輸電線路距離保護(hù)設(shè)計(jì)(1)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)微機(jī)繼電保護(hù)微機(jī)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：220kV220kV 輸電線路距離保護(hù)設(shè)計(jì)（輸電線路距離保護(hù)設(shè)計(jì)（1 1）院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 2014.12.15-12.262014.12.15-12.26 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目220kV 輸電線路距離保護(hù)設(shè)計(jì)（1）課程設(shè)計(jì)（論文

2、）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)工作量線路每公里阻抗為 Z1=0.41/km,線路阻抗角為 L=65,AB、BC 線路最大負(fù)荷電流為 780A,負(fù)荷功率因數(shù)為cosL=0.9,8 . 0IrelK。電源電勢(shì)為8 . 0relK35. 0relKE=230kV, ZsAmax=14,ZsAmin=9,ZsBmax=32,ZsBmin=15。歸算至 230kV 的各變壓器阻抗為150,容量 ST 為 30MVA。其余參數(shù)如圖所示。一、整定計(jì)算1.計(jì)算保護(hù) 1 距離保護(hù)第段的整定值和靈敏度。2.計(jì)算保護(hù) 1 距離保護(hù)第段的整定值和靈敏度。3.計(jì)算保護(hù) 1 距離保護(hù)第

3、段的整定值和靈敏度。4.分析系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時(shí)，保護(hù) 1 各段距離保護(hù)的動(dòng)作情況。5.當(dāng)距保護(hù) 1 出口 20km 處發(fā)生帶過渡電阻 Rarc=12 的相間短路時(shí)，保護(hù) 1 的三段式距離保護(hù)將作何反應(yīng)（設(shè) B 母線上電源開路）？二、硬件電路設(shè)計(jì)包括 CPU 最小系統(tǒng)、電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關(guān)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、控制輸出、報(bào)警顯示等部分。三、軟件設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)思想，給出參數(shù)有效值計(jì)算及故障判據(jù)方法，繪制流程圖或邏輯圖。四、仿真驗(yàn)證給出仿真電路及仿真結(jié)果，分析仿真結(jié)果同理論計(jì)算結(jié)果的異同及原因。續(xù)表stOP5 . 08stOP178E6562km38km2174330kmDCBA系統(tǒng)接線圖進(jìn)度計(jì)劃第

4、一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：距離保護(hù) I 段、II 段、III 段的整定計(jì)算。第三天：系統(tǒng)振蕩和過渡電阻的影響分析。 第四天：硬件電路設(shè)計(jì)（最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測(cè)部分） 。第五天：硬件電路設(shè)計(jì)（控制輸出、報(bào)警顯示部分） 。 第六天：軟件設(shè)計(jì)（有效值計(jì)算、故障判據(jù)） 。第七天：軟件設(shè)計(jì)（繪制流程圖或邏輯圖）第八天：仿真驗(yàn)證及分析。 第九天：撰寫說明書。第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中輸電電路的保護(hù)方法有很多，比如電

5、流保護(hù)，電壓保護(hù)，這些保護(hù)構(gòu)成簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，一般能滿足中，低壓電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。但是因?yàn)楸Ｗo(hù)靈敏度受系統(tǒng)運(yùn)行狀況的影響，所以可能導(dǎo)致保護(hù)范圍的縮小，這時(shí)對(duì)線路的保護(hù)就達(dá)不到要求。由于現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展迅速，電壓等級(jí)也飛速增長(zhǎng)，因此電流電壓保護(hù)也就不在適合 35kv 的電網(wǎng)，因此距離保護(hù)就成了主要的保護(hù)方式。距離保護(hù)可以應(yīng)用在任何結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變的電力系統(tǒng)中，能有選擇性的、較快的切除相間故障。當(dāng)線路發(fā)生單相接地短路時(shí)，距離保護(hù)在有些情況下也能動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生兩相短路接地故障，它可與零序電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，切除故障。本文主要是針對(duì) 220kv 輸電線路距離保護(hù)而設(shè)計(jì)的，介紹了距離保護(hù)的原理，分析在系

6、統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)的第段，第段，第段的整定值，靈敏度的校驗(yàn)及動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算。及系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時(shí)，保護(hù) 1 各段距離保護(hù)的動(dòng)作情況。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體硬件設(shè)計(jì)，畫出硬件圖，并用仿真軟件 MATLAB 進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：距離保護(hù)；整定計(jì)算；系統(tǒng)振蕩；MATLAB 仿真；目 錄第一章 緒論 .11.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述.11.2 本文主要內(nèi)容.1第 2 章 輸電線路距離保護(hù)整定計(jì)算 .32.1 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定.32.2 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定.42.3 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定.52.4 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下保護(hù)動(dòng)作情況.

