《kV線路微機(jī)高頻保護(hù)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《kV線路微機(jī)高頻保護(hù)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和提高電能質(zhì)量的重要工具，而且，電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。因此，對(duì)繼電保護(hù)的要求也越來(lái)越高。 高頻保護(hù)是110kV及以上輸電線路的主保護(hù)，也是高壓電網(wǎng)保護(hù)的第一道防線，能夠?qū)θ€路故障實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)限切除，這是高頻保護(hù)的重大優(yōu)點(diǎn)，所以，在超高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定措施中高頻保護(hù)受到高度重視。 本次的設(shè)計(jì)是110kV線路微機(jī)高頻保護(hù)。本文首先簡(jiǎn)要介紹了電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展方向。接著詳細(xì)論述了110KV線路微機(jī)繼電保護(hù)的構(gòu)成以及各個(gè)部分的工作原理，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括三大部分：硬件電路設(shè)計(jì)，軟件部

2、分設(shè)計(jì)和高頻保護(hù)參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定。和件結(jié)構(gòu)夠 硬件電路主要由CPU主系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)構(gòu)成，軟件設(shè)計(jì)，主要包括高頻保護(hù)的主程序、中斷服務(wù)程序和故障處理程序設(shè)計(jì)，軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。 關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；微機(jī)保護(hù)；高頻距離保護(hù)；高頻零序保護(hù) Abstract In the electrical power system, the relay protection is guaranteed the electrical power system safe operation and improves the electrical energy quality,

3、 moreover, the electrical power system scale is expanding unceasingly, the user unceasingly is also enhancing to the electrical energy quality request. Therefore, more and more is also high to the relay protection request. The high frequency protection is 110kV and above transmission line host pro

4、tection, also is the first defense line which the high tension line protects, can realize the non-time limit excision to the entire line fault, this is the high frequency protection significant merit, therefore, receives in the ultrahigh voltage electrical network stable measure intermediate frequen

5、cy protection takes highly. This time design is the 110kV line microcomputer high frequency protection. This article first was brief introduced the electrical power system microcomputer relay protection development history, the present situation, the technical characteristic and the development dir

6、ection. Then in detail elaborated the 110KV line microcomputer relay protection constitution as well as each part of principle of work, the design content including three major parts: Hardware circuit design, software part design and high frequency protection parameter computation and movement value

7、 installation. Hardware electric circuit mainly by CPU host system, data acquisition system, with switch quantity input/ output system constitution, the software design mainly includes the high frequency protection the master routine, the interrupt service and the breakdown disposal procedure desi

8、gn, the software and hardware union realization protection function. Key words：Relay protection；Microcomputer protection； High frequency distance protection；High frequency zero foreword protection 目 錄 第1章 緒論1 1.1電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的概述和發(fā)展歷程1 電力系統(tǒng)及微機(jī)保護(hù)概述1 微機(jī)保護(hù)的發(fā)展歷程1 1.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于該課題的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)2 1.3微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向2 第

9、2章 硬件部分設(shè)計(jì)3 2.1總體設(shè)計(jì)方案3 2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 電壓形成3 采樣保持電路（S/H）4 有源濾波器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)4 模擬多路開(kāi)關(guān)5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）6 2.3微機(jī)主系統(tǒng)6 2.3.1CPU(中央處理器)6 開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路9 人機(jī)接口回路11 2.4跳閘回路設(shè)計(jì)11 第3章 高頻保護(hù)參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定13 3.1高頻保護(hù)概述13 3.2高頻通道及其工作方式13 3.3高頻保護(hù)的算法14 3.4傅里葉級(jí)數(shù)算法15 3.5高頻距離參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定17 3.6 高頻零序參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定19 第4章 高頻保護(hù)軟件設(shè)計(jì)21 4.

10、1高頻保護(hù)功能概述21 4.2 高頻保護(hù)程序設(shè)計(jì)22 高頻保護(hù)的主程序流程圖說(shuō)明22 高頻保護(hù)的中斷服務(wù)程序流程圖說(shuō)明25 高頻保護(hù)的故障處理程序流程圖說(shuō)明28 4.2.4 振蕩閉鎖程序流程圖錯(cuò)誤！未定義書簽。 第5章 結(jié)論38 參考文獻(xiàn)39 致謝40 第1章 緒 論 1.1電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的概述和發(fā)展歷程 1.1.1 電力系統(tǒng)及微機(jī)保護(hù)概述 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)巨大的統(tǒng)一的整體，一旦損毀不僅帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)本身穩(wěn)定和工業(yè)生產(chǎn)及人民生活產(chǎn)生巨大影響。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、非線性的大系統(tǒng)，具有許多其它系統(tǒng)所沒(méi)有的特殊性，隨著電力系統(tǒng)不斷向高電壓、遠(yuǎn)距

11、離、大容量的方向發(fā)展，系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日益復(fù)雜，這就對(duì)系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置提出了更高的要求，即要求選擇性更好、可靠性更高、動(dòng)作速度更快。 1.1.2 微機(jī)保護(hù)的發(fā)展歷程 近三十年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已廣泛而深入地影響著人類社會(huì)的各個(gè)方面，如科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)制造和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。同樣，計(jì)算機(jī)技術(shù)也影響到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。 繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中占有重要地位。我國(guó)從七十年代末就開(kāi)始了微機(jī)繼電保護(hù)的研究，高等院校和科研院所在這里面起到了先導(dǎo)的作用，相繼研制出了不同原理和不同型式的微機(jī)繼電保護(hù)裝置。自從1984年4月由我國(guó)自行研制的第一套微機(jī)線路保護(hù)裝置在河北馬頭電

12、廠投入實(shí)際運(yùn)行以來(lái)，微機(jī)繼電保護(hù)已經(jīng)在我國(guó)取得了很大的發(fā)展，隨后在投入批量生產(chǎn)后，從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始在我國(guó)電網(wǎng)中逐步得到實(shí)際應(yīng)用。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)用電量需求的不斷增大，各大高校與科研院所在微機(jī)繼電保護(hù)方面進(jìn)行了深入研究，國(guó)內(nèi)幾大繼電保護(hù)生產(chǎn)廠家也紛紛轉(zhuǎn)向微機(jī)繼電保護(hù)的研發(fā)和生產(chǎn)。各種保護(hù)原理方案、算法的微機(jī)線路保護(hù)和微機(jī)主設(shè)備保護(hù)相繼問(wèn)世，為電力系統(tǒng)提供了一批優(yōu)質(zhì)可靠的微機(jī)繼電保護(hù)裝置，同時(shí)也積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的深入研究，在微機(jī)保護(hù)軟件算法等方面也取得了很多的理論成果。我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)己進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代，并且也帶動(dòng)了變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展。當(dāng)前，微機(jī)線路保

13、護(hù)裝置已廣泛應(yīng)用于我國(guó)電力系統(tǒng)中。 隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，不斷有新的改善繼電保護(hù)性能的原理和方案出現(xiàn)。這些原理和方案同時(shí)也對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置硬件提出了更高的要求。由于集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置硬件的發(fā)展也十分迅速，功能更豐富，性能更加完善。 1.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于該課題的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前應(yīng)用于國(guó)內(nèi)微機(jī)繼電保護(hù)裝置中的處理器主要有三類:單片機(jī)、DSP和嵌入式處理器。 單片機(jī)通過(guò)大規(guī)模集成電路技術(shù)將CPU, ROM, RAM和I/0接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高、接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快、功耗低、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。因此高等院校和科研單位紛紛研制采用單片機(jī)的微機(jī)繼電保護(hù)

