 图 2.8、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T3T 0A B0BC0CDT1 T3 Z ABCD Z ZZZ 图 2.9、投入运行时等值零序网络图1G1T3T B 母线： 46201016 1111ABTGB ZZZZ 27.2760/)4010(/ 3