7、62.5 過渡電阻對(duì)相間短路保護(hù)的影響.7第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .93.1 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .93.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).103.3 開關(guān)量輸入/輸出回路設(shè)計(jì).113.4 報(bào)警顯示.13第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .144.1 系統(tǒng)主流程圖.144.2 參數(shù)有效值計(jì)算.15第 5 章 系統(tǒng)仿真及說明 .17第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .19參考文獻(xiàn) .20第一章 緒論1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述電力是當(dāng)今社會(huì)使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活乃至社會(huì)穩(wěn)定都有著極為重大的影響。電力系統(tǒng)有各種元件組成。由于自然環(huán)境、制造質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)水平等諸方面的原

8、因，電力系統(tǒng)的各種元件在運(yùn)行中不可能一直保持正常狀態(tài)。因此，需要有專門的技術(shù)為電力系統(tǒng)建立一個(gè)安全保障體系，其中最重要的專門技術(shù)之一就是繼電保護(hù)技術(shù)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本作用是，在全系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定區(qū)分實(shí)時(shí)地檢測(cè)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，快速及時(shí)地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、保持供電的連續(xù)性、保障供電的連續(xù)性、保障人身安全、防止或減輕設(shè)備的損壞。發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，若處理不當(dāng)，則將引起電力系統(tǒng)的故障。事故是指電力系統(tǒng)整體或部分的不正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞等嚴(yán)重后果的事件。電力系統(tǒng)

9、事故的發(fā)生，除了自然條件的因素以外，一般都是指設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)引起的。因此，首先應(yīng)在上述各環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，建立完善的管理和培訓(xùn)機(jī)制，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和檢修，這樣就有可能大大減少事故發(fā)生的幾率，力爭(zhēng)把事故消滅在發(fā)生之前。盡管如此，由于自然的、設(shè)備的和認(rèn)為的原因，誘發(fā)事故的各種電力故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)是不可能完全避免的。電力系統(tǒng)各設(shè)備之間是電和磁的聯(lián)系，故障一旦發(fā)生，故障量將以近似光速的速度影響其他非故障設(shè)備，甚至引起新的故障。為了防止電力系統(tǒng)事故的擴(kuò)大，保證非故障部分仍能可靠供電，以維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要求電力系統(tǒng)能在幾十毫秒

10、內(nèi)準(zhǔn)確迅速的識(shí)別并切除故障。因此，必須借助于機(jī)電保護(hù)裝置。同時(shí)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也應(yīng)受到不斷的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)告警或啟動(dòng)自動(dòng)控制裝置，這些也必須借助于繼電保護(hù)裝置。同時(shí)，對(duì)繼電保護(hù)元件也有一定的要求，要求其需要有有選擇性、速動(dòng)性、靈敏性及可靠性。1.2 本文主要內(nèi)容本文是針對(duì) 220kV 輸電線路距離保護(hù)而設(shè)計(jì)的。主要介紹了距離保護(hù)的原理，輸電線路距離保護(hù)原理與電流電壓保護(hù)原理相似，段，段作為距離保護(hù)的主保護(hù)，段作為本線路主保護(hù)的近后備和相鄰元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。然后對(duì)保護(hù)參數(shù)進(jìn)行整定計(jì)算，主要是計(jì)算并選取最小運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù) 1 的段、段和段整定值和靈敏度并交驗(yàn)是否符合要

11、求。硬件部分設(shè)計(jì)，其中包括 CPU 最小系統(tǒng)、電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關(guān)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、控制輸出、報(bào)警顯示等部分。軟件部分設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)述了系統(tǒng)運(yùn)行流程圖。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。第 2 章 輸電線路距離保護(hù)整定計(jì)算本章主要介紹了輸電線路距離保護(hù)段、段和段整定計(jì)算，并且對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了靈敏度校驗(yàn)和動(dòng)作時(shí)間的整定。等值電路圖如下圖 2.1 所示。2.1 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定 母線 AB，BC,CD,的阻抗為：所以斷路器 1QF,3QF,4QF 的第段保護(hù)整定值為： 斷路器 1QF,3QF,4QF 處距離保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間為：6542.256241. 06558.153841.