14、裝置，而且由于單片機(jī)價(jià)格低廉，現(xiàn)階段應(yīng)用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)仍是我國(guó)微機(jī)保護(hù)的主流產(chǎn)品。 為了克服單片機(jī)運(yùn)算能力弱的缺點(diǎn)，推出了一系列與個(gè)人計(jì)算機(jī)軟硬件兼容的嵌入式處理器，如INTEL386EX, AMD386/486E等。由于可利用PC豐富的開(kāi)發(fā)環(huán)境、應(yīng)用軟件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)，因而一經(jīng)推出就得到了眾多工控廠家的歡迎，并紛紛在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出工SA, STD, PC104等總線工控主板。該嵌入式處理器具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此 STD工控機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動(dòng)化產(chǎn)品中得到了最為廣泛的應(yīng)用。 而新一代處理器DSP具有相當(dāng)強(qiáng)大的處理能力、快速的指令周期、哈佛結(jié)構(gòu)、流水操作、專用乘法器、特殊的指令，加上集成電

15、路優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使DSP的指令周期達(dá)到200ns。將DSP應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和付立葉變換算法的計(jì)算時(shí)間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理的功能，還可以完成以往主要由CPU完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。 微機(jī)繼電保護(hù)產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并由于其相對(duì)于傳統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品(整流型、集成電路型等)的一系列優(yōu)點(diǎn)，大大提高了電力系統(tǒng)供電的安全性和可靠性，促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展。 1.3微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向 隨著我國(guó)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，微機(jī)保護(hù)裝置的研究設(shè)計(jì)工作應(yīng)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相適應(yīng)，使微機(jī)保護(hù)既保持其相對(duì)獨(dú)立性，又

16、要具備有與變電站監(jiān)控系統(tǒng)接口的條件及遠(yuǎn)方控制功能，以適應(yīng)無(wú)人值守變電站的改造。同時(shí)，隨著新理論、新的硬件技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置也應(yīng)吸收其中適應(yīng)電力系統(tǒng)的部分，以提高微機(jī)保護(hù)的性能和技術(shù)水平。 第2章 硬件部分設(shè)計(jì) 2.1總體設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩大部分。其中硬件部分包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，CPU主系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件部分設(shè)計(jì)后還有跳閘出口電路及邏輯的等電路設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括高頻保護(hù)主程序設(shè)計(jì)，高頻保護(hù)中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)，高頻保護(hù)故障處理程序設(shè)計(jì)。為了軟件設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，還必須有高頻零序方向保護(hù)參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作之整定和高頻距離方向保護(hù)參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作之整定。最后是繪

17、制硬件原理圖，軟件流程圖，答辯，打印等工作。 硬件部分設(shè)計(jì) 微機(jī)保護(hù)的硬件一般包括以下三個(gè)部分： （1） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓的形成，模擬濾波，采樣保持電路（S/H）多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（MPX），以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能模塊，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為微型機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量。 （2） 微機(jī)主系統(tǒng) 微型機(jī)主系統(tǒng)主要包括微處理器，只讀存儲(chǔ)器，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，定時(shí)器，并行接口以及串行接口多等。微型機(jī)執(zhí)行編制好的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理，完成各種繼電保護(hù)的測(cè)量，邏輯，和控制功能。 （3） 開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)由微型機(jī)

18、的并行接口（PIA/PIO），光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘信號(hào)，外部觸點(diǎn)輸入，人機(jī)對(duì)話及通信等功能。 2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電壓形成 本次微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路的電壓互感器或上取得信息，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器只能對(duì)一定范圍內(nèi)的輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故需要降低和變換電壓，將輸入信號(hào)變換為滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程要求范圍內(nèi)的電壓信號(hào)。因此，采用中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上的變換，將交流信號(hào)變換為比例的電壓信號(hào)，可以采用電抗變換器，電壓變換器或電流變換器。 但是，目前在微機(jī)保護(hù)中采用電壓變換器方式的為多，主要原因是由于在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)電流信號(hào)在最嚴(yán)重的短路故障時(shí)，其幅度可能達(dá)

19、到正常信號(hào)的10到20倍，為使ADC在短路時(shí)也能不失真，為不使隔離系統(tǒng)的鐵心飽和．通常采用針模合金材料作鐵芯。 綜合比較以上變換器后，本次設(shè)計(jì)采用電壓變換器將電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)。 采樣保持電路（S/H） (一)采樣保持器的作用 輸人到微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的電壓、電流等模擬量信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓形成環(huán)節(jié)變換成所要求的電壓值后，再經(jīng)模擬低通濾波器(ALF)進(jìn)入采樣保持器。所謂采樣，就是CPU每隔一個(gè)固定的時(shí)間間隔Ts讀一次數(shù)據(jù)。Ts稱為采樣周期。采樣周期的倒數(shù)稱為采樣頻率。 采樣保持器的作用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量模擬輸入量在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其

20、輸出不變。常用的繼承采樣保持器有多種，本次設(shè)計(jì)采用LF-398型采樣保持芯片。 (二)對(duì)采樣保持電路的要求 高質(zhì)量的采樣保持電路應(yīng)滿足以下幾方面要求： (1)最小采樣寬度Tc，(或稱為截獲時(shí)間)要盡量短，以滿足對(duì)快速變化的信號(hào)的采樣要求； (2)在截獲時(shí)間內(nèi)，使Ch上的電壓能按一定精度跟蹤上U1的變化， 一般要求跟蹤誤差小于0．1％； (3)在信號(hào)保持期間，保持電壓應(yīng)基本不變。通常用該電壓的下降率來(lái)表示保持能力。 (4)模擬開(kāi)關(guān)的動(dòng)作延時(shí)、閉合電阻和開(kāi)斷時(shí)的漏電流要小。 總的來(lái)說(shuō)，阻抗變換器的質(zhì)量在很大程度上決定了采樣保持器的質(zhì)量．同時(shí)，上面的要求也與電容器的容量有關(guān)。就截獲

21、時(shí)間而言，希望Ch越小越好，但是就保持時(shí)間而言，則希望Ch越大。因此在設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，虛根據(jù)實(shí)際要求來(lái)考慮如何選擇Ch。 本次設(shè)計(jì)選用LF-398采樣保持芯片。 有源濾波器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 在故障電壓或電流等模擬量進(jìn)入采樣保持器之前，用一個(gè)模擬低通濾波器(ALF)將高頻分量濾掉，僅讓1/2f以下的頻率分量通過(guò)，就可降低采樣頻率值，從而降低對(duì)微機(jī)系統(tǒng)硬件過(guò)高的要求。 有源濾波器是指出RC與運(yùn)算放大器構(gòu)成的濾波電路。邊過(guò)在RC網(wǎng)絡(luò)中引入有源器件，就能實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)在s域左半平面出現(xiàn)共軛極點(diǎn)，得到良好的濾波特性。 在微機(jī)保護(hù)中，通常采用二階或三階有源低通濾波電路。圖2.1為—種二階有源濾波器

