110kV輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

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：110kv110kv 輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（2 2） 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： 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 110kv 輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計(jì)（2） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 系統(tǒng)接線圖如圖： 課程設(shè)

2、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 ,3/115kve ,2 . 1 i rel k rel k1 . 1 rel k 系統(tǒng)中各元件及線路的負(fù)序阻抗與正 序阻抗相同,其他參數(shù)見圖。 計(jì)算最大和最小零序電流，應(yīng)根據(jù)當(dāng) z1z0時(shí)，則有；反之， )1 . 1( . 0 )1( . 0 kk ii 當(dāng) z1z0時(shí)，則有。 )1 . 1( . 0 )1( . 0 kk ii 一、整定計(jì)算 1.計(jì)算 b 母線、c 母線、d 母線處正序 （負(fù)序）及零序綜合阻抗 z1、z0。 2.計(jì)算 b 母線、c 母線、d 母線處發(fā)生單 相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大、最小零 序電流。 3.整定保護(hù) 1、2、3

3、 零序電流 i 段的定值， 并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。 4.當(dāng) b 母線上負(fù)荷變壓器始終保持兩臺(tái) 中性點(diǎn)都接地運(yùn)行時(shí)，整定保護(hù) 1、2 零 序定值，并校驗(yàn)靈敏度。 5.整定保護(hù) 1 零序段定值，假定母線 d 零序過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s，確定 保護(hù) 1、2、3 零序過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限， 校驗(yàn)保護(hù) 1 零序段的靈敏度。 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、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

4、因。 續(xù)表 zt4=50 zt3=50 zt2=10 zg2=16 zt1=10 32 1 zg1=16 z1.cd=40 z0.cd=80 z1.bc=20 z0.bc=40 z0.ab=40 a z1.ab=25 d c b 進(jìn)度計(jì)劃 第一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：計(jì)算綜合阻抗和零序電流，零序 i 段的整定計(jì)算。 第三天：零序 ii 段、零序 iii 段的整定計(jì)算。 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)

5、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 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算 摘 要 隨著時(shí)代的進(jìn)步，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)裝置本身的要求也越來越高，微機(jī)繼電保護(hù)具備了傳統(tǒng) 保護(hù)所沒有的優(yōu)良特性。 本設(shè)計(jì)首先簡要介紹了電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展、技術(shù)構(gòu)成及其發(fā)展方向。 其次對(duì)硬件、軟件的結(jié)構(gòu)做了分析，它的硬件結(jié)構(gòu)核心由p89c51rd和dsp2181組成， cpu完成裝置的總啟動(dòng)和人機(jī)界面及與外圍設(shè)備的通

6、信功能,cpu內(nèi)設(shè)總啟動(dòng)元件，啟 動(dòng)后開放出口繼電器正電源,使得裝置具有很高的固有可靠性及安全性。最后本文對(duì) 裝置進(jìn)行了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的功能作了具體介紹 本文研究的110kv輸電線路微機(jī)零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)是由計(jì)算機(jī)實(shí) 現(xiàn)的線路保護(hù)裝置，用三相一次自動(dòng)重合閘重合方式，采用后加速方式，適用于 110kv的輸電線路。 關(guān)鍵詞：微型機(jī)保護(hù);110kv 輸電線路;零序電流;重合閘 目 錄 第 1 章 緒論 .1 第 2 章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計(jì)算 .2 2.1 零序電流 段整定計(jì)算.2 2.1.1 零序電流 段動(dòng)作電流的整定 .6 2.1.2 靈敏度校驗(yàn) .7 2.1.3 動(dòng)

7、作時(shí)間的整定 .9 2.2 零序電流段整定計(jì)算.10 2.3 零序電流段整定計(jì)算 .10 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) .12 3.1 cpu 最小系統(tǒng)圖 .12 3.2 110kv 輸電線路零序保護(hù)的硬件 .12 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).13 3.3.1 電壓形成回路 .14 3.3.2 采樣保持和模擬低通濾波.14 3.3.3 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換.15 3.4 開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) .16 3.4.1 開關(guān)量輸入輸出模塊.16 3.4.2 開關(guān)量輸入部分.17 3.4.3 開關(guān)量輸出部分.18 3.5 電源模塊 .20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .20 4.1 軟件結(jié)構(gòu)分析概述 .20 4.2 程

8、序總框圖 .21 4.3 中斷程序模塊 .23 4.4 各程序的子模塊介紹 .23 4.4.1 初始化.23 4.4.2 啟動(dòng)元件.24 4.4.3 零序方向電流保護(hù).25 4.4.4 重合閘及后加速.25 4.5 微機(jī)保護(hù)的算法 .26 4.5.1 輸入為正弦量的算法.26 4.5.2 突變量電流算法.27 4.5.3 選相方法.28 4.5.4 傅里葉級(jí)數(shù)算法.30 第 5 章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析 .34 5.2 仿真結(jié)果及分析 .34 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .36 參考文獻(xiàn) .37 第 1 章 緒論 結(jié)合設(shè)計(jì)概括發(fā)展技術(shù) 本設(shè)計(jì)的總體思路 第 2 章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計(jì)算 2.1

9、 零序電流 段整定計(jì)算 系統(tǒng)接線圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 系統(tǒng)接線圖 一、計(jì)算各母線處正序（負(fù)序）和零序綜合阻抗、 1 z 0 z （1）當(dāng)、均投入運(yùn)行時(shí)：1g1t2g2t3t4t g11a b1bc1cdt1 g2t2 z abcd z zz zzz 圖 2.2 、均投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1g1t2g2t3t4t t4 0a b0bc0cdt1 t3 t2 z abcd z zz zzz 圖 2.3、均投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1g1t2g2t3t4t b 母線： abtgtgb zzzzzz 122111 / 3320)1016/()1016( 4030 . 0 210

