單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)

1、-單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)摘要電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行、限制電力系統(tǒng)大面積停電事故最根本和最有效的技術(shù)手段。根據(jù)接地短路時(shí)零序電流大小變化作為故障特征量，變壓器接地方式、非全相運(yùn)行、單相自動(dòng)重合閘等因素對(duì)零序電流保護(hù)的運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響，必要時(shí)需要采取相應(yīng)閉鎖裝置。零序電流保護(hù)屬于小接地電流系統(tǒng)的保護(hù)方式，它利用系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)零序電流比正常運(yùn)行時(shí)大的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號(hào)或瞬時(shí)切斷主回路電源, 防止事故的發(fā)生。零序電流可以通過(guò)對(duì)稱分量法求得，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可用電流互感器測(cè)得所需分量。本文結(jié)合零序電流和單片機(jī)的各自優(yōu)點(diǎn)，闡述和論證電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)原理以及基于單片

2、機(jī)的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；零序電流；單片機(jī)；對(duì)稱分量法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 grounding

3、 method the size changedof 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. Whenit's necessary, we need to adopt correspondi

4、ng 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 to

5、 avoid accidents. Zero sequence current can be obtained by symmetrical ponent method，it can be measured by the current transformer in practical applications.In this paper, bined with the advantages of the zero-sequence current and microcontroller ,this design focuses on e*plain and demonstrate the p

6、ower system zero-sequence current protection principles and single chip microputer-based realization method.Keywords：Relay protection, zero-sequence current, single-chip microputer, Symmetrical ponents method.目 錄第1章緒論11.1引言11.2 課題的研究背景和意義1第2章.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)32.1電力系統(tǒng)32.1.1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介32.1.2 電力系統(tǒng)的組成42.2 繼電保護(hù)52.2.

7、1 電力系統(tǒng)開(kāi)展簡(jiǎn)史52.2.2 研究現(xiàn)狀62.2.3 繼電保護(hù)的根本原理62.2.4 繼電保護(hù)的組成72.2.5 對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的根本要求82.2.6 開(kāi)展趨勢(shì)9第3章電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)113.1 電力系統(tǒng)零序電流113.1.1 零序電流簡(jiǎn)介113.1.2 零序電流產(chǎn)生原因113.1.3 電力系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序123.2 對(duì)稱分量法123.2.1 電力系統(tǒng)的對(duì)稱分量方法介紹123.2.2 對(duì)稱分量法原理133.3電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)15零序電流保護(hù)的原則153.3.2 零序電流保護(hù)原理163.3.3 零序電流保護(hù)的特點(diǎn)17第4章.單片機(jī)的A/D擴(kuò)展194.1 STC89C52單片機(jī)

8、194.1.1 STC89C52RC單片機(jī)介紹194.1.2 STC89C52RC單片機(jī)的工作模式204.1.3 STC89C52RC引腳功能說(shuō)明204.2A/D轉(zhuǎn)換接口214.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述214.2.2 ADC0809234.2.3 ADC0809工作過(guò)程25A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口要考慮的問(wèn)題26與STC89C52單片機(jī)的接口264.3 單片機(jī)的時(shí)間中斷304.3.1 時(shí)間中斷的工作模式304.3.2 中斷效勞試驗(yàn)程序31第5章零序電流保護(hù)335.1 零序電流保護(hù)的硬件組成335.2 零序電流保護(hù)的過(guò)程通道的設(shè)計(jì)345.2.1 模擬量輸入系統(tǒng)345.2.2 電壓形成回路355.

9、2.3 采樣保持電路355.3.4 采樣方式37第6章基于單片機(jī)的零序電流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)416.1.1 概述416.1.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集構(gòu)成通道416.1.3 開(kāi)關(guān)量輸出電路426.1.4 系統(tǒng)顯示構(gòu)成通道436.2 基于單片機(jī)的零序電流保護(hù)軟件局部45主程序流程圖45中斷子程序流程圖47單片機(jī)系統(tǒng)程序47總結(jié)與論文展望48參考文獻(xiàn)49致50. z-第1章緒論1.1引言零序電流保護(hù)由于其自身固有的優(yōu)點(diǎn)，受到很大的關(guān)注，在微機(jī)繼電保護(hù)的時(shí)代趨勢(shì)下，對(duì)于零序電流保護(hù)微機(jī)化的研究和論證已經(jīng)顯得十分必要。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，接地故障占故障總次數(shù)的絕大多數(shù)，一般在60%以上。線路的電壓等級(jí)愈高，所占