12、 0653 .123041. 0CDBCABZZZ6534.2042.258 . 06546.1258.158 . 06584. 93 .128 . 0431CDrelsetBCrelsetABrelsetZKZZKZZKZ0431opopoptttBAECDZcdZbeZbcZabnode node 圖 2.1 系統(tǒng)等值電路圖斷路器 1QF,3QF,4QF 處距離保護(hù)第段的靈敏系數(shù)為：2.2 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定斷路器 1QF 處保護(hù)的相鄰元件為母線 BC 和兩個(gè)并聯(lián)的變壓器。所以，當(dāng) 1QF 處距離保護(hù)段與 BC 線第段相互配合時(shí)，保整定值為：（2-1） 因?yàn)椋海?-2）

13、所以：因此 1QF 的第段距離保護(hù)整定值為：當(dāng)斷路器和變壓器配合時(shí)，由于，按照相關(guān)規(guī)定，應(yīng)裝縱差A(yù)MVST3 . 630保護(hù)，所以變壓器第段保護(hù)范圍應(yīng)到低壓母線 E 上，因?yàn)槭莾膳_(tái)變壓器并聯(lián)所以, 所以整定值應(yīng)該為：所以需要選取為第段的保護(hù)整定值。6565.30IIsetZ斷路器 1QF 處距離保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間為：%80431sensensenKKKABBCbIIKmin75. 2153041. 0141167. 1323041. 0911minmaxmaxmaxminminsBABsAbsBABsAABBABbZZZKZZZIIIK6565.3058.1567. 13041. 08 . 0

14、II1）（setZ6504.1107567. 18 . 03041. 08 . 0minIIIIII1TbrelABrelsetZKKZKZstop5 . 0II1TTZZ21)(3minI1setbABrelsetZKZKZ斷路器 1QF 處距離保護(hù)第段的靈敏度為： 整定滿足靈敏度的要求。2.3 斷路器 1QF 處的第段距離保護(hù)整定由于采用了方向阻抗元件，所以距離保護(hù)第段的整定值應(yīng)該按照躲過最小負(fù)荷和與相鄰線距離保護(hù)第段配合。因此在躲過最負(fù)荷阻抗情況下整定計(jì)算為：（2-3）因?yàn)?所以，因?yàn)?，因? . 0cosL 26L 65set按照整定時(shí)間與相鄰保護(hù)的第段整定時(shí)間配合原則，所以第段距離保

15、護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為：在與相鄰距離保護(hù)第段配合情況下，整定計(jì)算為： 5 . 149. 23041. 065.30II1IIABsetsenZZK)cos(39 . 0maxIIIrelIII1LsetLesetIUKZ6512.118)2665cos(78. 039 . 035. 0230III1setZstop5 . 2III18 . 0relrelKK3min1setbrelABrelsetZKKZKZ4min3setbBCrelsetZKZKZ1minbK6566.53658 .3267. 13041. 08 . 03min18 . 0setbABsetZKZZ658 .3242.253841

16、. 08 . 03setZ 應(yīng)取為相鄰距離保護(hù)第段的整定值。6566.531setZ按與相鄰距離保護(hù)第段配合，第段距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為：（2-4）試中，為相鄰線路重合后不經(jīng)振蕩閉鎖的距離保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間。3opt 所以斷路器第段的動(dòng)作時(shí)間為： 當(dāng)作為近后備時(shí)，斷路器 1QF 距離保護(hù)第段的靈敏度為： 當(dāng)作為遠(yuǎn)后備時(shí)，斷路器 1QF 距離保護(hù)第段的靈敏度為： 可見，作為近后備保護(hù)時(shí)，可滿足靈敏度要求，作為 BC 線遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，卻不滿足靈敏度要求，作為變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，更不滿足靈敏度要求，故應(yīng)考慮為整定值，這時(shí)靈敏度得到提高，這時(shí)，滿足靈敏度6512.118III1setZ14. 2sen