22、，這種電路也稱為單端正反饋低通濾波器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：僅使用一個(gè)運(yùn)算放大器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，RC元件少，缺點(diǎn)是元件參數(shù)的變化對(duì)濾波效果影響較大。 圖2.1 二階有源低通濾波器 電路中各參數(shù)為：C1=0.33Uf,R1＝2．27kΩ，R2＝4.55kΩ，R3＝R4＝13．64kΩ，截止頻率f0＝150Hz，增益系數(shù)H。＝2，品質(zhì)因數(shù)Q＝0．70 6，這種濾波器的特性更接近干理想特性，此外，這種濾波器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用RC元件少，當(dāng)運(yùn)算放大器頻率特性偏離濾波器頻率特性時(shí)不易引起振蕩等優(yōu)點(diǎn)。這種濾波器的缺點(diǎn)是，元件參數(shù)變化時(shí)對(duì)濾波器的影響較大。 線路保護(hù)一般采用每周波12次采樣（即600次/秒），

23、根據(jù)采樣定理的要求，低通濾波器的截止頻率選在采樣頻率的一半，即300Hz。 模擬多路開(kāi)關(guān) 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又成多路轉(zhuǎn)換器，在分時(shí)檢測(cè)時(shí)利用多路開(kāi)關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次的或隨機(jī)的連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上。多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。為了提高過(guò)程參數(shù)的測(cè)量精度，在設(shè)計(jì)過(guò)程中視多路開(kāi)關(guān)為理想的，即接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零，切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。 用多路開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)通道切換，常用的多路開(kāi)關(guān)有AD7501（8通道），AD7506（16通道），CD4051（8通道）。本次設(shè)計(jì)采用CD4051。 CD4051是由C-MOS.FET（場(chǎng)效應(yīng)管）組成的單片多路開(kāi)關(guān)，它

24、是單端的8通道開(kāi)關(guān)，它有三根二進(jìn)制的控制輸入端A，B，C和一根禁止輸入端INH，片上有二進(jìn)制譯碼器，可由 A，B，C三個(gè)二進(jìn)制信號(hào)在8個(gè)通道中選一個(gè)，使輸入和輸出接通，而當(dāng)INH為高電平時(shí)，不論A，B，C為何值，8個(gè)通路均不通。 CD4051有很寬的數(shù)字和模擬信號(hào)電平，數(shù)字信號(hào)為3—15V，模擬信號(hào)峰-峰值為15Vp-p；當(dāng)VDD-VEE=15V，輸入范圍為15Vp-p；時(shí)，其導(dǎo)通電阻為80Ω；當(dāng)VDD-VEE=10V時(shí)，其斷開(kāi)時(shí)的漏電流為±10pA；靜態(tài)功耗為1uW。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D） (一)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)的基本原理 由于微機(jī)系統(tǒng)只能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算，而微機(jī)保護(hù)所能取得的電壓

25、、電流信號(hào)均為模擬信號(hào)，因此必須將采樣所得到的模擬量經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化和編碼的過(guò)程。 根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換的原理和特點(diǎn)的不同，可將A／D轉(zhuǎn)換分為直接式A／D轉(zhuǎn)換和間接式A／D轉(zhuǎn)換兩大類。直接式A／D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。常見(jiàn)的有逐次逼近式A／D、記數(shù)式A／D、并行轉(zhuǎn)換式A／D等。間接式A／D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)先變成中間變量，如脈沖周期T、脈沖頻率f脈沖寬度等，再將這些中間變量變成數(shù)字量，其中較常見(jiàn)的有單積分式A／D、雙積分式A／D、VFC轉(zhuǎn)換式A／D等。上述種種A／D變換中，以逐次逼近式和VFC轉(zhuǎn)換式在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用最廣。本次設(shè)計(jì)采用的

26、是ADC式變換。采用的芯片是AD574。 AD574是微機(jī)保護(hù)常用的一種芯片，是用逐次逼近原理實(shí)現(xiàn)的A/D變換器，分辨率為8位或12位，轉(zhuǎn)換時(shí)間25us。 2.3微機(jī)主系統(tǒng) CPU(中央處理器) 微型計(jì)算機(jī)由三類大規(guī)模集成的芯片組成，關(guān)鍵的一塊芯片是微處理器，習(xí)慣上叫CPU芯片，CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)工作的指揮中樞，計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行依賴于CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，CPU的性能好壞在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。它包括通用電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器部分。存儲(chǔ)器芯片是第二類芯片， 計(jì)算機(jī)利用存儲(chǔ)器把程序和數(shù)據(jù)保存起來(lái)，使計(jì)算機(jī)可以在脫離人的干預(yù)下自動(dòng)地工作，它的存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)時(shí)間直

27、接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。它主要用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)程序和數(shù)據(jù)的大小可以選擇多塊存儲(chǔ)器芯片。第三類芯片是輸入/輸出接口芯片，用以溝通計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)選用的是MCS-51中的8位單片機(jī)8031，它片內(nèi)沒(méi)有ROM，片內(nèi)RAM為128B，可以尋址64KB的片外程序存儲(chǔ)器，可以尋址64KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32根雙向和可單獨(dú)尋址的I/O線，一個(gè)全雙工的異步串行口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 1.系統(tǒng)工作原理 從被保護(hù)線路上采集電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓變換器后變成低壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)二階有源低通濾波器后，濾掉高頻部分，只讓 1/2采樣頻率一下

28、的分量通過(guò)，然后將得到的采樣值送入采樣保持電路LF398，以保證在ALD轉(zhuǎn)換期間內(nèi)，測(cè)量模擬輸入量，保持其輸出不變，上述過(guò)程為數(shù)據(jù)采樣過(guò)程，在本次設(shè)計(jì)中，這樣的數(shù)據(jù)采集一共有8路，分別將這8路采集信號(hào)送入8路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD4501，A，B，C組成二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)選中每一路時(shí)，每一路的信號(hào)經(jīng)過(guò)A10變換器AD574輸入單片機(jī)。 8031擴(kuò)展所用芯片有74LS373，74LS139，2764，6264等。如圖3.2。 2.鎖存器74LS373 74LS373是一種8D鎖存器，具有三態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出，該鎖存器由8個(gè)D門組成，有8個(gè)輸入端1D～8D，8個(gè)輸出端1Q～8Q，2個(gè)控制端——G和OE，使能端G

29、有效時(shí)，將D端數(shù)據(jù)打入鎖存器中D門，當(dāng)輸出允許端OE有效時(shí)，將鎖存器中鎖存的數(shù)據(jù)送到輸出端Q。 當(dāng)使能端G為高電平時(shí)，同時(shí)輸出允許端OE為低電平，則輸出Q=輸入D； 當(dāng)使能端G為低電平，而輸出允許端OE也為低電平時(shí)，則輸出Q=QO（原狀態(tài)，即使能端G由高電平變?yōu)榈碗娖角?，輸出端Q的狀態(tài)，這就是“鎖存”的意義）。 當(dāng)輸出允許端OE為高電平時(shí)，不論使能端G為何值，輸出端Q總為高阻態(tài)。74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及DMA頁(yè)面地址信息等。 3.只讀存儲(chǔ)器2764 2764A是8K×8位紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V電源供電，最大工作電流為75mA，維持電流為

30、35mA,讀出時(shí)間最大為250ns,為28腳雙列直插式封裝。 圖2.2 8031擴(kuò)展電路圖 4.隨機(jī)存儲(chǔ)器6264 6264是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功耗200mV,典型存取時(shí)間200ns,為28線雙列直插式封裝, 74LS139是“2-4”譯碼器，每個(gè)譯碼器僅有一個(gè)使能端，具有2個(gè)選擇輸入端，4個(gè)譯碼輸出，0電平有效。 5.8255是可編程接口電路 本次設(shè)計(jì)采用程序查詢方式，由計(jì)算機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，隨后通過(guò)程序查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志是否置位，等到置位后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入內(nèi)存。 假定CPU是8位機(jī)，即只有8根數(shù)據(jù)線，因而ADC574A中