10、的百分比愈大。母線故障、變壓器差動(dòng)保護(hù)圍高壓配電裝置故障的情況也類似，一般也約占70%到80%。明顯可見(jiàn)，接地保護(hù)是高壓電網(wǎng)中最重要的一種保護(hù)。因此合理配置與正確使用零序保護(hù)裝置，是保障電網(wǎng)平安運(yùn)行地重要條件。1.2 課題的研究背景和意義繼電保護(hù)指繼電保護(hù)技術(shù)和由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括繼電保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過(guò)繼電保護(hù)裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備，如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設(shè)備。電力系統(tǒng)運(yùn)行中常會(huì)出現(xiàn)故障和一些異常運(yùn)行狀態(tài)，而這些現(xiàn)象會(huì)開(kāi)展成事故，使整個(gè)系統(tǒng)或其中一局部不能正常工作，從

11、而造成對(duì)用戶少送電、停頓送電或電能質(zhì)量降到不能容許的地步，甚至造成設(shè)備損壞和人員傷亡。而電力系統(tǒng)各元件之間是通過(guò)電或磁建立的聯(lián)系，任何一元件發(fā)生故障時(shí)，都可能立即在不同程度上影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，切除故障元件的時(shí)間常常要求短到1/10s甚至更短。而這個(gè)任務(wù)靠人完成是不可能的，所以要有一套自動(dòng)裝置來(lái)執(zhí)行這一任務(wù)。繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響圍這是首要任務(wù)，還要保證全系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的根底上協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈

12、多，對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確，大大的提高了繼電保護(hù)的保護(hù)性能和可靠性。隨著自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)展，電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行、故障期間以及故障后的恢復(fù)過(guò)程中，許多控制操作日趨高度自動(dòng)化。這些控制操作的技術(shù)與裝備大致可以分為二大類：其一是為了保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)和裝備，主要進(jìn)展電能生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作速度相對(duì)緩慢，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個(gè)電力系統(tǒng)或其中的一局部作為調(diào)節(jié)對(duì)象，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制；其二是當(dāng)電網(wǎng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障，出現(xiàn)影響平安運(yùn)行的異常情況時(shí)，自動(dòng)切除故障設(shè)備和消除異常情況的技術(shù)與裝備，其特點(diǎn)是動(dòng)作速度快，其性質(zhì)是非調(diào)節(jié)性的

13、，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與平安自動(dòng)裝置。在大電流接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地短路電流很大，就有零序電流、零序電壓和零序功率出現(xiàn)，利用這些電量構(gòu)成保護(hù)接地短路的繼電保護(hù)裝置，統(tǒng)稱為零序保護(hù)。三相星形接線的過(guò)電流保護(hù)雖然也能保護(hù)接地短路，但其靈敏度較低，保護(hù)時(shí)限較長(zhǎng)。采用時(shí)序保護(hù)就可以抑制這些缺乏。第2章. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)2.1電力系統(tǒng)2.1.1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各

14、負(fù)荷中心，通過(guò)各種設(shè)備再轉(zhuǎn)換成動(dòng)力、熱、光等不同形式的能量，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人民生活效勞。由于電源點(diǎn)與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無(wú)法大量?jī)?chǔ)存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)都在同一時(shí)間完成。并在同一地域有機(jī)地組成一個(gè)整體，電能生產(chǎn)必須時(shí)刻保持與消費(fèi)平衡。因此，電能的集中開(kāi)發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī)變化，就制約了電力系統(tǒng)的構(gòu)造和運(yùn)行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，就需在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對(duì)電能的生產(chǎn)和輸運(yùn)過(guò)程進(jìn)展測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，確保用戶獲得平安、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。圖2-1 電力系統(tǒng)的組成建立構(gòu)造合理的大型電力系統(tǒng)不僅便于電能生產(chǎn)與消費(fèi)的

15、集中管理、統(tǒng)一調(diào)度和分配，減少總裝機(jī)容量，節(jié)省動(dòng)力設(shè)施投資，且有利于地區(qū)能源資源的合理開(kāi)發(fā)利用，更大限度地滿足地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的用電需要。電力系統(tǒng)建立往往是國(guó)家及地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展規(guī)劃的重要組成局部。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使用高效、無(wú)污染、使用方便、易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的變化，開(kāi)創(chuàng)了電力時(shí)代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)開(kāi)展水平的標(biāo)志之一。2.1.2 電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的主體構(gòu)造有電源、電力網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷中心。電源指各類發(fā)電廠、站，它將一次能源轉(zhuǎn)換成電能；電力網(wǎng)絡(luò)由電源的升壓變電所、輸電線路、負(fù)荷中心變電所、配電線路等構(gòu)成。它的功能