10、/ ttabttb zzzzzz 18)60/60/()4010/10( c 母線： 532033 111bcbc zzz 584018 000bcbc zzz d 母線： 934053 111cdcd zzz 1388058 000cdcd zzz （2）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí):1g1t2g2t3t b 母線： 3320)1016/()1016(/ 122111abtgtgb zzzzzz 71.2560/)4010/10(/ 30210tabttb zzzzz c 母線： 532033 111bcbc zzz 71.654071.25 000bcbc zzz d 母線： 934053 111cdc

11、d zzz 71.1458071.65 000cdcd zzz g11a b1bc1cdt1 g2t2 z abcd z zz zzz 圖 2.4、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1g1t2g2t3t 0a b0bc0cdt1 t3 t2 z abcd z z zzz 圖 2.5、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1g1t2g2t3t （3）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1g1t3t4t g11a b1bc1cdt1 z abcd zzzz 圖 2.6、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1g1t3t4t t4 0a b0bc0cdt1 t3 z abcd zz zzz 圖 2.7、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1g1t3t4t

12、 b 母線： 46201016 1111abtgb zzzz 75.18)60/60/()4010(/ 4030010ttabtb zzzzz c 母線： 662046 111bcbc zzz 75.584075.18 000bcbc zzz d 母線： 1064066 111cdcd zzz 75.1388075.58 000cdcd zzz （4）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1g1t3t g11a b1bc1cdt1 z abcd zzzz 圖 2.8、投入運(yùn)行時(shí)等值正序（負(fù)序）網(wǎng)絡(luò)圖1g1t3t 0a b0bc0cdt1 t3 z abcd z zzz 圖 2.9、投入運(yùn)行時(shí)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1g1t3t

13、 b 母線： 46201016 1111abtgb zzzz 27.2760/)4010(/ 3010tabtb zzzz c 母線： 662046 111bcbc zzz 27.674027.27 000bcbc zzz d 母線： 1064066 111cdcd zzz 27.1478027.67 000cdcd zzz 二、計(jì)算 b、c、d 母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大、最小零序電流 （1）當(dāng)、均投入運(yùn)行時(shí)1g1t2g2t3t4t b 母線：ka zz e i bb s kb 962 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i bb s kb 790 . 0 2

14、 01 )1( 0 c 母線：ka zz e i cc s kc 393 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i cc s kc 405 . 0 2 01 )1( 0 d 母線：ka zz e i dd s kd 180 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i dd s kd 205 . 0 2 01 )1( 0 （2）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1g1t2g2t3t b 母線：ka zz e i bb s kb 786 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i bb s kb 724 . 0 2 01 )1( 0 c 母線：ka zz e i cc s

15、kc 360 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i cc s kc 387 . 0 2 01 )1( 0 d 母線：ka zz e i dd s kd 173 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i dd s kd 200 . 0 2 01 )1( 0 （3）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1g1t3t4t b 母線：ka zz e i bb s kb 795 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i bb s kb 599 . 0 2 01 )1( 0 c 母線：ka zz e i cc s kc 362 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz

16、e i cc s kc 348 . 0 2 01 )1( 0 d 母線：ka zz e i dd s kd 173 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i dd s kd 189 . 0 2 01 )1( 0 （4）當(dāng)、投入運(yùn)行時(shí)1g1t3t b 母線：ka zz e i bb s kb 660 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i bb s kb 557 . 0 2 01 )1( 0 c 母線： ka zz e i cc s kc 331 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i cc s kc 333 . 0 2 01 )1( 0 d

17、母線：ka zz e i dd s kd 166 . 0 2 01 )1 . 1( 0 ka zz e i dd s kd 185 . 0 2 01 )1( 0 2.1.1 零序電流 段動(dòng)作電流的整定 一、保護(hù) 1 零序電流 i 段 （1）、運(yùn)行1g1t2g2t3t4t 取兩相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kbkb iika zzzzz zz ii ttabtt tt kbb 385 . 0 43021 43)1 . 1( 00 （2） 、運(yùn)行1g1t2g2t3t 取兩相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kbkb iika zzzz z ii tabtt t kbb 449 .

18、 0 3021 3)1 . 1( 00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t2g2t3t 保護(hù) 1 的 i 段動(dòng)作電流為：kaiki brelop 6164.1449 . 0 32 . 13 01 . 0 二、保護(hù) 2 零序電流 i 段 （1）、運(yùn)行1g1t2g2t3t4t 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kckc iikaii kcc 405 . 0 )1( 00 （2） 、運(yùn)行1g1t2g2t3t 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kckc iikaii kcc 387 . 0 )1( 00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t2g2t3t4t 保護(hù) 2 的 i 段動(dòng)作電流為

19、：kaiki crelop 458 . 1 405 . 0 32 . 13 02 . 0 三、保護(hù) 3 零序電流 i 段 （1） 、運(yùn)行1g1t2g2t3t4t 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kdkd iikaii kdd 205 . 0 )1( 00 （2） 、運(yùn)行1g1t2g2t3t 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 0kdkd iikaii kdd 200 . 0 )1( 00 最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t2g2t3t4t 保護(hù) 3 的 i 段動(dòng)作電流為：kaiki drelop 738 . 0 205 . 0 32 . 13 03 . 0 2.1.2 靈敏度