31、的12/端子固定接地，端子同CPU的地址總線的低位直接相連，而12位的數(shù)據(jù)輸出線并聯(lián)后接至CPU的8位數(shù)據(jù)總線。ADC574A的三根基本控制線（）采 用標(biāo)準(zhǔn)接法，因而可以用CPU對(duì)地址寫和讀的指令來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換完成后的信息由ADC574A的狀態(tài)線STS經(jīng)并行口PB送給CPU。 多路開(kāi)關(guān)CD4501的三根路數(shù)選擇線分別接至并行口的PA~PA，因而CPU可以通過(guò)PA~PA賦值的指令控制多路開(kāi)關(guān)的切換，各采樣保持器芯片（LF398）的邏輯輸入端并聯(lián)后接至定時(shí)器的脈沖輸出端。定時(shí)器在再次發(fā)出采樣脈沖的同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷，以通知CPU來(lái)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作。 （一） 并行接口初始化

32、 規(guī)定PA~PA為輸出，并且賦值為0000，使多路開(kāi)關(guān)接通0通道，同時(shí)規(guī)定PB為輸入，以便CPU查詢STS狀態(tài)。 （二）采集數(shù)據(jù)寄存地址指針初始化 由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的各通道采樣值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，應(yīng)存放在一個(gè)規(guī)定的RAM區(qū)內(nèi)，通常稱為循環(huán)寄存區(qū)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是源源不斷輸入的，而寄存區(qū)是有限的，故只能不斷刷新舊數(shù)據(jù)而循環(huán)使用。但為了有一定的記憶能力，循環(huán)寄存區(qū)應(yīng)有一定的存儲(chǔ)容量。 為了CPU能知道下一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果應(yīng)存放在什么地址，在RAM區(qū)應(yīng)設(shè)置一個(gè)地址指針，在初始化時(shí)把循環(huán)寄存區(qū)的首地址存入指針。CPU在每次取得轉(zhuǎn)換結(jié)果后，總是把它存入指針指向的地址，然后指針指向下一個(gè)地址。指針內(nèi)容的更新在一般

33、情況下是加工，因?yàn)?2位的轉(zhuǎn)換結(jié)果要占兩個(gè)字節(jié)，但要檢查一下更新結(jié)果是否超出循環(huán)寄存器的末地址，如超出則應(yīng)重新回到首地址以保證循環(huán)使用。 （三）定時(shí)器初始化 微機(jī)系統(tǒng)的定時(shí)器（如Intel的8253和Motorola的6840）都是可編程的，使用非常靈活。定時(shí)器是定每次采樣的脈沖寬度，定它在每次發(fā)出采樣脈沖的同時(shí)請(qǐng)求中斷。 開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路 （1）開(kāi)關(guān)量輸入回路 開(kāi)關(guān)量的輸入回路是為了讀入外部接點(diǎn)的狀態(tài)，包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)，壓力繼電器接點(diǎn)，還包括某些裝置上壓板位置輸入等。 對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的開(kāi)光量輸入可分為兩大類： ① 安裝在裝置面板上的

34、接點(diǎn)。包括在裝置調(diào)試時(shí)用的或運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤接點(diǎn)以及切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。 ② 從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的接點(diǎn)。 圖2.3 開(kāi)光量輸入回路 本次設(shè)計(jì)采用的是裝置外部接點(diǎn)輸入回路。 圖2.3中方線框內(nèi)是一個(gè)光電耦合器件，集成在一個(gè)芯片內(nèi)，當(dāng)外部接點(diǎn)K1接通時(shí)，有電流通過(guò)光電器件的發(fā)光二極管電路，使光敏三極管導(dǎo)通。K1打開(kāi)時(shí)，則光敏三極管截止。光電耦合芯片的兩個(gè)互相隔離部分間的分布電容僅僅是幾皮法，可大大

35、削弱干擾。 （2）開(kāi)關(guān)量輸出回路 開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)等，一般采用并行接口的輸出口來(lái)控制有接點(diǎn)繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過(guò)一級(jí)光電隔離。 只要通過(guò)軟件使并行口的PB0輸出“0”，PB1輸出“1”，便可使與非門H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器K被吸合。 在初始化和需要繼電器K返回時(shí)應(yīng)使PB0輸出“1”，PB1輸出“0”。 設(shè)置反向器B1及與非門H1，而不將發(fā)光二極管直接同并行口相連，一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，另一方面是因?yàn)椴捎门c非門以后要滿足兩個(gè)條件才能使K動(dòng)作，增加了抗干擾能力。 圖2.4 開(kāi)關(guān)量輸

36、出回路 為了防止拉合直流電源的過(guò)程中繼電器K的短時(shí)誤動(dòng)，將PB0經(jīng)一反向器輸出，而PB1不經(jīng)反向器輸出。如圖2.4。 人機(jī)接口回路 鍵盤輸入回路 為了簡(jiǎn)便操作，保護(hù)裝置鍵盤的數(shù)量應(yīng)盡可能的減少。人機(jī)接口的面板上鍵盤只有七個(gè)鍵：“↑”，“↓”，“←”，“→”，“Q”(返回鍵)，“復(fù)位”和“確認(rèn)”鍵?！皬?fù)位”和“確認(rèn)”鍵用于裝置復(fù)位和操作確認(rèn)。正揚(yáng)科醫(yī)師的電路十分簡(jiǎn)單，操作也很方便，鍵盤輸入電路有兩種：獨(dú)立鍵盤電路和行列式鍵盤電路。 （1）獨(dú)立式按鍵 由于只需少量按鍵，因此可以采用最簡(jiǎn)單的獨(dú)立式鍵盤電路，如圖2.5所示，從而大大簡(jiǎn)化了電爐，也使鍵盤程序簡(jiǎn)單。 在監(jiān)控程序安排下

37、，接口CPU對(duì)74LS245輸出不停的檢測(cè)，由于每一個(gè)按鍵都有特定的鍵值，輸入CPU后，根據(jù)該鍵特定的鍵值就可以專項(xiàng)執(zhí)行該鍵的功能程序了，例如，按下“↑”，就轉(zhuǎn)向執(zhí)行將光標(biāo)移上一行的程序，當(dāng)鍵均未被按下時(shí)，74LS245接口芯片的輸入數(shù)碼為11111110即FEH，接口 CPU就認(rèn)為無(wú)鍵輸入。 （2）行列式按鍵 當(dāng)鍵的數(shù)量較多是采用行列式按鍵電路，可節(jié)省I/O。 圖2.5 獨(dú)立式鍵盤電路 2.4跳閘回路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)出口跳閘回路如圖所示：裝設(shè)了各跳閘出口繼電器KOF，啟動(dòng)繼電器KST及停信繼電器KHS。 啟動(dòng)繼電器動(dòng)作后啟動(dòng)發(fā)信，同時(shí)兼作總開(kāi)放繼電器，由其常開(kāi)觸點(diǎn)對(duì)跳閘回路及停信