16、是將電源發(fā)出的電能升壓到一定等級(jí)后輸送到負(fù)荷中心變電所，再降壓至一定等級(jí)后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)千百個(gè)交織密布，有功潮流、無(wú)功潮流、高次諧波、負(fù)序電流等以光速在全系統(tǒng)圍傳播。它既能輸送大量電能，創(chuàng)造巨大財(cái)富，也能在瞬間造成重大的災(zāi)難性事故。為保證系統(tǒng)平安、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須在不同層次上依不同要求配置各類自動(dòng)控制裝置與通信系統(tǒng)，組成信息與控制子系統(tǒng)。它成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使電力系統(tǒng)具有可觀測(cè)性與可控性，從而保證電能生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程的正常進(jìn)展以及事故狀態(tài)下的緊急處理。系統(tǒng)的運(yùn)行指組成系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都處于執(zhí)行其功能的狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行中，由于電力負(fù)荷的隨機(jī)變化以及外

17、界的各種干擾如雷擊等會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓與頻率的波動(dòng)，從而影響系統(tǒng)電能的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電壓崩潰或頻率崩潰。系統(tǒng)運(yùn)行分為正常運(yùn)行狀態(tài)與異常運(yùn)行狀態(tài)。其中，正常狀態(tài)又分為平安狀態(tài)和戒備狀態(tài)；異常狀態(tài)又分為緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。電力系統(tǒng)運(yùn)行包括了所有這些狀態(tài)及其相互間的轉(zhuǎn)移。各種運(yùn)行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移需通過(guò)不同控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平安可靠供電的前提下，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，即努力調(diào)整負(fù)荷曲線，提高設(shè)備利用率，合理利用各種動(dòng)力資源，降低燃料消耗、廠用電和電力網(wǎng)絡(luò)的損耗，以取得最正確經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)的主體構(gòu)造有電源水電站、火電廠、核電站等發(fā)電廠，變電所升壓變電所、負(fù)荷中

18、心變電所等，輸電、配電線路和負(fù)荷中心。各電源點(diǎn)還互相聯(lián)接以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)之間的電能交換和調(diào)節(jié)，從而提高供電的平安性和經(jīng)濟(jì)性。輸電線路與變電所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通常稱電力網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)的信息與控制系統(tǒng)由各種檢測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、平安保護(hù)裝置、自動(dòng)控制裝置以及監(jiān)控自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)組成。電力系統(tǒng)的構(gòu)造應(yīng)保證在先進(jìn)的技術(shù)裝備和高經(jīng)濟(jì)效益的根底上，實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)與消費(fèi)的合理協(xié)調(diào)。根據(jù)電力系統(tǒng)中裝機(jī)容量與用電負(fù)荷的大小，以及電源點(diǎn)與負(fù)荷中心的相對(duì)位置，電力系統(tǒng)常采用不同電壓等級(jí)輸電如高壓輸電或超高壓輸電，以求得最正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)電流的特征，電力系統(tǒng)的輸電方式還分為交流輸電和直流輸電。交流輸電應(yīng)用最廣。直流

19、輸電是將交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)整流后采用直流電傳輸。由于自然資源分布與經(jīng)濟(jì)開(kāi)展水平等條件限制，電源點(diǎn)與負(fù)荷中心多處于不同地區(qū)。由于電能目前還無(wú)法大量?jī)?chǔ)存，輸電過(guò)程本質(zhì)上又是以光速進(jìn)展，電能生產(chǎn)必須時(shí)刻保持與消費(fèi)平衡。因此，電能的集中開(kāi)發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī)變化，就成為制約電力系統(tǒng)構(gòu)造和運(yùn)行的根本特點(diǎn)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。2.2繼電保護(hù)2.2.1 電力系統(tǒng)開(kāi)展簡(jiǎn)史繼電保護(hù)是隨著電力系統(tǒng)的開(kāi)展而開(kāi)展起來(lái)的。20世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的開(kāi)展，繼電器開(kāi)場(chǎng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)，這時(shí)期是繼電保護(hù)技術(shù)開(kāi)展的開(kāi)端。最早的繼電保護(hù)裝置是熔斷器。從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年的時(shí)

20、間里，繼電保護(hù)完成了開(kāi)展的4個(gè)階段，即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速開(kāi)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向開(kāi)展。在19世紀(jì)里，作為最早的繼電保護(hù)裝置熔斷器已開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用。電力系統(tǒng)的開(kāi)展，電網(wǎng)構(gòu)造日趨復(fù)雜，短路容量不斷增大，到20世紀(jì)初期產(chǎn)生了作用于斷路器的電磁型繼電保護(hù)裝置。雖然在1928年電子器件已開(kāi)場(chǎng)被應(yīng)用于保護(hù)裝置，但電子型靜態(tài)繼電器的大量推廣和生產(chǎn)，只是在50年代晶體管和其他固態(tài)元器件迅速開(kāi)