17、K要求。2.4 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下保護(hù)動(dòng)作情況首先求取系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時(shí)最小測(cè)量阻抗為。時(shí)保護(hù)minmZ180安裝處的測(cè)量阻抗為：（2-5） tttopop31stop5 . 215 . 136. 43041. 066.531ABsetsenZZK97. 041. 03875. 23041. 066.53max1BCbABsetsenZKZZKZmZm)21(min24. 0323 .121414maxmaxmaxsBABsAsAZZZZm6516.153 .58)24. 021(minmZ因?yàn)?且 ，所以在最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)振蕩時(shí)minII1III1msetsetZZZ的軌跡線穿過阻

18、抗保護(hù)第 II 和第段測(cè)量元件的動(dòng)作特性圓如圖 2.1 所示，令mZ對(duì)應(yīng)時(shí)間為，為第段測(cè)量元件誤動(dòng)作時(shí)間，對(duì)應(yīng)時(shí)間為，為第111t222tII 段測(cè)量元件誤動(dòng)作時(shí)間。對(duì)阻抗保護(hù)第 II 段而言，當(dāng) 時(shí)，雖第 II 段元件動(dòng)作，但保護(hù)將不誤動(dòng)；當(dāng) 時(shí)，測(cè)量元件和保護(hù)均誤動(dòng)。對(duì)于第段而言，測(cè)量元件誤動(dòng)，當(dāng) 時(shí)，第 II 段保護(hù)將發(fā)生誤動(dòng)，跳閘，故障被切除，故第段保護(hù)的阻抗元件應(yīng)返回不會(huì)誤動(dòng)。從以上分析計(jì)算可知，系統(tǒng)振蕩可能使距離保護(hù)第 II 段發(fā)生誤動(dòng)作。因此，在距離保護(hù)裝置中必須增加振蕩閉鎖元件。2.5 過渡電阻對(duì)相間短路保護(hù)的影響 當(dāng)離斷路器 1QF 保護(hù)安裝處 20Km 處發(fā)生帶過渡電阻的相

19、間短路時(shí)，12arcR1QF 處保護(hù)的測(cè)量阻抗為：所以在處的動(dòng)作阻抗分別是：65.25I1minsetmZZ2II1ttop2II1ttop2II1ttopI1setZII1setZIII1setZBjRA11圖 2.1 振蕩對(duì)保護(hù)影響65.2516.1743. 747.15)126541. 020(jZm65.2549.4165.25)65.2565cos(66.5365.257 .2365.25)65.2565cos(46.1265.2561. 765.25)65.2565cos(84. 9III1II1I1opopopZZZ所以有： 由上述可見，故障點(diǎn)應(yīng)在斷路器 1QF 處相間距離保護(hù)的

20、第 I 段保護(hù)范圍內(nèi)，而此時(shí)由于短路點(diǎn)過渡電阻的影響，卻落在距離保護(hù)第 II 和第 III 段的動(dòng)作特性圓內(nèi)，故這時(shí)距離保護(hù)第 I 段將拒動(dòng)，而距離保護(hù)第 II 段動(dòng)作，降低了保護(hù)的速動(dòng)性。因此，距離保護(hù)中必須有防止過渡電阻影響的措施。III1II1I1OPopmopZZZZ第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的 CPU 是本次設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)是 Intel 公司 MCS-51 系列的85C51。89C51 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：面向控制的 8 位 CPU；一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，振蕩頻率為 0-24MHZ；片內(nèi) 4KB Flash ROM 程序存儲(chǔ)器；128B 的片

21、內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；可尋址 64KB 的片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路；2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；4 個(gè)并行 I/O 口，共 32 條可單獨(dú)編程的 I/O 線；5 個(gè)中斷源，2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；一個(gè)全雙工的異步串行口；21 個(gè)特殊功能寄存器；具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電保護(hù)方式。其引腳功能為：GND：接地端。VCC：電源端。正常操作及對(duì) Flash ROM 編程和驗(yàn)證時(shí)接+5V 電源。XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一端 XTAL2：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在 89C51 片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。再接外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮。RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效

