单片机实现的电力系统零序电流保护

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1、单片机实现的电力系统零序电 流保护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

2、和论证电力系统零序电流保 护原理以及基于单片机的实现。关键词：继电保护；零序电流；单片机；对称分量法AbstractPower system relay protect ion is to guara ntee the safe and stable operati on of power system and it is also the most basic and the most effective tech no logical way to restrictions on a large scale power blackouts . According to ground sho

3、rt!circuit , Transformer grounding method the size changed of the zero sequeneeI IIcurre nt as fault characteristics, tran sformer grounding method. The ope n-phaseI:operation and single-phase automatic reclosing such as zero-sequenee currentI I1protectio n of the operati on have a major impact. Whe

4、n its n ecessary, we n eed toI I|adopt corresp onding lock ing device.IZero-seque nee curre nt protecti on is the protect ion of the small groundI I,curre nt system. It uses the characteristic of zero seque nee curre nt of the failureI II1system bigger tha n no rmal operatio n. To achieve selective

5、tran sie nt sig nal or cutI IIoff the main circuit power supply, in order to avoid accidents. Zero sequenee|current can be obtained by symmetrical component method , it can be measuredI IIby the curre nt tran sformer in practical applicati ons.I:In this paper, comb ined with the adva ntages of theze

6、ro-seque nee curre ntI IIand microc on troller ,thisdesig n focuses on expla in and dem on strate the powerI IIsystem zero-seque nee curre ntprotect ionprin ciplesandsin gle chipImicrocomputer-based realizati on method.IIKeywords : Relay protection, zero-sequenee current, single-chip microcomputer,I

7、 I；Symmetrical comp onents method.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 8对电力系统继电保护的基本要求 8发展趋势 10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 11电力系统的正序、负序和零序 123.2对称分量法 123.2.

8、1 电力系统的对称分量方法介绍 12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 18第4章.单片机的A/D扩展 204.1 STC89C52 单片机 204.1.1 STC89C52RC单片机介绍 204.1.2 STC89C52RC单片机的工作模式 214.1.3 STC89C52RC引脚功能说明 214.2A/D转换接口224.2.1 A/D 转换器概述 224.2.2 ADC0809 244.2.3 ADC0809 工作过程 26 转换器与单片机接口要考虑的问题274.2.5AD

9、C0809 与 STC89C52 单片机的接 口284.3单片机的时间中断 314.3.1 时间中断的工作模式 31432中断服务试验程序 32第5章零序电流保护 345.1零序电流保护的硬件组成 345.2零序电流保护的过程通道的设计 35521 模拟量输入系统 355.2.2 电压形成回路 365.2.3 采样保持电路 365.3.4 采样方式 38第6章基于单片机的零序电流保护的实现 436.1.1 概述 43单片机数据采集构成通道 436.1.3 开关量输出电路 456.1.4 系统显示构成通道 456.2基于单片机的零序电流保护软件部分 476.2.1 主程序流程图 47中断子程序流

10、程图 49单片机系统程序 50总结与论文展望 51参考文献 52致谢 53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、变压器差动保护范围内 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

11、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。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

12、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范 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、故障期间以及故障后的恢 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

13、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

14、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一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发 电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电 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内完成。并在同一地

15、域内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，以及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、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及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