21、展之后才得以實(shí)現(xiàn)。靜態(tài)繼電器有較高的靈敏度和動(dòng)作速度、維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、體積小、消耗功率小等優(yōu)點(diǎn)，但較易受環(huán)境溫度和外界干擾的影響。1965年出現(xiàn)了應(yīng)用計(jì)算機(jī)的數(shù)字式繼電保護(hù)。大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速開(kāi)展,微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用,極推動(dòng)了數(shù)字式繼電保護(hù)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，目前微機(jī)數(shù)字保護(hù)正處于日新月異的研究試驗(yàn)階段，并已有少量裝置正式運(yùn)行。2.2.2 研究現(xiàn)狀隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，圍越來(lái)越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置，遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長(zhǎng)期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)將出現(xiàn)何種特

22、征，如何盡快恢復(fù)其正常運(yùn)行等。系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運(yùn)行被破壞時(shí)，盡可能將其影響圍限制到最小，負(fù)荷停電時(shí)間減到最短。此外，機(jī)、爐、電任一局部的故障均影響電能的平安生產(chǎn)，特別是大機(jī)組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能平安生產(chǎn)的重大課題。因此，系統(tǒng)的繼電保護(hù)和平安自動(dòng)裝置的配置方案應(yīng)考慮機(jī)、爐等設(shè)備的承變能力，機(jī)爐設(shè)備的設(shè)計(jì)制造也應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)際需要。為了巨型發(fā)電機(jī)組的平安，不僅應(yīng)有完善的繼電保護(hù)，還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測(cè)技術(shù)。2.2.3 繼電保護(hù)的根本原理要完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)，首先必須“區(qū)分電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障三種運(yùn)行狀態(tài)，“甄別出發(fā)生故障和

23、出現(xiàn)異常的元件。而要進(jìn)展“區(qū)分和甄別，必須尋找電力元件在這三種運(yùn)行狀態(tài)下的可測(cè)參數(shù)繼電保護(hù)主要測(cè)電氣量的“差異，提取和利用這些可測(cè)參數(shù)的“差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分。依據(jù)可測(cè)電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運(yùn)行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過(guò)電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓和電流的比值即“測(cè)量阻抗等。發(fā)現(xiàn)并正確利用能可靠區(qū)分三種運(yùn)行狀態(tài)的可測(cè)參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護(hù)原理。對(duì)于我國(guó)常用的110kV及以下單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)如圖2.2和圖2.3所示，在正常運(yùn)行時(shí)，每條線路上都流

24、過(guò)由它供電的負(fù)荷電流,越靠近電源端，負(fù)荷電流越大。如果在線路B-C上發(fā)生三相短路，從電源到短路點(diǎn)之間將流過(guò)很大的短路電流。利用流過(guò)被保護(hù)元件中電流幅值的增大，可以構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)。圖2.2 正常運(yùn)行情況下的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)接線圖2.3 三相短路情況下的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)接線正常運(yùn)行時(shí)，各變電所母線上的電壓一般都在額定電壓的圍變化，且靠近電源端母線上的電壓略高。短路后，各變電所母線電壓有不同程度的降低，離短路點(diǎn)越近，電壓降得越低，短路點(diǎn)的相間或?qū)Φ仉妷航档偷搅?。利用短路時(shí)電壓幅值的降低，可以構(gòu)成低電壓保護(hù)。同樣，在正常運(yùn)行時(shí)，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負(fù)荷的等值阻抗及負(fù)荷阻抗角功率

25、因數(shù)角其數(shù)值一般較大，阻抗角較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測(cè)量點(diǎn)到短路點(diǎn)之間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時(shí)一般正比于該線路段的距離長(zhǎng)度，阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測(cè)量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構(gòu)成距離低阻抗保護(hù)。 如果發(fā)生的不是三相對(duì)稱短路，而是不對(duì)稱短路，則在供電網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)*些不對(duì)稱分量，如負(fù)序或零序電壓和電流等，并且其幅值較大。而在正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)對(duì)稱，負(fù)序和零序分量不會(huì)出現(xiàn)。利用這些序分量構(gòu)成的保護(hù)，一般都具有良好的選擇性和靈敏性，獲得了廣泛的應(yīng)用。2.2.4 繼電保護(hù)的組成圖2-4 繼電保護(hù)裝置的原理構(gòu)造圖1.測(cè)量局部測(cè)量局部是測(cè)量通過(guò)被保護(hù)的

26、電氣元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)展比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是“非性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。2.邏輯局部邏輯局部使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和圍，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或是否動(dòng)作及是否延時(shí)等，并將對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出局部。3.執(zhí)行局部執(zhí)行局部根據(jù)邏輯傳過(guò)來(lái)的指令，最后完成保護(hù)裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如在故障時(shí)動(dòng)作于跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)，而在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。2.2.5 對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的根本要求繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)根本要求。對(duì)于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù)，應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè)根本要

27、求，而對(duì)于作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，這四個(gè)根本要求中有些要求可以降低。1選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。2速動(dòng)性速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。一般必須快速切除的故障有:(1) 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。(2) 大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)部故障。(3) 中、低壓線路導(dǎo)線截面過(guò)小，為防止