22、。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)械周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)訪PROG問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)，ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有

23、效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/VP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ，不管EAEA是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。P0 口：時(shí)EA雙向 8 位三態(tài) I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分別用作低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線；在 Flash ROM 編程時(shí)，它輸入指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。P0能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門電路。P1 口：它是一個(gè)內(nèi)部帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口。在 Flash ROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)人 LSTT

24、L 門電路。P2 口：P2 口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，他能輸出高 8 位地址。P3 口：P3 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口 P3 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 門電路。CPU 最小系統(tǒng)如圖 3.1 所示。XTAL1 與 XTAL2 分別為時(shí)鐘電路的輸入和輸出。P1.7 和 RESET 分別接復(fù)位電路的輸入和復(fù)位端。其中 C1、C2 都是 30PF。3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持（S/H） 、多路轉(zhuǎn)換（MPX） 、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為微型機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字

25、量。根據(jù)轉(zhuǎn)換的原理不同，微機(jī)保護(hù)裝置中模擬量輸入回路有兩種方式，一是基于逐次逼近型 A/D 裝換方式，二是利用 VFC 原理進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的方式。前者的功能模塊較多設(shè)計(jì)起來比較復(fù)雜。因此本次設(shè)計(jì)是采用 VFC 原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。原理圖如圖 3.2 所示。圖 3.1 CPU 最小系統(tǒng)接線圖電壓形成計(jì)數(shù)器VFC電壓形成計(jì)數(shù)器VFC:CPU總線TVTA二次側(cè)圖 3.2 VFC 系統(tǒng)示意圖 微機(jī)保護(hù)中常用的 VFC 芯片有 AD654、AD651 等。AD654 的最高輸出頻率為500kHz,它只能工作在單極性狀態(tài)，且正負(fù)不同極性輸入時(shí)所接的引腳也不同。若輸入電壓為雙極性電壓時(shí)，要加上相應(yīng)的偏置電壓

26、。由于本次設(shè)計(jì)所涉及的是輸電線路，所以應(yīng)采用帶有偏置電壓的電壓頻率轉(zhuǎn)換回路，接線圖原理圖如圖 3.3 所示。圖中 7905 是三端穩(wěn)壓管，其輸入為-15V，輸出可以穩(wěn)定在-5V，這個(gè)電壓用作偏置電壓，與輸入電壓相加后一同加于 AD654 的負(fù)極性輸入端引腳。3.3 開關(guān)量輸入/輸出回路設(shè)計(jì)輸入輸出的原理圖如圖 3.4 所示。微機(jī)保護(hù)裝置中，除了有模擬量輸入外，還有大量的開關(guān)量輸入和輸出。所謂開關(guān)量，就是觸點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）或是邏輯快速光耦1R7905V0R2RP1RPinUCVFC至計(jì)數(shù)器圖 3.3 加偏置后的 VFC 回路&0PAV5K7 . 4S5189C0PB1PB&K

27、EEV51Y2Y圖 3.4 開關(guān)量輸入/輸出電平的高低等。開關(guān)量輸入大多數(shù)是觸點(diǎn)狀態(tài)的輸入，可以分為：（1）安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)，例如各種工作方式開關(guān)，調(diào)試裝置或運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤觸點(diǎn)，復(fù)位按鈕及其他按鈕等。 （2）從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點(diǎn)，例如需要由運(yùn)行人員不打開裝置外蓋而在運(yùn)行中切換的各種壓板，轉(zhuǎn)換開關(guān)以及其他保護(hù)裝置和操作繼電器的觸點(diǎn)等。開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口、合閘出口以及本地和中央信號(hào)等。一半采用并行接口的輸出口來控制有觸點(diǎn)繼電器的方法，為了提高抗干擾能力，也要經(jīng)過光電隔離?；芈分械呐c非門 Y1 及與非門 Y2 輸出，而不是將發(fā)光二極管直接同并行口相連，一