20、校驗(yàn) 一、保護(hù) 1 的最小保護(hù)范圍計(jì)算 設(shè) （） ，則 ab ak z z k 1 1 10 1 k,4040,40,20 101011 111 kzkzkz bkakak (1)、運(yùn)行1g1t3t4t 8/ )4070)(41 ()()( 2030 11430010 11111 111 11 kkzzzzzz kzzzz ttbkaktk aktgk 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 001 11 kbkbkk iizz 8/ )4070)(41 ()2030(2 3/115 2 11101 )1( 0 11 kkkzz e i kk s kb kaii kk k zzzz zzz

21、 ii opk ttabt ttbk kbk 5084 . 1 3 75.687020 3/115 8 47 1 . 0 0 11 1 4301 430 )1( 00 1 1 1 得，滿足靈敏度要求%15% 7 . 33 1 k (2)、運(yùn)行1g1t3t 11/ )40100)(41 ()()( 2030 1130010 11111 111 11 kkzzzzz kzzzz tbkaktk aktgk 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 001 11 kbkbkk iizz 11/ )40100)(41 ()2030(2 3/115 2 11101 )1( 0 11 kkkzz e i

22、 kk s kb kaii kkk k zzz zz ii opk tabt tbk kbk 5084 . 1 3 11/ )40100)(41 ()2030(2 3/115 11 410 1 . 0 0 111 1 301 30 )1( 00 1 1 1 得，滿足靈敏度要求%15%37.40 1 k 根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t3t4t 保護(hù) 1 的 i 段最小可以保護(hù)線路 ab 全長的 33.7% 二、保護(hù) 2 的最小保護(hù)范圍計(jì)算 設(shè) （） ，則 bc bk z z k 2 2 10 2 k 2021 40,20 22 kzkz bkbk （1）、運(yùn)行1g1t3t4t 20430

23、10 211111 0475.18)()( 2050 22 22 kzzzzzz kzzzzz bkttabtk bkabtgk 取單相接地短路 )1( 0 )1 . 1( 001 22 kckckk iizz 2201 )1( 00 4075.18)2050(2 3/115 2 22 2 kkzz e ii kk s kck 得，滿足靈敏度要求kaii opk 422 . 1 3 2 . 0 0 2 %15%66.26 2 k （2）、運(yùn)行1g1t3t 203010 21111 4027.27)( 2050 22 22 kzzzzz kzzzz bktabtk aktgk 取單相接地短路 )

24、1( 0 )1 . 1( 001 22 kckckk iizz 2201 )1( 00 4027.27)2050(2 3/115 2 22 2 kkzz e ii kk s kck 得，滿足靈敏度要求kaii opk 422 . 1 3 2 . 0 0 2 %15%16 1 k 根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t3t 保護(hù) 2 的 i 段最小可以保護(hù)線路 bc 全長的 16% 三、保護(hù) 3 的最小保護(hù)范圍計(jì)算 設(shè) （） ，則 cd ck z z k 3 3 10 3 k 3031 80,40 33 kzkz ckck （1）、運(yùn)行1g1t3t4t 30043010 3111111 0875

25、.58)()( 4070 33 33 kzzzzzzz kzzzzzz ckbcttabtk ckbcabtgk 若 ,則取單相接地短路 33 01kk zz )1( 0 )1 . 1( 0kdkd ii 3301 )1( 00 8075.58)4070(2 3/115 2 33 3 kkzz e ii kk s kdk 得，滿足靈敏度要求kaii opk 7272 . 0 3 3 . 0 0 3 %15%97.46 3 k 此時(shí)，與矛盾 326.96,788.88 33 01kk zz 33 01kk zz 所以，取兩相接地短路 33 01kk zz )1( 0 )1 . 1( 0kdkd

26、ii )8075.58(24070 3/115 2 3301 )1 . 1( 00 33 3 kkzz e ii kk s kdk kaii opk 7272 . 0 3 3 . 0 0 3 得，滿足靈敏度要求%15%20.43 3 k （2）、運(yùn)行1g1t3t 3003010 3111111 8027.67)( 4070 33 33 kzzzzzz kzzzzzz ckbctabtk ckbcabtgk 若 ,則取單相接地短路 33 01kk zz )1( 0 )1 . 1( 0kdkd ii 3301 )1( 00 8027.67)4070(2 3/115 2 33 3 kkzz e ii

27、 kk s kdk 得，滿足靈敏度要求kaii opk 7272 . 0 3 3 . 0 0 3 %15%65.41 3 k 此時(shí)，與矛盾 59.100,66.86 33 01kk zz 33 01kk zz 所以，取兩相接地短路 33 01kk zz )1( 0 )1 . 1( 0kdkd ii )8027.67(24070 3/115 2 3301 )1 . 1( 00 33 3 kkzz e ii kk s kdk 得，滿足靈敏度要求kaii opk 7272 . 0 3 3 . 0 0 3 %15%68.34 3 k 根據(jù)（1） 、 （2） ，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行1g1t3t 保護(hù)

28、3 的 i 段最小可以保護(hù)線路 cd 全長的 34.68% 2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定 因?yàn)榱阈螂娏?i 段是無時(shí)限零序電流保護(hù)，不必加延時(shí)元件， 所以其整定的動(dòng)作延時(shí)為 0 即，保護(hù) 1、2、3 的動(dòng)作時(shí)間：sttt i op i op i op 0 321 2.2 零序電流零序電流段整定計(jì)算 保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的 i 段配合 ，保護(hù) 1 的分支系數(shù) 1min i 2 . 0 ii 1 . 0 / bop ii relop kiki5 . 2 30 75 0 0 1min ab bc b i i k kai op 626 . 0 5 . 2/422 . 1 1 . 1 ii 1 .