28、過(guò)熱不允許延時(shí)切除的故障。(4) 可能危及人身平安、對(duì)通信系統(tǒng)或鐵路信號(hào)造成強(qiáng)烈干擾的故障。故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.04s0.08s，最快的可達(dá)0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s0.15s，最快的可達(dá)0.02s0.06s。對(duì)于反響不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，一般不要求快速動(dòng)作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào)。3靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)圍發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反響能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的圍故障時(shí)，不管短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能正確反響動(dòng)

29、作，即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)較大的過(guò)渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式：被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)最小運(yùn)行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。4可靠性可靠性包括平安性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求。平安性：要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。信賴性：要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)圍發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)

30、帶來(lái)嚴(yán)重危害。即使對(duì)于一樣的電力元件，隨著電網(wǎng)的開(kāi)展，保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化。以上四個(gè)根本要設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的根底。這四個(gè)根本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的構(gòu)造和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)展統(tǒng)一。2.2.6開(kāi)展趨勢(shì)微機(jī)保護(hù)經(jīng)過(guò)近20年的應(yīng)用、研究和開(kāi)展，已經(jīng)在電力系統(tǒng)中取得了巨大的成功，并積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)歷，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展以及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中，以期取得更好的

31、效果，從而使微機(jī)繼電保護(hù)的研究向更高的層次開(kāi)展，繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信-體化開(kāi)展。第3章電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)3.1 電力系統(tǒng)零序電流3.1.1 零序電流簡(jiǎn)介在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即如果在三相四線中接入一個(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)局部的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件跳閘。這里所接的互感器稱為零序電流

32、互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。3.1.2 零序電流產(chǎn)生原因1、無(wú)論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)稱，都有零序電壓的產(chǎn)生；2、零序電流有通路。以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無(wú)來(lái)源。缺少第二個(gè)，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問(wèn)題。零序電流公式:正序、負(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出 現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象時(shí)，把三相的不對(duì)稱分量分解成對(duì)稱分量正、負(fù)序及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個(gè)分量有點(diǎn)像力的合成與分解，但很多情況下*個(gè)分量的數(shù)值為零。對(duì)于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對(duì)稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零這就是

33、我們常說(shuō)正常狀態(tài)下只有正序分量的原因。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，三相變得不對(duì)稱了，這時(shí)就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了有時(shí)只有其中的一種，因此通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出了毛病特別是單相接地時(shí)的零序分量。3.1.3 電力系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序當(dāng)前世界上的交流電力系統(tǒng)一般都是ABC三相的，而電力系統(tǒng)的正序，負(fù)序，零序分量便是根據(jù)ABC三相的順序來(lái)定的。正序：A相領(lǐng)先B相120度，B相領(lǐng)先C相120度，C相領(lǐng)先A相120度。負(fù)序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。零序：ABC三相相位一樣，哪一相也不領(lǐng)先，也不落后。由線性數(shù)學(xué)計(jì)算可知:三個(gè)不對(duì)稱的相

34、量，可以唯一地分解為三組對(duì)稱的相量 (分量)。因此，在線性電路中，系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的三相不對(duì)稱的電壓和電流，分解為正、負(fù)、零序三組對(duì)稱分量，分別按對(duì)稱三相電路去解，然后將其結(jié)果疊加起來(lái)。這種分析不對(duì)稱三相電路的方法叫對(duì)稱分量法。 任意一組不對(duì)稱的三相正弦電壓或電流相量都可以分解成三相對(duì)稱的分量，一組是正序分量，用下標(biāo)“1表示，相序與原不對(duì)稱正弦量的相序一致，即A一B一C的次序，各相位互差120度。一組是負(fù)序分量，用下標(biāo) “2'表示，相序與原正弦量相反，即A一C一B,相位間也差120度。另一組是零序分量，用下標(biāo) “0，表示，三相的相位一樣。3.2對(duì)稱分量法3.2.1 電

35、力系統(tǒng)的對(duì)稱分量方法介紹在進(jìn)展電力系統(tǒng)的分析時(shí)。一般認(rèn)為電力系統(tǒng)的電路是對(duì)稱的，各相短路電流及系統(tǒng)同一地點(diǎn)各相電壓可以認(rèn)為是相等的，三相電路往往只需要取一相來(lái)分析。但是實(shí)際并不是如此，因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)在發(fā)生短路時(shí)，電路的對(duì)稱性遭到破壞，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了不對(duì)稱的電流與電壓。圖3-1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖如上面的電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖所示，電力系統(tǒng)的(a)相在a 點(diǎn)發(fā)生短路，在故障點(diǎn)a，出現(xiàn)了短路電流，即：，均不為零，。這樣電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了明顯的不對(duì)稱。對(duì)電力系統(tǒng)的分析不能在按照對(duì)稱電路的方法來(lái)分析，求解變得非常復(fù)雜。能否把這種不對(duì)稱電路通過(guò)一定的方法轉(zhuǎn)換為對(duì)稱電路來(lái)分析、計(jì)算呢.答復(fù)是肯定的。本世紀(jì)初，美國(guó)學(xué)者