28、方面是為了增強(qiáng)并行口的帶負(fù)荷能力，另一方面是采用了與非門后，要滿足兩個(gè)條件才能使 K 動(dòng)作，從而增加了抗干擾能了。PB0 經(jīng)以反相器，而 PB1卻不經(jīng)過反相器，這樣可以防止在拉合直流電源的過程中繼電器 K 的短視誤動(dòng)。因?yàn)樵诶现绷麟娫吹倪^程中，當(dāng) 5V 電源處于中間某一臨界電壓時(shí)，可能由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護(hù)動(dòng)作，特別是保護(hù)裝置的電源往往接有大量的電容器，所以拉合直流電源時(shí)，無論是 5V 電源還是驅(qū)動(dòng)繼電器 K 用的電源 E，都肯能緩慢上升或下降，從而完全可能來得及使繼電器 K 的觸點(diǎn)短時(shí)閉合采用如圖所示的接法后，由于兩個(gè)反相器條件的仙湖制約，可以可靠的防止誤動(dòng)作。3.4 報(bào)警顯示此

29、次課程設(shè)計(jì)顯示電路是采用芯片進(jìn)行譯碼輸出，可顯示不同的數(shù)字分別代表的不同的輸電線路距。離保護(hù)的位置。通過 P0 口可以分別輸送兩路四位地址給譯碼器進(jìn)行編譯，顯示不同的數(shù)字，以便用后了解。報(bào)警電路是采用蜂鳴報(bào)警電路，用P2.7 口輸出脈沖控制 555 振蕩器再利用 555 振蕩器產(chǎn)生振蕩，可以使蜂鳴器發(fā)出聲響，達(dá)到報(bào)警的作用。當(dāng)有線路發(fā)生故障時(shí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路發(fā)出蜂鳴聲通知相關(guān)人員進(jìn)行線路檢修。其接線圖如圖 3.5 所示。 圖 3.5 顯示報(bào)警電路第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主流程圖距離保護(hù)具有三段相間距離和三段接地距離，有獨(dú)立的選項(xiàng)元件。段，段可以由控制字選擇經(jīng)或不經(jīng)振蕩閉鎖。其加速段

30、包括：瞬時(shí)加速 X 相近阻抗段；瞬NY跳閘N相間故障其他保護(hù)動(dòng)作N段內(nèi)Y段內(nèi)Y到 T計(jì)算故障阻抗N段跳閘到TNY段跳閘YN故障處理程序入口調(diào)故障前一周電壓同故障后電流比相單向故障I 段內(nèi)Y段跳閘到 TNY段內(nèi)計(jì)算故障阻抗段跳閘Y段內(nèi)計(jì)算故障阻抗到TYNN圖 4.1 系統(tǒng)主流程圖時(shí)加速段，瞬時(shí)加速段；延時(shí)加速段。在振蕩閉鎖中，段，段閉鎖，此時(shí)若有故障，可以有兩部分出口：一是阻抗微分段跳閘，二是由段延時(shí)跳閘。單相故障時(shí)發(fā)出單跳令后，投入健全相電流差突變量元件，當(dāng)突變量元件動(dòng)作后經(jīng)阻抗元件把關(guān)確認(rèn)為發(fā)展性故障后補(bǔ)發(fā)三跳令。距離保護(hù)中的阻抗元件亦采用多邊型特性。相見和接地距離的段到段的電阻分量的整定值

31、都公用，但是有兩個(gè)不同的整定值，即和，程序?qū)⒏鶕?jù)不同的場(chǎng)合選用和。例如，在振蕩閉鎖狀態(tài)下取LRSRLRSR，以提高躲振蕩的能力，而在開放的時(shí)間內(nèi)取，以提高耐弧能力。按躲開SRLRLR最大負(fù)荷時(shí)的最小阻抗整定，可以去。SRLR21本保護(hù)各段阻抗元件的特性都帶有偏移使各段在出口故障時(shí)均無死區(qū)。為了保證方向性，本保護(hù)專門設(shè)有一方向判別元件，該元件帶有記憶性，以保證在出口三相故障時(shí)能正確判別方向。如果故障發(fā)生在段范圍內(nèi)，直接進(jìn)入選項(xiàng)跳閘程序。在選跳程序中，查故障的類型，若是單相接地，則發(fā)選跳令，若是相間故障則發(fā)跳閘命令。段動(dòng)作時(shí)間理論上是瞬時(shí)的，但無論是模擬保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)，測(cè)量元件總有一固定時(shí)間。模