38、繼電器24V電源的負(fù)極實(shí)現(xiàn)閉鎖。三個(gè)保護(hù)用的CPU分別驅(qū)動(dòng)各自的啟動(dòng)繼電器KST，KST的觸點(diǎn)接成三取二閉鎖方式，只有當(dāng)CPUl、CPU2、CPU3中至少有兩個(gè)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，才能開(kāi)故跳閘回路。 綜合重合閘裝置的啟動(dòng)元件KST作為重合閘回路的總閉鎖。CPU4的KST動(dòng)作后，為重合閘繼電器KRC(邏輯插件上)和重合閘信號(hào)繼電器KOH(信號(hào)插件上)提供負(fù)電源，這樣，當(dāng)線路輕載偷跳單相時(shí)，雖各保護(hù)的KST不動(dòng)作，但亦能保證重合閘回路可靠工作。 當(dāng)CPUl—CPU3中有一退出工作時(shí)，為了三取二閉鎖方式不影響未退出保護(hù)動(dòng)作出口的可靠性，可以采取下面兩種措施： (1)通過(guò)連線LXl、LX2解除三取二

39、閉鎖。 (2)某保護(hù)無(wú)故障停用時(shí)，可仍使該插件運(yùn)行，其啟動(dòng)元件仍然工作，只是將該保護(hù)的出口壓板退出，這樣三取二閉鎖方式不會(huì)影響裝置的正常工作。 停信繼電器由CPU1的KST驅(qū)動(dòng)。采用閉鎖方式時(shí)，用于控制停信；采用允許方式時(shí)，用于控制發(fā)信機(jī)發(fā)允許信號(hào)。 KOFA、KOFB、KOFC、KOPR各有兩付觸點(diǎn)輸出，用于接通跳閘線圈。KOFA、KOFB、KOFC還另有兩付觸點(diǎn)用于啟動(dòng)失靈保護(hù)。KSTl、KST2各一付觸點(diǎn)用于啟動(dòng)發(fā)信。 圖2.6 跳閘出口回路 第3章 高頻保護(hù)參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定 3.1高頻保護(hù)概述 輸電線路的高頻保護(hù)（載波保護(hù)）是將兩側(cè)電流的相位（或功率方向）變

40、成高頻訊號(hào)后再經(jīng)加工后的輸電線（稱高頻傳輸通道）傳至對(duì)側(cè)進(jìn)行直接或間接的相位比較（或邏輯判斷）來(lái)實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)保護(hù)的，它可以有效的克服輔助導(dǎo)線（導(dǎo)引線）方法時(shí)的種種缺點(diǎn)。 3.2高頻通道及其工作方式 1．高頻通道主要由以下幾個(gè)部分組成 （1）輸電線路：用于傳輸高頻電流信號(hào)。 （2）高頻阻波器：高頻阻波器是由電感線圈和可調(diào)電容組成的50Hz并聯(lián)諧振回路。它對(duì)工頻電流顯低阻抗，而對(duì)高頻訊號(hào)顯高阻抗，它可阻止高頻電流進(jìn)入被保護(hù)線路以外的電力系統(tǒng)中的其它設(shè)備。 （3）耦合電容：耦合電容一方面起隔離工頻電壓的作用，另一方面與連接濾波器組成帶通濾波器，只允許通帶內(nèi)的高頻電流通過(guò)，對(duì)工頻電流顯高阻抗

41、。 （4）連接濾波器：連接濾波器由空心變壓器和電容組成，它與耦合電容組成帶通濾波器，即可以進(jìn)一步隔離高壓線路和高頻收發(fā)訊機(jī)，又起阻抗匹配器的作用（架空線波阻抗為400Ω，電纜的波阻抗為100Ω，）以減少高頻訊號(hào)的衰減。 （5）高頻電纜：高頻電纜連接戶內(nèi)的收發(fā)迅機(jī)和戶外的連接濾波器。 （6）保護(hù)間隙：它可防止高頻收發(fā)訊機(jī)和高頻電纜受過(guò)電壓的腐蝕。 （7）接地刀閘：它可以保證工作人員在檢修和調(diào)試高頻收發(fā)迅機(jī)，連接濾波器時(shí)的安全。 （8）高頻收發(fā)訊機(jī)：高頻收發(fā)訊機(jī)（載波機(jī)）用于發(fā)出和接收高頻信號(hào)（頻率為400~500KHz）. （9）繼電保護(hù)部分：它不屬于高頻通道，但對(duì)于高頻通道中的某些

42、部件起控制作用。 高頻通道原理接線圖如圖3.1所示。 2．高頻通道的工作方式 高頻通道的工作方式是指高頻通道內(nèi)的高頻電流存在兩種狀態(tài)。發(fā)訊機(jī)在發(fā)生故障時(shí)啟動(dòng)發(fā)訊，通道內(nèi)短時(shí)有高頻電流的狀態(tài)，稱為短時(shí)發(fā)訊方式，當(dāng)發(fā)訊機(jī)在正常發(fā)訊，高頻通道內(nèi)經(jīng)常有高頻電流的狀態(tài)，稱為長(zhǎng)期發(fā)訊方式。因此，短時(shí)發(fā)訊方式必須有發(fā)訊機(jī)的啟動(dòng)元件，長(zhǎng)期發(fā)訊方式則發(fā)訊機(jī)不必啟動(dòng)元件。但前者的通道需定期檢查其完好性，后者的通道則經(jīng)常處在一種被監(jiān)視的狀態(tài)，通道內(nèi)正常無(wú)高頻電流時(shí)表明通道可能有故障。 圖3.1 高頻通道原理接線圖 3.3高頻保護(hù)的算法 高頻保護(hù)的方向是通過(guò)微機(jī)保護(hù)算法實(shí)現(xiàn)的。 電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)

43、是采用微型計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)中的各種電氣量進(jìn)行采樣，通過(guò)軟件程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，分析和判斷，以實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能的一種形式，因此說(shuō)微機(jī)保護(hù)是用數(shù)學(xué)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)故障測(cè)量，分析和判斷的。微機(jī)保護(hù)中的一個(gè)基本問(wèn)題就是尋找適當(dāng)?shù)碾x散運(yùn)算方法來(lái)實(shí)現(xiàn)一定保護(hù)功能，從而使運(yùn)算結(jié)果的精確度能滿足工程要求而計(jì)算耗時(shí)又盡可能短，達(dá)到既判斷準(zhǔn)確又動(dòng)作迅速，可靠的效果。 微機(jī)保護(hù)的算法基本可以分為輸入量為正弦函數(shù)的算法，輸入量為周期函數(shù)的算法和輸入量為隨機(jī)函數(shù)的算法。各種算法有各自的特點(diǎn)。 各種算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選擇傅里葉級(jí)數(shù)算法。 3.4傅里葉級(jí)數(shù)算法 傅里葉級(jí)數(shù)算法的基本思路來(lái)自傅里葉級(jí)數(shù)，算法本

44、身具有濾波作用。他假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波?？杀硎緸? x（t）= = （n=0,1,2…） 式中an、bn-分別為直流、基波和各次諧波的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)的振幅，bn = Xncosαn。 由于各次諧波的相位可能是任意的，所以，把他們分解成任意振幅的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)之和。a1、b1分別為基波分量的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)的振幅，b0為直流分量的值。 根據(jù)傅式級(jí)數(shù)的原理，可以求出 a1 = (3-1) b1 = (3-2)