36、Fortescue 首次提出了對(duì)稱坐標(biāo)分量方法。即：對(duì)于三相不對(duì)稱系統(tǒng)而言，就是一組三相不對(duì)稱三相電氣量看成三組不同的對(duì)稱分量之和，應(yīng)用迭加原理，將這三組對(duì)稱分量分別施加到網(wǎng)絡(luò)后即可以按三相對(duì)稱電路求解，再將運(yùn)算結(jié)果迭加在一起，就是不對(duì)稱電路的綜合解。這就是對(duì)稱分量法。3.2.2對(duì)稱分量法原理電工中分析對(duì)稱系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)的一種根本方法。電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器、電動(dòng)機(jī)等都是三相對(duì)稱元件，經(jīng)過(guò)充分換位的輸電線根本上也是三相對(duì)稱的。對(duì)于這種三相對(duì)稱系統(tǒng)的分析計(jì)算可以方便地用單相電路的方法求解。 任何不對(duì)稱的三相相量 A，B，C 可以分解為三組相序不同的對(duì)稱分量：正序分量，負(fù)序分量，零

37、序分量，。即存在如下關(guān)系： 3-1由于各相的分量均為對(duì)稱分量，如一相的正序，負(fù)序和零序分量，令該相為“基準(zhǔn)相通常為a相，則可求出其它相的各序分量，關(guān)系為： 3-2逆變換為： 3-3不對(duì)稱故障時(shí)，要特別關(guān)注電壓和電流的零序分量。零序電流存在條件：三個(gè)向量之和不等于0，由于三相零序完全相等，必須以中性點(diǎn)為通路和地。如圖3.1所示：圖3-2 零序電流向量圖3.3電力系統(tǒng)零序電流保護(hù)3.3.1 零序電流保護(hù)的原則零序電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)具有簡(jiǎn)單、可靠、動(dòng)作正確率高，受弧光及接地電阻影響小，不受負(fù)荷及振蕩影響，有相繼動(dòng)作的性能，這些優(yōu)點(diǎn)都只能在選擇適當(dāng)合理的運(yùn)行方式并正確的整定才能得到發(fā)揮。為了用好零序電流保

38、護(hù)，提出以下原則：1.系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式應(yīng)根本保持不變。(1)變電所只有一組變壓器，如果是接地運(yùn)行，則接地點(diǎn)不應(yīng)斷開(kāi)。(2)變電所只有二組變壓器，如果不都是自耦變壓器，則應(yīng)只將其中一組變壓器中性點(diǎn)接地。(3)變電所有二組以上變壓器，應(yīng)經(jīng)常保持中性點(diǎn)接地的變壓器組數(shù)或容量不變。2.正常使用的整定值應(yīng)按照經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行方式作為依據(jù)。每一個(gè)變電所一般只考慮一回線停檢，不考慮同時(shí)兩回線停檢。對(duì)一年中僅短時(shí)出現(xiàn)的特殊運(yùn)行方式，如由于變壓器檢修而不能滿足接地點(diǎn)保持不變的要求時(shí)，則臨時(shí)處理，如停有關(guān)的零序電流保護(hù)段或改變定值(有條件的可以多裝一些零序電流保護(hù)段以備特殊運(yùn)行方式時(shí)使用)也可使零序電流

39、保護(hù)臨時(shí)與高頻保護(hù)配合等等措施。3.線路零序阻抗參數(shù)以及三相三柱變壓器的零序阻抗應(yīng)以實(shí)測(cè)值為依據(jù)。4.對(duì)零序方向元件的使用問(wèn)題。為提高零序電流保護(hù)動(dòng)作的可靠性，盡可能不用零序方向，只有在加零序方向后可以使保護(hù)圍或保護(hù)相互配合關(guān)系上帶來(lái)顯著效果時(shí)，才予以考慮。5.適當(dāng)增加零序電流段數(shù)，便于運(yùn)行中靈活使用(包括運(yùn)行方式變更時(shí)，不必改定值而通過(guò)操作壓板處理，作為旁路開(kāi)關(guān)保護(hù)，在代替不同線路時(shí)使用比較靈活)，對(duì)短路線路配合需要增加段數(shù)。6.變壓器220千伏側(cè)的開(kāi)關(guān)，應(yīng)根據(jù)需要裝設(shè)防止開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行的保護(hù)，以防止由于變壓器出現(xiàn)非全相運(yùn)行使系統(tǒng)零序電流保護(hù)誤動(dòng)作。保護(hù)可按開(kāi)關(guān)三相位置不對(duì)應(yīng)且有零序電流時(shí)，