29、0 靈敏度校驗(yàn)：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行1g1t3t4t 流過保護(hù) 1 的最小零序電流ka zzzz zz ii ttabt tt kb 2096 . 0 4301 43)1( 0min0 不滿足靈敏度要求3 . 1005 . 1 626 . 0 2096 . 0 33 1 . 0 min0 1 ii op ii sen i i k 所以，保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的段配合 ，保護(hù) 2 的分支系數(shù) 1min ii 2 . 0 ii 1 . 0 / bop ii relop kiki1 2min b k kakiki bop ii relop 80 . 0 1/7272 . 0 1 . 1/ 2mi

30、n i 3 . 0 ii 2 . 0 kai op 352 . 0 5 . 2/80 . 0 1 . 1 ii 1 . 0 滿足靈敏度要求3 . 179 . 1 352 . 0 2096 . 0 33 1 . 0 min0 1 ii op ii sen i i k 所以，保護(hù) 1 的段動(dòng)作電流：kai op 352 . 0 ii 1 . 0 保護(hù) 1 的段動(dòng)作時(shí)間與保護(hù) 2 的段動(dòng)作時(shí)間配合： stttttt i op ii op ii op 0 . 15 . 05 . 00 321 2.3零序電流零序電流段整定計(jì)算 保護(hù) 1 的段與保護(hù) 2 的段配合 kakiki bop iii relop

31、 352 . 0 5 . 2/80 . 0 1 . 1/ 1min ii 2 . 0 iii 1 . 0 靈敏度校驗(yàn)：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行1g1t3t4t 作為近后備：滿足靈敏度要求3 . 179 . 1 352 . 0 2096 . 0 33 1 . 0 min0 1 iii op biii sen i i k 作為遠(yuǎn)后備：滿足靈敏度要求2 . 173 . 2 352 . 0 320 . 0 33 1 . 0 min0 1 iii op ciii sen i i k 已知母線 d 零序過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s 所以保護(hù) 1 的段零序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與保護(hù) 2 的段動(dòng)作時(shí)間配合： st

32、ttttt ii op ii op iii op 5 . 15 . 05 . 05 . 0 321 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 cpu 最小系統(tǒng)圖最小系統(tǒng)圖 本設(shè)計(jì)中的 89c51 的最小系統(tǒng)包括 89c51 單片機(jī)，6264 可編程 i/o 接口，晶振 電路，按鍵復(fù)位電路。 cpu 最小系統(tǒng)圖如圖 3.1 圖 3.1 cpu 最小系統(tǒng)圖 3.2 110kv 輸電線路零序保護(hù)的硬件輸電線路零序保護(hù)的硬件 保護(hù)的硬件構(gòu)成由四部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模擬轉(zhuǎn)換，其功能為完 成將模擬輸入量準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。主

33、系統(tǒng)：處理器（cpu） 、只讀存儲(chǔ)器 （rom）或閃存內(nèi)存單元（flash） 、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器（ram） 、定時(shí)器、并行以及串行 oe 22 we 27 ce 1 20 a12 2 a11 23 a10 21 a9 24 a8 25 vcc 28 ce 2 26 gn d 14 a7 3 a6 4 a5 5 a4 6 a3 7 a2 8 a1 9 a0 10 i/o 7 18 i/o 6 17 i/o 5 16 i/o 4 15 i/o 3 14 i/o 2 13 i/o 1 12 i/o 0 11 6264 s1 sw-pb c5 r4 10k c3 10uf d3 vcc c1 300pf

34、 c2 300pf y1 12mhz netlabel48 netlabel49 rd 17 wr 16 p2.7 28 p2.4 25 p2.3 24 p2.2 23 p2.1 22 p2.0 21 p0.7 32 p0.5 34 p0.6 33 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 al e 30 ea 31 gn d 20 xt al 1 19 xt al 2 18 rst 9 89c51 vcc q7 19 q6 16 q5 15 q4 12 q3 9 q2 6 q1 5 q0 2 oe 1 d7 18 d6 17 d5 14 d4 13 d3

35、 8 d2 7 d1 4 d0 3 g 11 74373 netlabel50 netlabel51 接口等。其功能為執(zhí)行編制好的程序，以完成各種繼電保護(hù)測量、邏輯和控制功能。 開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)，并行接口（pia 或 pio） 、光電隔離器件及有觸 點(diǎn)的中間繼電器等組成，其功能為完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)、外部接點(diǎn)輸入 及人機(jī)對(duì)話及通信等功能。電源模塊：其功能為保護(hù)裝置提供工作電壓。一般常 采用開關(guān)穩(wěn)壓電源或 dc/dc 電源模塊。其提供數(shù)字系統(tǒng) 5、24、+15、-15v 電源。其 構(gòu)成圖 3.2 所示： 電壓形成 電壓形成 lpf lpf s/h s/h 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) a/

36、d 串行接口 cpu flash ram 并行接口 定時(shí)器 光電隔離 光電隔離 出口電路 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 微機(jī)系統(tǒng) 輸入輸出系統(tǒng) 通信 人機(jī)人機(jī) 對(duì)話對(duì)話 開關(guān)開關(guān) 輸入輸入 圖 3.2 硬件機(jī)構(gòu)圖 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）主要包括電壓形成、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） ，其功能為完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地 轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量，如圖 3.3 所示： 電壓 形成 前置 低通 濾波 采樣 保持 多路轉(zhuǎn) 換器 a/d 轉(zhuǎn)換 模擬信號(hào)輸入 圖 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 模擬量輸入 3.3.1 電壓形成回路電壓形成回路 本文研究