32、擬保護(hù)段通常都有一定的反時(shí)限特性，而這種反時(shí)限特性正是所希望的，因?yàn)閺姆€(wěn)定角度看，快速切除出口故障是十分必要的。單相接地故障不在段內(nèi)，程序?qū)Ｏ蚪拥鼐嚯x保護(hù)的段，段。首先判斷是否在段內(nèi)切段延遲時(shí)間是否達(dá)到，在段但是時(shí)間沒有達(dá)到，則投入發(fā)展性故障判別元件，并確認(rèn)為發(fā)展性故障。段延遲時(shí)間到后進(jìn)行出口跳閘。若不在段內(nèi)，將進(jìn)入段程序，當(dāng)段延時(shí)時(shí)間到后，段出口跳閘。當(dāng)相間故障不在段內(nèi)，將進(jìn)入相間距離段，段程序。若在段內(nèi)，當(dāng)段延時(shí)時(shí)間到后，相間距離段出口跳閘；若不在段內(nèi)但是在段內(nèi)時(shí)，三段延時(shí)時(shí)間到后段出口跳閘。4.2 參數(shù)有效值計(jì)算參數(shù)的有效值計(jì)算是根據(jù)距離保護(hù)的基本原理來完成的。主要過程如下：假設(shè)各斷路器

33、處所裝保護(hù)測(cè)量元件的輸入不是電流，而是該處的母線電壓和流過該線路上的電流，則各母線處的母線相電壓和流經(jīng)該線路的電流之比為該處的測(cè)量mUmI阻抗，即mZ（4-1） 在正常情況下，此時(shí)保護(hù)測(cè)量元件的阻抗為負(fù)荷阻抗。wmUUwmIILZ斷路器 1QF 處負(fù)荷阻抗為：（4-2）mmmIUZLmLIUZ顯然，正常運(yùn)行時(shí)母線上的工作電壓在額定值附近，一般說，線路的負(fù)荷電mU流相對(duì)短路電流又小得多，故線路在負(fù)荷狀態(tài)下的測(cè)量阻抗值較大，且其角度LILZ為負(fù)荷功率因數(shù)角。而在 AB 線上 K1 點(diǎn)發(fā)生金屬性三相短路時(shí)，在斷路器 1QF 處所測(cè)量的阻抗為該處母線殘余電壓與流經(jīng)該處保護(hù)的電流的比值：（4-3）此時(shí)

34、1QF 處保護(hù)測(cè)量元件的測(cè)量阻抗即為短路阻抗，其阻抗值小而阻抗角等mZ1kZ于線路阻抗角。設(shè)線路每公里的正序阻抗為，則：1Z（4-4）若距離不同則阻抗值也不同，即短路時(shí)測(cè)量阻抗的大小與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離成正比，保護(hù)點(diǎn)到保護(hù)安裝處距離越大，測(cè)量阻抗越大，反之，測(cè)量阻抗越小。根據(jù)此原理可以計(jì)算元件參數(shù)的有效值，其值與整定計(jì)算的值相同。11kkmIUZ111lZZk第 5 章 系統(tǒng)仿真及說明系統(tǒng)仿真如下圖 5.1 所示： 系統(tǒng)的總體仿真圖如上圖所示，系統(tǒng)由兩個(gè)電源供電，在母線AB上設(shè)置故障啟動(dòng)元件，用于仿真系統(tǒng)在單項(xiàng)短路和相間短路時(shí)的故障，并且通過接在每條線路上的電流表來觀察流過線路的正常電流和故障電流。兩個(gè)并聯(lián)的變壓器是用同型號(hào)的星接的變壓器等效的，仿真的圖形如下圖5.2,5.3所示ABCABCThree-Phase FaultABCABCABCabcT2ABCabcT1Scope1ScopeABCABCR2ABCABCR1NABCG2NABCG1i+-C2i+-C1i+-B2i+-B1i+-A2i+-A1ABCABC62KMABCABC38KMABCABC30KM圖 5.1 系統(tǒng)仿真圖圖 5.2 線路故障波形 其中圖 5.3 為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的波形圖，圖 5.2 為系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的仿真圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)接地距離保護(hù)對(duì)于范圍內(nèi)的相間短路不會(huì)動(dòng)作，并且各段中的相間距離保護(hù)對(duì)于保護(hù)