45、 由積分過(guò)程可以知道，基波分量正、余弦項(xiàng)的振幅已經(jīng)消除了直流分量和整次諧波分量的影響。于是x（t）中的基波分量為 x1(t)=a1sin1t+b1cos1t 合并正弦，余弦項(xiàng)，可寫為 x1(t)= X1 sin（1t+） 式中，X1為基波分量的有效值；為t=0時(shí)的基波分量的相角。 將sin(t+)用和角公式展開(kāi)，不難得到X1，，和a1,b1之間的關(guān)系為 a1= X1cos （3-3） b1= X1 sin （3-4） 用復(fù)數(shù)表示為 X1=（a1+j b1）

46、（3-47） 因此，可根據(jù)a1 和b1，求出有效值和相角為 2X21= a12+ b12 （3-5） tg= b1 /a1 （3-6） 在微處型機(jī)處理時(shí)，式（3-1）和式（3-2）的積分可以用梯形法則求出得： a1=[2sin(k)] (3-7) b1=[x0+2cos(k)+xn] (3-8) N——基波信號(hào)一周采樣點(diǎn)數(shù)； xk

47、——第K次采樣值 x0,xn——分別為k=0和k=N時(shí)的采樣值。 由于通過(guò)式（3-3）和式（3-4），已求得基波分量的實(shí)部和虛部參數(shù)，因此可以方便的實(shí)現(xiàn)任意角度的移相，具體計(jì)算公式為 =1∠=（a1+j b1）（cos+ sin） =[ （a1 cos- b1 sin）+ j（a1 sin+ b1 cos）] 式中 F——移相后的相量 ——移相的角度 由于為設(shè)計(jì)的移相角度，所以，sin和cos兩個(gè)參數(shù)可以事先算出來(lái)，成為已知的常數(shù)。 在分別求得A，B，C三相基波的實(shí)部和虛部參數(shù)后，還可以求得基波的對(duì)稱分量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)稱分量濾過(guò)器的功能。求基波的對(duì)稱分量的公式為 1A=（1A+

48、a1B+a21c） 2A=(1A + a21B +a1c) 3A=(1A+1B+1c) 式中1A，2A，3A——分別為A相的正序，負(fù)序和零序的對(duì)稱分量； 1A，1B，1c————分別為A，B，C三相的基波分量； =1∠1200。 順便指出，將式（3-7）和式（3-8）改為下列表達(dá)式，即可求得任意n次諧波的振幅和相位，適用于諧波分析。當(dāng)然，被分析的最高諧波次數(shù)與采樣頻率之間，應(yīng)滿足采樣定理。 an=[2sin(kn)] (3-7) bn=[x0+2cos(kn)+xn]

49、 (3-8) 式中 n-諧波次數(shù)。 同樣，n次分量正余弦的振幅已經(jīng)消除了直流分量、基波和n次以外的整次諧波分量的影響。 本次繼電保護(hù)需要計(jì)算出零序電流，我們利用上面傅式算法中計(jì)算出的三相電流基波分量的實(shí)、需部IaA、IbA、IaB、IbB、IaC、IbC及I1SC計(jì)算三相電流的零序分量。 A相零序電流與三相電流的關(guān)系為 3 將實(shí)部和需部分開(kāi)，得到 3IaA0=IaA+IaB+IaC 3IbA0=IbA+IbB+IbC 于是我們便得到零序電流的幅值為 I0m= 通常零序電流的整定按照正負(fù)序電流的3.5倍整定。 3.5高頻距離參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定

50、 圓特性的阻抗繼電器整定值較小時(shí)，保護(hù)范圍受過(guò)度電阻的影響大；而當(dāng)整定值較大時(shí)，躲過(guò)負(fù)載的能力又差。為此，很多距離保護(hù)中的阻抗測(cè)量元件均采用了具有四邊形動(dòng)作特性的阻抗元件。如圖3-2所示。 對(duì)于單項(xiàng)接地短路來(lái)說(shuō)短路帶過(guò)度電阻的情況更為嚴(yán)重，甚至成為警告阻抗接地短路。根據(jù)單項(xiàng)帶過(guò)渡電阻接地短路的特性及對(duì)阻抗動(dòng)作特性的要求，在第一象限電抗動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： β α4 α1 Xset Rset α3 α2 R jx 圖3.2 四邊形動(dòng)作特性 第一象限 Xm≤Xset-Rmtg? 電阻動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： Rm

51、≤Rset+Xmctgа 第二象限電抗動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： Xm≤Xet 電阻動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： Rm≥-Xmtgа 第四象限電抗動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： Rm≤Rset 電阻動(dòng)作特性的動(dòng)作方程： Xm≥-Rmtgа1 動(dòng)作判據(jù) ： -Rmtgа≤Xm≤Xset-Rmtg? -Xmtgа≤Rm≤Rset+Xmctgа 其中 а=20（а為保證被保護(hù)線路出口帶過(guò)渡電阻短路時(shí)阻抗元件不拒動(dòng)的角） ?=7-10（tg?=）(?為防止在雙電源網(wǎng)絡(luò)中帶過(guò)渡電阻短路時(shí)的阻元件見(jiàn)誤動(dòng)的角) а一般取60 а=а（為保證區(qū)內(nèi)金屬短路阻抗元件可靠動(dòng)作的角） 本次設(shè)計(jì)選用的是LGJ-

52、185的導(dǎo)線， 電阻 0.17Km/Ω，電抗在均距（2500mm）時(shí)為0.365Km/Ω，假設(shè)線路長(zhǎng)度為43Km 。 Rm=0.17×43=7.31(Ω) Xm=0.365×43=15.695(Ω) 第一象限的整點(diǎn)值： Xm≤Xset-Rmtg? Rm≤Rset+Xmctgа 代入數(shù)據(jù)為： 15.695≤Rset-7.31× Xset≥16.60875(Ω) 即 7.31≤Rset +15.695× Rset≥-1.752 第二象限的整定值： Xm≤Xet Xset≥15.695(Ω) Rm≥-Xmt

53、gа 7.31≥-15.695tg20 7.31≥-5.7121 第四象限的整定值為： Rm≤Rset Rset≥7.31 Xm≥-Rmtgа 15.695≥-7.31tg20 15.695≥-2.6604 動(dòng)作判據(jù)為： -Rmtgа≤Xm≤Xset-Rmtg? -Xmtgа≤Rm≤Rset+Xmctgа 代入數(shù)據(jù)為： -2.6604≤15.695≤Xset-0.9138 -5.7121≤7.31≤Rset=9.0612 3.6 高頻零序參數(shù)計(jì)算及動(dòng)作值整定 零序保護(hù)整定值按正負(fù)序的3.5倍整定 第一象限 Xset≥58.1306 Reset≥-6.13

54、2 第二象限 Xset≥54.9325 第四象限 Rset≥25.585 動(dòng)作判據(jù)為 9.3114≤58.1306≤Xset-3.1983 -19.9924≤25.585≤Rset+31.7142 第4章 高頻保護(hù)軟件設(shè)計(jì) 4.1高頻保護(hù)功能概述 本保護(hù)包含高頻距離保護(hù)和高頻零序方向保護(hù)。分別反映相間故障和單相接地故障。 (1)該保護(hù)有相電流差突變量原理的啟動(dòng)元件D11．當(dāng)線路在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，該啟動(dòng)元件動(dòng)作．驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行繼電器KST，同時(shí)使保護(hù)進(jìn)入故障處理程序，進(jìn)行故障計(jì)算。 (2)啟動(dòng)元件動(dòng)