37、的 110kv 輸電線路零序電流保護(hù)裝置將由二次電流互感器轉(zhuǎn)換來的電 流信號(hào)通過如圖 3.4 所示的電路轉(zhuǎn)換為 ma 級(jí)的電流信號(hào)；將由二次電壓互感器轉(zhuǎn)換 來的電壓信號(hào)（100v）通過如圖 3.5 所示的電路也轉(zhuǎn)換為可供模數(shù)轉(zhuǎn)換部分時(shí)用的 電壓，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使得元件小型化。再講 ma 級(jí)的電流信號(hào)經(jīng)過如圖 3.3 所 示的電路，進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，作為 a/d 轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)。 圖 3.4 電壓輸入信號(hào) 變換電壓的計(jì)算公式： n i1 22 rirulhlh 圖 3.5 電壓信號(hào)輸入 3.3.2 采樣保持和模擬低通濾波采樣保持和模擬低通濾波 采樣保持電路，又稱 s/h 電路，其作

38、用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測量模擬輸入量在該 時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變。利用采 樣保持電路后，可以方便地進(jìn)行多個(gè)模擬量實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。 采樣頻率是指采樣周期的倒數(shù)，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)而言，在故障剛發(fā)生時(shí)，電壓、電流信 號(hào)中可能含有較高的頻率分量（如 2khz 以上） ，為防止混淆，頻率將不得不用的很 高， 進(jìn)而對(duì)硬件速度提出過高的要求。實(shí)際上，目前大多數(shù)的保護(hù)反應(yīng)的是工頻量，在 這種情況下，可以采用一個(gè)前置的低通濾波器將高頻分量濾掉，這樣就可以降低頻 率，從而降低對(duì)硬件提出的要求，對(duì)頻率高于二分之一的可以用簡單的低通濾波器 （如圖 3.6 所示）來濾除高頻分量，而對(duì)于

39、小于二分之一頻率的分量可以用數(shù)字濾 波器來濾除。 圖 3.6 低通濾波器 3.3.3 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換 對(duì)反應(yīng)倆個(gè)電氣量以上的繼電保護(hù)裝置，都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確地 獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系，因而要對(duì)每個(gè)模擬輸入量設(shè)置一套電壓形成、抗混淆 低通濾波器采樣保持電路。所有采樣保持器的邏輯輸入端并聯(lián)后，由定時(shí)器同時(shí)供 給采樣脈沖，但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格相對(duì)較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)一 個(gè) a/d 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給裝置。而是公用一個(gè)，中間是通過轉(zhuǎn)換開關(guān) mpx 切換， 輪流由公用的 a/d 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入給裝置。 模擬量 1 模擬量 n 電壓形成 電

40、壓形成 lpf lpf s/h s/h 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) a/dcpu 采樣脈沖 圖 3.7 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 模數(shù)轉(zhuǎn)換是微機(jī)保護(hù)的重要元器件，要理解它的工作原理需先了解數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原 理。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位的組合起來表示的，每一位代碼都有一定的權(quán)，即代表 一個(gè)具體數(shù)值。因此，為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，然后將代表各位的模擬量相加， 即可得到與被轉(zhuǎn)換數(shù)字量相當(dāng)?shù)哪M量，完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換。如圖 3.8 為一個(gè) 4 位數(shù) 模轉(zhuǎn)換器的原理圖，更多位數(shù)的情況與此類似。 圖 3.8 4 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理 輸出電壓為： dr ru u fr 0 可見，輸出模擬電壓正比于控制輸入的數(shù)字量 d。 對(duì)一般的 a/d 轉(zhuǎn)換

41、器來說，如果輸入電壓超過所允許的最大值，就會(huì)出現(xiàn)平頂波， 這種現(xiàn)象叫溢出，出現(xiàn)小部分平頂波溢出的危害并不是特別嚴(yán)重，因?yàn)樵谘b置得到 采樣值后，還可以經(jīng)過數(shù)字濾波器來對(duì)平頂波進(jìn)行修正，基波相位可以做到基本不 受影響，對(duì)電流保護(hù)和阻抗保護(hù)的影響較小。但是，應(yīng)當(dāng)指出：不應(yīng)出現(xiàn)輸入量超 出允許值時(shí)出現(xiàn)零值的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)保護(hù)的危害是致命的。如果電流信號(hào)出現(xiàn) 這種溢出情況，則出口短路可能會(huì)被計(jì)算成區(qū)外短路，導(dǎo)致拒動(dòng)。避免這種溢出現(xiàn) 象的常用方法有：1，采用類似于逐次逼近方式的 a/d 轉(zhuǎn)換器；2，在 a/d 轉(zhuǎn)換器之 前采用預(yù)先措施；3，調(diào)整模擬量回路的增益。 3.4 開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)開關(guān)量輸入輸出

42、系統(tǒng) 3.4.13.4.1 開關(guān)量輸入輸出模塊開關(guān)量輸入輸出模塊 開關(guān)量輸入輸出模塊包括開關(guān)量輸入回路和開關(guān)量輸出回路，是微型機(jī)保護(hù)裝 置的重要組成部分，是連接外部強(qiáng)電和內(nèi)部弱電的主要通道，其核心是狀態(tài)信號(hào)的 隔離輸入回路和動(dòng)作信號(hào)的隔離輸出回路，主要完成外部開關(guān)量引入裝置進(jìn)行處理 和將裝置內(nèi)發(fā)出的開關(guān)信號(hào)引出到繼電器插件，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器跳閘或告警， 達(dá)到保護(hù)的功能。下面分別介紹開關(guān)量輸入回路和輸出回路的設(shè)計(jì)。 3.4.23.4.2 開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入部分部分 在微型機(jī)線路保護(hù)裝置中，通常需要采集斷路器狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)和外部分、 合閘等狀態(tài)信息，這些狀態(tài)量的采集都是以光電隔離方式輸入