40、以較短的時(shí)限跳閘。零序電流動(dòng)作值及時(shí)間的整定應(yīng)保證較線路的零序電流保護(hù)靈敏。雙母線的母聯(lián)開(kāi)關(guān)也應(yīng)根據(jù)需要裝設(shè)上述保護(hù)。7.如果經(jīng)過(guò)制造研究部門及生產(chǎn)使用等部門的共同努力，采取有效措施，使保護(hù)的級(jí)差時(shí)間由原有的0.5秒縮短為0.20.3秒，各保護(hù)段時(shí)間得以相應(yīng)縮短，這樣即使沒(méi)有裝設(shè)高頻保護(hù)，相當(dāng)一部份線路故障時(shí)，也能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。此外，對(duì)一些不易整定的短線群，可用適當(dāng)增加保護(hù)段數(shù)的方法來(lái)解決。3.3.2 零序電流保護(hù)原理當(dāng)中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法的計(jì)算，將出現(xiàn)很大的零序電流，而在正常運(yùn)行時(shí)，這種電流是不會(huì)出現(xiàn)的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，可以利用零序電流來(lái)構(gòu)成接地短路的保護(hù)，就

41、有比較好的結(jié)果。圖3-3 零序保護(hù)的系統(tǒng)接線及零序電壓的分布零序電流可以看為在短路點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)短路電壓而產(chǎn)生的，但是它必須經(jīng)過(guò)變壓器的接地中性點(diǎn)而形成回路。對(duì)于零序電流，認(rèn)定母線流向故障點(diǎn)為正。零序電壓的正方向?yàn)椋壕€路高于的電壓為正。圖3-4 零序網(wǎng)絡(luò)接線圖 圖3-5 忽略電阻與考慮電阻時(shí)的向量圖從相關(guān)的分析可以發(fā)現(xiàn)，零序分量具有以下的特點(diǎn)：故障點(diǎn)的零序電壓最高，系統(tǒng)中距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，零序電壓的分布如上圖所示，在變電所A母線上零序電壓為，變電所B 母線上零序電壓為。由于零序電流是有零序電壓產(chǎn)生的，在忽略線路的電阻時(shí)，它應(yīng)該引前短路電壓90；當(dāng)計(jì)及線路電阻時(shí)電流引前的角度更加大。從

42、任一保護(hù)如保護(hù)1安裝處的零序電壓與電流間的關(guān)系看，由于A母線上的零序電壓實(shí)際上是從該點(diǎn)到零序網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)之間零序阻抗上的電壓降，可以表示為：,為變壓器的零序阻抗。該處的零序電流與電壓間的相位差也由決定。而與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果送電線路及中性點(diǎn)接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗與零序等效網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)發(fā)生變化。但是，系統(tǒng)的正序阻抗與負(fù)序阻抗要隨著運(yùn)行方式的變化而變化，正、負(fù)序電壓的變化引起、之間電壓分配的變化，間接地影響零序分量的變化，但是影響較小。3.3.3 零序電流保護(hù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)零序過(guò)電流保護(hù)的靈敏度高，零序過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限也較相間保護(hù)為

43、短；(2) 零序電流保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響要小得多，零序I段的保護(hù)圍較大，也較穩(wěn)定，零序段的靈敏系數(shù)也易于滿足要求；(3)當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生*些不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，例如系統(tǒng)振蕩，短時(shí)過(guò)負(fù)荷等、三相是對(duì)稱的，相間短路的電流保護(hù)均將受它們的影響而可能誤動(dòng)作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保護(hù)則不受它們的影響；(4)零序功率方向元件無(wú)死區(qū)。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，由于零序電流保護(hù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。零序電流保護(hù)的缺點(diǎn)是：(1)對(duì)于短路線路或運(yùn)行方式變化很大的情況，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求；(2)隨著單相重合閘的廣泛應(yīng)用，在重合閘動(dòng)作的過(guò)程中將出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)

44、、再考慮系統(tǒng)兩側(cè)的電機(jī)發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)較大的零序電流，因而影響零序電流保護(hù)的正確工作，此時(shí)應(yīng)從整定計(jì)算上予以考慮，或在單相重合閘動(dòng)作過(guò)程中使之短時(shí)退出運(yùn)行；(3)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)(例如110kV和220kV電網(wǎng))、則任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，這將使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大第段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。第4章.單片機(jī)的A/D擴(kuò)展4.1 STC89C52單片機(jī)4.1.1 STC89C52RC單片機(jī)介紹STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/