55、作進(jìn)人故障處理程序后，將執(zhí)行—段相電流差突變量原理的選相程序，以判斷故障類型和相別。判為相問(wèn)故障時(shí)，則計(jì)算故障相間阻抗，由帶記億的多邊形動(dòng)作特性的阻抗元件判別方向。正方向時(shí)驅(qū)動(dòng)停信繼電器KHS ，等待對(duì)側(cè)信息。符合出口條件時(shí)出口三跳；若判為反方向故障，直接進(jìn)人振蕩閉鎖程序。 若判為單相接地故障，由零序功率方向元件判別方向，兩側(cè)均為正方向時(shí)，60ms內(nèi)出口選相跳閘：反方向時(shí)則進(jìn)入振蕩閉鎖程序。 (3)高頻距離保護(hù)開(kāi)放100ms。高頻零序保護(hù)不需振蕩閉鎖，在第一次故障時(shí)不帶延時(shí)，但60ms內(nèi)不動(dòng)作，以后再動(dòng)作需帶60ms延時(shí)．其目的是防止零序功率倒向引起高頻零序保護(hù)的誤動(dòng)。在振蕩閉鎖狀態(tài)中，

56、高頻零序動(dòng)作，作用于三跳不選相。在振蕩閉鎖程序中設(shè)有阻抗元件、相電流元件及零序電流元件，用于判別振蕩是否停息，若上述三個(gè)元件持續(xù)4s均不動(dòng)作．說(shuō)明故障已切除，振蕩已停息，保護(hù)整組復(fù)歸。 (4)本線路非全相運(yùn)行時(shí)，高頻距離保護(hù)和高頻零序保護(hù)退出工作，不再利用通道，此時(shí)利用反應(yīng)兩健全相電流差突變量元件D12來(lái)判斷健全相是行發(fā)生故障，并用阻抗確認(rèn)。一旦確認(rèn)為健全相又故障，立即出口三跳：為保證可靠切除出口發(fā)展性故障，阻抗元件特性帶偏移。 (5)手投故障線路或重合于永久性故障時(shí)，高頻距離保護(hù)計(jì)算阻抗在保護(hù)區(qū)內(nèi)時(shí)則瞬時(shí)三跳，此時(shí)本保護(hù)不受對(duì)側(cè)高頻信號(hào)的閉鎖，所用阻抗特性也與高頻距離保護(hù)中阻抗判別元件相

57、同。為了可靠切除出口故障，特性略帶偏移。重合后的瞬時(shí)加速功能可在整定時(shí)利用控制字投入或退出。 (6)本保護(hù)可以由定值單中的控制字選擇為閉鎖式或允許式兩種工作方式。 a工作在高頻閉鎖方式時(shí) 發(fā)信：由CPUl高頻保護(hù)驅(qū)動(dòng)的KST觸點(diǎn)控制 停信：由CPUl驅(qū)動(dòng)的KHS觸點(diǎn)控制．停信條件是:相間故障時(shí)為正方向且區(qū)內(nèi)故障，單相接地時(shí)為正方向且3I。和3U0大于整定值. 出口跳閘條件：兩側(cè)均為正方向:啟動(dòng)后至少先收到高頻傳號(hào)持續(xù)5ms后才停信收不到對(duì)側(cè)高頻信號(hào)。 b工作在高頻允許方式時(shí) 由KHS繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)控制發(fā)允許信號(hào)，出口條件為：本側(cè)正方向且收到跳頻信號(hào)(若通道

58、阻塞其出口條件為：本側(cè)判定正方向且導(dǎo)頻消失)： (7)高頻零序保護(hù)所采用的3Uo由三相電壓相加而得(通常稱自產(chǎn)3U。)，當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)自動(dòng)切換到開(kāi)口三角側(cè)，此時(shí)高頻距離自動(dòng)退出工作，重合閘后的阻抗加速部分也自動(dòng)退出。高頻零序保護(hù)仍繼續(xù)運(yùn)行。高頻保護(hù)不發(fā)斷線告警信號(hào)，由距離保護(hù)告警。 4.2 高頻保護(hù)程序設(shè)計(jì) 高頻保護(hù)軟件由三部分組成，它們是主程序、中斷服務(wù)程序和故障處理程序。 主程序主要包括上電或復(fù)位后對(duì)該保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行初始化、各種自檢、振蕩閉鎖和打印報(bào)告等功能。中斷服務(wù)程序主要包括采樣、電流電壓求和自檢、突變量啟動(dòng)元件D11等功能。故障處理程序主要功能是完成故障計(jì)算、邏輯比

59、較和跳閘邏輯，以實(shí)現(xiàn)高頻保護(hù)功能。 上電或復(fù)位后，CPU執(zhí)行主程序，在系統(tǒng)初始化后開(kāi)放中斷，程序進(jìn)人自檢循環(huán)，每隔Ts時(shí)間主程序被中斷一次，響應(yīng)中斷后執(zhí)行中斷服務(wù)程序；若被保護(hù)線路無(wú)故障，突變量元件DIl不動(dòng)作，在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，仍返回到中斷前的位置，繼續(xù)執(zhí)行主程序，進(jìn)行循環(huán)自檢。若線路發(fā)生故障，DIl感受到電流突變量而啟動(dòng)．先將存放在堆棧中的中斷返回地址(自檢循環(huán)中的某一地址)修改為故障處理程序的入口地址，然后再?gòu)闹袛喾祷?，此時(shí)實(shí)際上返回到故障處理程序人口，因而不再執(zhí)行主程序而進(jìn)人故障處理程序。在故障處理程序中要進(jìn)行故障計(jì)算．若故障發(fā)生在保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)正確動(dòng)作，在跳閘及合閘循環(huán)后，

60、回到主程序中部的整組復(fù)歸入口，保護(hù)整組復(fù)歸；若是區(qū)外故障，將進(jìn)人振蕩閉鎖程序模塊，當(dāng)在振蕩閉鎖模塊確認(rèn)系統(tǒng)穩(wěn)定后保護(hù)整組復(fù)歸。 高頻保護(hù)的主程序流程圖說(shuō)明 1．初始化 高頻保護(hù)的主程序流程圖如圖4.1所示，現(xiàn)說(shuō)明如下： 初始化分三部分： 初始化(一)是不論保護(hù)是否在運(yùn)行位置都必須要進(jìn)行的初始化項(xiàng)目，它主要 是對(duì)堆棧、串行口、定時(shí)器及有關(guān)并行口韌始化。對(duì)于并行口應(yīng)規(guī)定每—個(gè)端口用作輸入還是輸出，用作輸出則還要賦以正常值，使所有繼電器都不動(dòng)作。 初始化(二)是在運(yùn)行方式下才需進(jìn)行的項(xiàng)目，它主要是對(duì)采樣定時(shí)器的初始化，控制采樣周期為5/3ms，同時(shí)對(duì)RAM區(qū)中有關(guān)軟件計(jì)數(shù)器和標(biāo)志清零等