43、的，采用光電隔離的 主要優(yōu)點(diǎn)是：輸入信號(hào)與輸出信號(hào)在電氣上完全隔離，抗干擾能力很強(qiáng)；無觸點(diǎn)， 耐沖擊，壽命長，可靠性高；響應(yīng)速度快，易與邏輯電平配合使用。 需要采集的輸入開關(guān)量共8路，分為兩組，一組為4路220v開關(guān)量輸入，另一組 為4路24v開關(guān)量輸入。圖3.9 所示開關(guān)量通過光電隔離輸入電路圖。其工作原理是： 當(dāng)外部接點(diǎn)接通時(shí)，光電隔離的二極管導(dǎo)通，光電隔離的三極管也導(dǎo)通，其集電極 輸出低電位；當(dāng)外部接點(diǎn)斷開時(shí)，光電隔離的二極管不導(dǎo)通，于是三極管截止，集 電極輸出高電位，軟件讀并行口該位的狀態(tài)，即可知道外部接點(diǎn)的狀態(tài)。圖中二極 管起保護(hù)作用，用于防止開關(guān)量輸入回路電源極性接反時(shí)將光電耦合器

44、中的發(fā)光二 極管反向擊穿，另一方面二極管還能夠加速繼電器的返回。電容為抗干擾電容。這 樣，開關(guān)量經(jīng)過光電耦合器后直接與保護(hù)dsp相應(yīng)的通用io口相連，光敏三極管的 導(dǎo)通和截止完全反映外部接點(diǎn)的狀態(tài)，帶有電磁干擾的外部輸入回路與微型機(jī)電路 之間沒有直接電的聯(lián)系，各種干擾信號(hào)不能進(jìn)入微型機(jī)電路部分，從而達(dá)到抗干擾 的目的。 圖 3.9 開關(guān)量經(jīng)光耦輸入電路 圖3.10 是開關(guān)量輸入電路的部分電路圖(只畫出220v的一路輸入)。在整體電路 中，上面4路為220v開關(guān)量輸入電路，并配有兩路220v開關(guān)量監(jiān)視電路；下面4路為 24v開關(guān)量輸入電路，配有兩路24v開關(guān)量監(jiān)視電路。監(jiān)視電路能夠?qū)崿F(xiàn)8路開關(guān)量

45、輸 入信號(hào)的開啟與停止，從而達(dá)到省電目的；同時(shí)，配備有自檢回路，通過4路開關(guān)量 監(jiān)視回路，可以實(shí)現(xiàn)8路開關(guān)量輸入通道的自檢功能。 圖 3.10 開關(guān)量輸入回路(以 220v 的一路輸入量為例) 圖3.10 的原理為：6ja21為220v開關(guān)量控制1端口。當(dāng)該端口輸入為“1時(shí)，光 電隔離器ptl中發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，表現(xiàn)為低電平，可正確對(duì)220v開關(guān)量 輸入信號(hào)進(jìn)行采集；當(dāng)6ja21控制端口輸入為“o”時(shí)，光電隔離器pt3中發(fā)光二極管 不導(dǎo)通，同時(shí)三極管截止，表現(xiàn)為高阻狀態(tài)，此時(shí)無法采集相應(yīng)的開關(guān)量。這樣， 就可以將裝置的電源停掉，實(shí)現(xiàn)省電功能。自檢測功能：220v開關(guān)量控制2端口 6j

46、b21輸入為“1”時(shí)，光電隔離器pt2中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，三極管導(dǎo)通，220v 正電源經(jīng)導(dǎo)通的三極管，二極管d3進(jìn)入開關(guān)量采集電路中，通過查詢開關(guān)量輸入口 6jbl8的狀態(tài)，用以判斷開關(guān)量采集電路是否工作正常。 3.4.33.4.3 開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出部分部分 相對(duì)于開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出回路具有更加重要的地位。因?yàn)樵谖⑿蜋C(jī)保護(hù) 裝置中，所有的保護(hù)功能最終是通過開關(guān)量輸出部分來控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)斷路 器跳閘或發(fā)出告警信號(hào)。如下圖為一簡單的輸出接線圖。 圖 3.11 裝置開關(guān)量輸出回路接線圖 但是，由于開關(guān)量輸出信號(hào)的正確與否關(guān)系到整個(gè)繼電保護(hù)裝置的可靠性，因 此，開關(guān)量輸出回路必須加上

47、監(jiān)視回路來監(jiān)視開關(guān)量的狀態(tài)。開關(guān)量輸出部分主要 包括跳閘出口、重合閘出口以及各種信號(hào)出口等。開關(guān)量輸出部分是對(duì)斷路器實(shí)現(xiàn) 控制的出口通道，dps2812m的io口輸出的是33v的低電壓微電流信號(hào)，不足以直 接驅(qū)動(dòng)斷路器實(shí)現(xiàn)各種操作。因此，開關(guān)量輸出回路需要將cpu輸出的小信號(hào)放大為 大功率信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)斷路器。另外，為了防止斷路器操作過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖 對(duì)微型機(jī)保護(hù)裝置的反饋干擾，還必須對(duì)出口通道進(jìn)行隔離。通過采用光電耦合器 與繼電器相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)出口信號(hào)的隔離與放大。為了提高開關(guān)量輸出回路的 可靠性，在數(shù)字輸出和繼電器之間選用了光電耦合器，提高了抗干擾能力。另外， 任何一路的輸出均由兩