45、機(jī)器周期可以任意選擇。主要特性如下：增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051工作電壓：5.5V3.3V5V單片機(jī)/3.8V2.0V3V單片機(jī)工作頻率圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口32個(gè)，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻ISP在系統(tǒng)可編程/IAP在應(yīng)用可編程，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口R*D/P3.0,T*D

46、/P3.1直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看門狗功能共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口UART，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度圍：-40+85工業(yè)級(jí)/075商業(yè)級(jí)PDIP封裝4.1.2 STC89C52RC單片機(jī)的工作模式掉電模式：典型功耗<0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4mA7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備STC

47、89C52RC引腳功能說(shuō)明VCC40引腳：電源電壓VSS20引腳：接地P0端口P0.0P0.7，3932引腳：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1端口P1.0P1.7，18引腳：P1口是一個(gè)帶部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)吸收或者輸出電流方式4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)

48、，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛胁可侠娮?，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入P1.0/T2和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2E*，具體參見(jiàn)下表：在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。表4.1 P1口功能特性引腳號(hào)功能特性P1.0T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出P1.1T2E*定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制P2端口P2.0P2.7，2128引腳：P2口是一個(gè)帶部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流方

49、式4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛胁康纳侠娮瑁切┍煌獠啃盘?hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器如執(zhí)行“MOV* DPTR指令時(shí)，P2送出高8位地址。在8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器如執(zhí)行“MOV* R1”指令時(shí)，P2口引腳上的容就是專用存放器SFR區(qū)中的P2存放器的容，在整個(gè)期間不會(huì)改變。4.2 A/D轉(zhuǎn)換接口4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述1.A/D轉(zhuǎn)換方式A/D轉(zhuǎn)換方式的方法很多，包括計(jì)數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式、并行式、串并式以及非線性式等。常用的有雙積分式和逐次逼近式。1逐次逼近

50、式A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是采用最廣泛的一種A/D轉(zhuǎn)換方法，如以下列圖。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器由逐次逼近存放器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯等組成。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、精度高，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間是微秒級(jí)。2雙積分A/D轉(zhuǎn)換雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理如上圖所示，它包括基準(zhǔn)電壓、積分器、檢零比較器、電子開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器以及控制邏輯，其原理波形如上圖所示。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，適合于速度不高的場(chǎng)合，如數(shù)字式溫度測(cè)量等方面。2.主要技術(shù)指標(biāo)1分辨率分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨模擬量最小變化量的能力，一般用數(shù)字量最低有效位所對(duì)應(yīng)的模擬電壓值來(lái)表

51、示，n位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是。假設(shè)n=12，則分辨率為12位，或分辨率為滿量程電壓的1/4096。假設(shè)滿量程電壓為10V，則分辨率為2.44mV。2量化誤差量化誤差是由于ADC的有限分辨率引起的誤差，這是連續(xù)的模擬信號(hào)在整數(shù)量化后的固有誤差。對(duì)于四舍五入的量化差，量化誤差在±1/2LSB之間。3轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度反映A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出接近理想輸出的精度程度，通常采用數(shù)字量的最低有效位LSB來(lái)表示。4轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。概述ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根

52、據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換，目前已經(jīng)淘汰。主要特性18路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?轉(zhuǎn)換時(shí)間為(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，時(shí)鐘為500kHz時(shí)4單個(gè)+5V電源供電5模擬輸入電壓圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6工作溫度圍為-40+85攝氏度7低功耗，約15mV。部構(gòu)造ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，部構(gòu)造如下列圖，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近存放器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。外部特性引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，

53、如上圖所示。下面說(shuō)明各引腳功能。IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖至少100ns寬使其啟動(dòng)脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC： A/D轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸出一個(gè)高電轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，此端輸入一高電平，才能翻開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640kHz。R

54、EF+、REF-：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+5V。GND：地。4.2.3 ADC0809工作過(guò)程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近存放器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)展。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換完畢，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門翻開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)展處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥?/p>

55、確認(rèn)完成后，才能進(jìn)展傳送。為此可采用下述三種方式。（1） 定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。（2） 查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。（3） 中斷方式把說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種

56、方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)承受。4.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口要考慮的問(wèn)題1. 數(shù)字量輸出首先要考慮A/D轉(zhuǎn)換器芯片部是否有三態(tài)輸出緩沖器，如果有，則可以將A/D的數(shù)字量輸出線直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線項(xiàng)鏈，否則A/D的數(shù)字量輸出線必須通過(guò)輸入接口電路與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連。2. 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)用于啟動(dòng)A/D開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)，一般用單片機(jī)的寫指令與地址譯碼信號(hào)想結(jié)合產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)。要注意啟動(dòng)信號(hào)的極性是脈動(dòng)啟動(dòng)還是電平啟動(dòng)以及對(duì)脈沖寬度的要求等。3. 轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器提供的A/D轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，表示A/D轉(zhuǎn)換是否完成，并用該信