61、。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化是裝置在通過(guò)全面自檢后進(jìn)行．主要是將采樣數(shù)據(jù) 寄存區(qū)地址指針初始化，即把存放各通道采樣值轉(zhuǎn)換結(jié)果的循環(huán)寄存區(qū)的首地址存人指針。 2．自檢 (1)RAM區(qū)的讀寫自檢：對(duì)RAM區(qū)的每一個(gè)地址單元都要進(jìn)行讀寫檢查，其方法是:先寫入一個(gè)數(shù)，然后讀回。若讀回的值與所寫入的一致，說(shuō)明該單元完好．否則將告警：對(duì)單片機(jī)內(nèi)的RAM報(bào)告“BADRAM”；對(duì)片外擴(kuò)展的RAM報(bào)告“BAD6264”。 (2)定值檢查。本裝置每個(gè)保護(hù)都固化了多套定值，每套定值在固化時(shí)都伴隨固化了若干個(gè)校驗(yàn)碼，包括求和校驗(yàn)碼和一個(gè)密碼，供自檢用。當(dāng)按某一方法(例如求和)對(duì)定值進(jìn)行檢查，其結(jié)果應(yīng)與相應(yīng)的校

62、驗(yàn)碼完全相符。否則報(bào)告“SETERR”(定值有錯(cuò))。 (3)EPROM的自檢。檢查固化在EPROM中的程序是否改變，最簡(jiǎn)單的方法是求和自檢，將EPROM中的某些地址的數(shù)碼(指令或數(shù)據(jù))求和，舍去累加過(guò)程中的溢出，保留某幾個(gè)字節(jié)，同預(yù)先存放在EPROM中的和數(shù)校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，以判斷固化的內(nèi)容是否改變。若自檢求和的結(jié)果與校驗(yàn)碼不符，則報(bào)告“BADROM”，并顯示實(shí)際求和結(jié)果。 (2)定值檢查。本裝置每個(gè)保護(hù)都固化了多套定值，每套定值在固化時(shí)都伴隨固化了若干個(gè)校驗(yàn)碼，包括求和校驗(yàn)碼和一個(gè)密碼，供自檢用。當(dāng)按某一方法(例如求和)對(duì)定值進(jìn)行檢查，其結(jié)果應(yīng)與相應(yīng)的校驗(yàn)碼完全相符。否則報(bào)告“SETERR

63、”(定值有錯(cuò))。 (3)EPROM的自檢。檢查固化在EPROM中的程序是否改變，最簡(jiǎn)單的方法是求和自檢，將EPROM中的某些地址的數(shù)碼(指令或數(shù)據(jù))求和，舍去累加過(guò)程中的溢出，保留某幾個(gè)字節(jié)，同預(yù)先存放在EPROM中的和數(shù)校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，以判斷固化的內(nèi)容是否改變。若自檢求和的結(jié)果與校驗(yàn)碼不符，則報(bào)告“BADROM”，并顯示實(shí)際求和結(jié)果。 (4)開(kāi)入量的監(jiān)視：每次上電或復(fù)位時(shí)，通過(guò)全面自檢后，CPU將讀取各開(kāi)入量的狀態(tài)并存在 ROM區(qū)規(guī)定的地址中，在自檢循環(huán)中則不斷地監(jiān)視開(kāi)入量是否有 上電或復(fù)位 初始化（一） 工作方式？ 初始化（二） 全面自檢 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)初始化 調(diào)試 至監(jiān)

64、控程序 未通過(guò) 告警 通過(guò) 整組復(fù)歸 QDB=1 ZDB=1 開(kāi)放中斷 等待60ms 清所有標(biāo)志及計(jì)數(shù)器（包括清QDB和ZDB），所有開(kāi)出量返還 向人機(jī)對(duì)話 回路送報(bào)告 有報(bào)告？ 通用自檢 高頻保護(hù)專用自檢程序 Y N 運(yùn)行 自檢循環(huán) 圖4.1高頻保護(hù)主程序流程圖 變化，如有變化則經(jīng)18s延時(shí)發(fā)出呼喚報(bào)告(不告警也不閉鎖保護(hù))，同時(shí)給出當(dāng)前時(shí)間以及開(kāi)入量變化前后狀態(tài)、延時(shí)18s足為了躲開(kāi)一些正常的短時(shí)開(kāi)入量的變化，例如通道測(cè)試等。 (5)開(kāi)出量的檢查。開(kāi)出量的自檢主要是檢查光耦元件和傳送開(kāi)出量的并行口及驅(qū)功二極管是否損壞，這要考慮兩種情況：

65、一是末發(fā)任何驅(qū)動(dòng)開(kāi)出信號(hào)而反饋光耦反映有開(kāi)出信號(hào)輸出，這種情況多數(shù)是開(kāi)出光耦或三極管擊穿，此時(shí)報(bào)告“BADDRN1”。二足發(fā)出某路開(kāi)出的驅(qū)動(dòng)命令，而從開(kāi)出的反饋端得不到響應(yīng)，此時(shí)報(bào)告“BADDRV”。通常是好幾路開(kāi)出通道共用一個(gè)自檢反饋回路。 自檢分兩塊進(jìn)行，一是全面自檢模塊，也叫靜態(tài)自檢，這是在上電或復(fù)位后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)保護(hù)硬、軟件均要進(jìn)行的全面檢查。在全面自檢通過(guò)后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)初始化和開(kāi)中斷、整組復(fù)歸等過(guò)程店，程序進(jìn)入循環(huán)自檢。 循環(huán)自檢亦稱動(dòng)態(tài)自，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行循環(huán)自檢時(shí)，每隔5／3ms被中斷—次。CPU要去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)，從中斷返回后繼續(xù)進(jìn)行被中斷的自檢。

66、 3．其他說(shuō)明 N 若裝置在上電或復(fù)歸后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，且在所有的初始化和全畫自檢通過(guò)后，先將兩個(gè)重要的標(biāo)志QDB和ZDB置“l(fā)”，QDB為啟動(dòng)標(biāo)志，啟動(dòng)元件D11動(dòng)作后置“1”，ZDB為振蕩閉鎖標(biāo)志，進(jìn)入振蕩閉鎖狀態(tài)時(shí)置“1”。這里將兩標(biāo)志先置“1”是十分必要的。在剛開(kāi)放采樣中斷時(shí)不能立即投入突變量啟動(dòng)元件，因它要用到前兩個(gè)周波的電流采樣值，而此時(shí)采樣區(qū)是空的，若立即投入啟動(dòng)元件會(huì)因突變量而誤動(dòng)。在中斷服務(wù)程序中可以看到，若將QDB和ZDB置“1”，，可以使啟動(dòng)元件D11旁路．即不投入。待中斷開(kāi)放后經(jīng)過(guò)60ms等待，裝置進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，采樣區(qū)已有三周波的數(shù)據(jù)，再在整組復(fù)歸環(huán)節(jié)中把所有標(biāo)志清零，此時(shí)才投人啟動(dòng)元件DIl。 裝置剛上電或復(fù)位時(shí)中斷會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，故在初始化和自檢完畢后，應(yīng)由軟件開(kāi)中斷。 在180度附近時(shí)因振蕩電流很大導(dǎo)致其誤動(dòng)。如在30s內(nèi)阻抗和電流元件均返回，判斷為靜態(tài)穩(wěn)定破壞，程序轉(zhuǎn)至振蕩閉鎖模塊，待振蕩停息后整組復(fù)歸。如果阻抗和電流元件動(dòng)作后持續(xù)30s不返回，判斷為過(guò)負(fù)荷，此時(shí)報(bào)警“OVLOAD”。并閉鎖保護(hù)。 高頻保護(hù)的中斷服務(wù)程序流程圖說(shuō)明 在主程序中經(jīng)過(guò)初始