48、個(gè)信號(hào)通過與非門產(chǎn)生的控制信號(hào)所控制，這樣就可以有效 地抑制干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)，可也以在裝置出現(xiàn)故障的時(shí)候有效地實(shí)現(xiàn)閉鎖。輸出量光 耦電路如圖3.12所示。 圖 3.12 輸出量光耦電路(只畫出一路） 輸出量光耦電路原理為：6jb24為輸出總控制端口，只用當(dāng)該端口輸入為“0”， 與非門， u1a輸出“1”時(shí)，整個(gè)開關(guān)量輸出電路才能正常工作，否則，當(dāng)該端口輸 入為“1”時(shí)，各開關(guān)量輸出端口經(jīng)與非門后均為“1”，光電耦合器不導(dǎo)通，回路 被閉鎖。在6jb24為“o”的前提下，當(dāng)跳閘輸出端口6jbl4輸出為“1”時(shí)，經(jīng)與非 門輸出為“0”，光電耦合器中發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，24v電源經(jīng)二極管d1 至

49、3d26，3d28端口，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器；同時(shí)24v電源經(jīng)二極管d8至光電耦合器 pt8，二級(jí)管導(dǎo)通，三級(jí)管導(dǎo)通，輸出電路監(jiān)視端口6ja25對(duì)電路進(jìn)行監(jiān)視。 3.5 電源模塊電源模塊 保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流電逆變?yōu)榻涣?電，再把交流電整流為微型機(jī)系統(tǒng)所需的直流電壓。將變電所強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源 與微型機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完全隔離開，通過逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗干擾能 力，對(duì)來自變電所中因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強(qiáng)干擾可以完全消除掉。本設(shè)計(jì) 采用的逆變穩(wěn)壓電源的輸入電壓為直流220v，其輸出有5v，供微型機(jī)系統(tǒng)使用， 12v供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用，24v供繼電器回路使

50、用。電源模理圖如圖3.13所示。 圖 3.13 電源模塊原理圖 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件結(jié)構(gòu)分析概述軟件結(jié)構(gòu)分析概述 110kv 輸電線路零序電流保護(hù)裝置是由 p89c51rd 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的兩 cpu 線路保護(hù) 裝置。裝置包括三段零序電流保護(hù)及三相一次自動(dòng)重合閘。裝置采用了多單片機(jī)并 行工作的方式，配置了兩個(gè) cpu 插件，分別完成零序保護(hù)及重合閘，另外配置了一 塊接口板，完成對(duì)各保護(hù) cpu 插件的巡檢、人機(jī)對(duì)話和與系統(tǒng)微型機(jī)連機(jī)等功能。 零序電流保護(hù)包括零序 i 段-iii 段和不靈敏 i 段，零序三段均可由控制字整定是否 經(jīng)零序功率方向閉鎖?？捎煽刂谱挚刂剖欠窦铀?ii、iii

51、 段。振蕩閉鎖采用啟動(dòng)元 件動(dòng)作后短時(shí)開放的原理，即啟動(dòng)元件動(dòng)作后的 015 秒內(nèi)開放保護(hù)，若在該時(shí)間 內(nèi) i、ii 段均不動(dòng)作，則將保護(hù)閉鎖。零序保護(hù)不經(jīng)振蕩閉鎖，只受啟動(dòng)元件的控 制。三相一次自動(dòng)重合閘由保護(hù)啟動(dòng)或由開關(guān)位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)。 4.2 程序總框圖程序總框圖 如圖 41 所示軟件整體流程圖。本設(shè)計(jì)中，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，軟件模塊 主要由主程序模塊、中斷服務(wù)程序模塊和故障處理程序模塊組成。 如圖 4.1 軟件整體流程圖 主程序模塊 主程序模塊包括初始化、全面自檢、開放中斷與等待中斷、數(shù)據(jù)傳輸通信等 環(huán)節(jié)。 初始化 初始化是指保護(hù)裝置在上電或按下復(fù)位鍵時(shí)首先執(zhí)行的程序，它主要是對(duì) d

52、sp 芯片的工作方式及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以便在后面的程序中按預(yù)定的方案工作。首先 f2812 對(duì)自身的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，初始化各種寄存器，按照電路設(shè)計(jì)的輸入輸出 要求，設(shè)置每一個(gè)端口用作輸入還是輸出，初始化保護(hù)輸出的開關(guān)量，以保證出口 繼電器均不動(dòng)作；初始化 dsp 采樣定時(shí)器，控制采樣間隔時(shí)間等。 全面自檢 對(duì)裝置的軟硬件進(jìn)行一次全面的自檢，包括 ram、flash 或 rom、各開關(guān)量輸出 通道、程序和定值等，以保證裝置在投入使用時(shí)處于完好的狀態(tài)。 (1)ram 的讀寫檢查 對(duì) ram 某一單元寫入 1 個(gè)數(shù)，再從中讀出，并比較兩者是否相等。如發(fā)現(xiàn)寫入 與讀出的數(shù)不一致，說明隨機(jī)存儲(chǔ)器 ram

53、 有問題，則轉(zhuǎn)至告警模塊。并將告警信息 顯示在液晶顯示屏上。 (2)開出自檢 開出自檢主要是檢測開出通道是否正常，它是通過硬件開出反饋來檢查的依次 開出每一路開出量，并從反饋回路檢查開出量是否正確。由于受啟動(dòng)繼電器的閉鎖， 所以在開出每一路開出量時(shí)，保護(hù)并不會(huì)誤動(dòng)。 (3)整定值檢查 每套定值在存入eeprom時(shí)，都自動(dòng)固化若干個(gè)校驗(yàn)碼。若發(fā)現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器 eeprom定值求和碼與事先存入的定值和不一致，說明eeprom有故障，轉(zhuǎn)至告警模塊， 并將告警信息顯示在顯示器上。 參數(shù)刷新 在經(jīng)過全面自檢后，應(yīng)將所有的數(shù)據(jù)、標(biāo)志字清零，因?yàn)槊恳粋€(gè)標(biāo)志代表了一 個(gè)“軟件繼電器”和邏輯狀態(tài)，如果不清零，這些

