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1、 . 单片机实现的电力系统零序电流保护摘 要电力系统继电保护是保证电力系统安全稳定运行、限制电力系统大面积停电事故最基本和最有效的技术手段。根据接地短路时零序电流大小变化作为故障特征量，变压器接地方式、非全相运行、单相自动重合闸等因素对零序电流保护的运行产生重要的影响，必要时需要采取相应闭锁装置。零序电流保护属于小接地电流系统的保护方式，它利用系统发生故障时零序电流比正常运行时大的特点，来实现有选择性地发出信号或瞬时切断主回路电源, 避免事故的发生。零序电流可以通过对称分量法求得，实际应用时可用电流互感器测得所需分量。本文结合零序电流和单片机的各自优点，阐述和论证电力系统零序电流保护原理以与基
2、于单片机的实现。关键词：继电保护；零序电流；单片机；对称分量法AbstractPower system relay protectionis to guarantee the safe and stable operation of power systemand it is also the most basic and the most effective technological way to restrictions on a large scale power blackoutsAccording to ground short circuit，Transformer ground
3、ing method the size changed of the zero sequence current as fault characteristics, transformer grounding method. The open-phaseoperation and single-phase automatic reclosing such as zero-sequence current protection of the operation have a major impact. When its necessary, we need to adopt correspond
4、ing locking device.Zero-sequence current protection is the protection of the small ground current system. It uses the characteristic of zero sequence current of the failure system bigger than normal operation. To achieve selective transient signal or cut off the main circuit power supply, in order t
5、o avoid accidents. Zero sequence current can be obtained by symmetrical component method，it can be measured by the current transformer in practical applications.In this paper, combined with the advantages of the zero-sequence current and microcontroller ,this design focuses on explain and demonstrat
6、e the power system zero-sequence current protection principles and single chip microcomputer-based realization method.Keywords：Relay protection, zero-sequence current, single-chip microcomputer, Symmetrical components method.目 录第1章绪论11.1引言11.2 课题的研究背景和意义1第2章.电力系统继电保护32.1电力系统32.1.1 电力系统简介32.1.2 电力系统的
7、组成42.2 继电保护52.2.1 电力系统发展简史52.2.2 研究现状62.2.3 继电保护的基本原理62.2.4 继电保护的组成72.2.5 对电力系统继电保护的基本要求82.2.6 发展趋势9第3章电力系统零序电流保护113.1 电力系统零序电流113.1.1 零序电流简介113.1.2 零序电流产生原因113.1.3 电力系统的正序、负序和零序123.2 对称分量法123.2.1 电力系统的对称分量方法介绍123.2.2 对称分量法原理133.3电力系统零序电流保护153.3.1 零序电流保护的原则153.3.2 零序电流保护原理163.3.3 零序电流保护的特点17第4章.单片机的
8、A/D扩展194.1 STC89C52单片机194.1.1 STC89C52RC单片机介绍194.1.2 STC89C52RC单片机的工作模式204.1.3 STC89C52RC引脚功能说明204.2A/D转换接口214.2.1 A/D转换器概述214.2.2 ADC0809234.2.3 ADC0809工作过程254.2.4A/D转换器与单片机接口要考虑的问题264.2.5ADC0809与STC89C52单片机的接口264.3 单片机的时间中断304.3.1 时间中断的工作模式304.3.2 中断服务试验程序31第5章零序电流保护335.1 零序电流保护的硬件组成335.2 零序电流保护的过
9、程通道的设计345.2.1 模拟量输入系统345.2.2 电压形成回路355.2.3 采样保持电路355.3.4 采样方式37第6章基于单片机的零序电流保护的实现416.1.1 概述416.1.2 单片机数据采集构成通道416.1.3 开关量输出电路426.1.4 系统显示构成通道436.2 基于单片机的零序电流保护软件部分456.2.1主程序流程图456.2.2中断子程序流程图476.2.3单片机系统程序47总结与论文展望48参考文献49致50 / 第1章 绪论1.1引言零序电流保护由于其自身固有的优点，受到很大的关注，在微机继电保护的时代趋势下，对于零序电流保护微机化的研究和论证已经显得十
10、分必要。在中性点直接接地的电网中，接地故障占故障总次数的绝大多数，一般在60%以上。线路的电压等级愈高，所占的百分比愈大。母线故障、变压器差动保护围高压配电装置故障的情况也类似，一般也约占70%到80%。明显可见，接地保护是高压电网中最重要的一种保护。因此合理配置与正确使用零序保护装置，是保障电网安全运行地重要条件。1.2 课题的研究背景和意义继电保护指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。
11、电力系统运行中常会出现故障和一些异常运行状态，而这些现象会发展成事故，使整个系统或其中一部分不能正常工作，从而造成对用户少送电、停止送电或电能质量降到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人员伤亡。而电力系统各元件之间是通过电或磁建立的联系，任何一元件发生故障时，都可能立即在不同程度上影响到系统的正常运行。因此，切除故障元件的时间常常要求短到1/10s甚至更短。而这个任务靠人完成是不可能的，所以要有一套自动装置来执行这一任务。继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响围（这是首要任务），还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合
12、闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，实现微机保护装置的网络化。这样，继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确，大大的提高了继电保护的保护性能和可靠性。随着自动化技术的发展，电力系统在正常运行、故障期间以与故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些控制操作的技术与装备大致可以分为二大类：其一是为了保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术和装备，主要进行电能生产过程的连续自动调节，动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，这就是通常理解的“电力系统自动化（控制）”；其二是当电网或电气设备发生
13、故障，出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与装备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。在大电流接地系统（中性点直接接地）中，发生单相接地故障时，接地短路电流很大，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电量构成保护接地短路的继电保护装置，统称为零序保护。三相星形接线的过电流保护虽然也能保护接地短路，但其灵敏度较低，保护时限较长。采用时序保护就可以克服这些不足。第2章. 电力系统继电保护2.1电力系统2.1.1 电力系统简介由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的
14、一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机与电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统与配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间完成。并在同一地域有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以与电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、
15、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。图2-1 电力系统的组成建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家与地区国民经济发展规划的重要组成部分。电力系统的出现，使用高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。2.1.2 电力系统的组成电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它