54、標(biāo)志將控制程序流程的走向，以 致無法達(dá)到預(yù)期的目的。 開放中斷與等待中斷 經(jīng)過初始化和全面自檢后，表明裝置的準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部就緒，此時(shí)，開放中 斷，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)投入工作?？删幊痰亩〞r(shí)器將按照初始化程序規(guī)定的采樣間隔 ts不斷發(fā)出采樣脈沖，控制各模擬量通道的采樣和ad轉(zhuǎn)換，并在每次采樣完成后 向微型機(jī)請求中斷，來實(shí)時(shí)監(jiān)視和獲取電力系統(tǒng)的采樣信號(hào)。對(duì)保護(hù)計(jì)數(shù)器的值進(jìn) 行判斷，該計(jì)數(shù)器用于保護(hù)起動(dòng)元件動(dòng)作后的6s延時(shí)計(jì)算。保護(hù)計(jì)數(shù)器不為零，說 明在6s延時(shí)時(shí)間內(nèi)，則進(jìn)入等待中斷流程；當(dāng)保護(hù)計(jì)數(shù)器歸零時(shí)，說明起動(dòng)元件延 時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入整組復(fù)歸環(huán)節(jié)。 數(shù)據(jù)傳輸通信 數(shù)據(jù)傳輸通信主要為串口收發(fā)數(shù)據(jù)。串口

55、通信主要完成保護(hù)處理cpu tms320f2812與管理cpu lpc2220處理器之間的數(shù)據(jù)通信，包括dsp到arm的數(shù)據(jù) 上傳顯示，arm到dsp的數(shù)據(jù)下傳整定，以及相關(guān)通信控制標(biāo)志位的置位與清零等， 從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作定值的查詢、修改和保存，以及動(dòng)作信息報(bào)告和各種實(shí)時(shí)參數(shù)的 顯示等。 4.3 中斷程序模塊中斷程序模塊 在保護(hù)裝置開中斷后，每隔一個(gè)ts，定時(shí)器就會(huì)發(fā)出一個(gè)采樣脈沖，隨即產(chǎn)生 中斷請求。保護(hù)裝置先暫停一下系統(tǒng)程序的流程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，以 保證對(duì)輸入模擬量的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)，實(shí)時(shí)地運(yùn)行一次繼電保護(hù)的相關(guān)功能。 中斷服務(wù)程序主要包括定時(shí)采樣，電流求和自檢，tv 斷線檢查，

56、以及啟元件等功能。 控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將8個(gè)模擬量輸入通道的模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的 采樣值，然后存入ram區(qū)的相應(yīng)的地址單元中。采用全波傅氏算法等微型機(jī)保護(hù)算法 對(duì)各數(shù)字量采樣值進(jìn)行計(jì)算。 將計(jì)算得到的各電力系統(tǒng)參數(shù)代入啟動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)中，判斷啟動(dòng)元件是否 動(dòng)作。若電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，保護(hù)啟動(dòng)元件不啟動(dòng)。系統(tǒng)進(jìn)入自檢程序。首先對(duì)每 個(gè)采樣點(diǎn)都檢查三相電流之和是否與變壓器中性點(diǎn)側(cè)ta引入的零序電流3io相等，如 果不相等，則判定為采樣回路出錯(cuò)，進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)請求置位，將相應(yīng)的報(bào)警信息上 傳給arm。然后，系統(tǒng)進(jìn)入tv斷線檢查模塊，依據(jù)相應(yīng)的判據(jù)對(duì)tv進(jìn)行斷線檢查。tv 斷線判據(jù)如下： 1負(fù)序電

57、壓大于8v，負(fù)序電流小于0.1a； 2正序電壓小于30v，相電流差突變量小于0.1a。 系統(tǒng)確定tv二次斷線時(shí)，發(fā)出“tv斷線”信號(hào)，待電壓恢復(fù)正常后信號(hào)復(fù)歸。在tv 斷線期間，相應(yīng)的tv斷線標(biāo)志位置“1”，并通過程序安排閉鎖自動(dòng)重合閘。這時(shí)保 護(hù)將根據(jù)整定的控制字決定是否退出與電壓有關(guān)的保護(hù)。 經(jīng)過上述tv斷線以及采樣通道自檢后，若互感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均無異常， 再次判斷啟動(dòng)繼電器是否動(dòng)作。如果此時(shí)電力系統(tǒng)正常，則中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢 后就回到主程序中被中斷的地址處，繼續(xù)循環(huán)自檢。若啟動(dòng)繼電器動(dòng)作，則設(shè)置保 護(hù)計(jì)數(shù)器的初始值，并通過保護(hù)計(jì)數(shù)器每次循環(huán)自減“l(fā)”來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)元件動(dòng)作后自 保持6s

58、的時(shí)間。同時(shí)，系統(tǒng)修改中斷返回地址和中斷返回參數(shù)，使系統(tǒng)流程跳轉(zhuǎn)至 故障處理程序入口出。 在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，若啟動(dòng)元件動(dòng)作，則裝置閉鎖掉采樣通道檢查，tv 斷線檢測環(huán)節(jié)，直接跳轉(zhuǎn)至修改中斷返回地址和修改中斷返回參數(shù)環(huán)節(jié)，從而進(jìn)入 故障處理程序中。這樣可以使cpu集中時(shí)間處理故障處理程序，以便加快保護(hù)動(dòng)作。 在執(zhí)行故障處理程序時(shí)，定時(shí)器仍將每隔一個(gè)ts發(fā)出中斷請求，以保證采樣不中斷。 4.4 各程序的子模塊介紹各程序的子模塊介紹 4.4.14.4.1 初始化初始化 圖 4.2 初始化流程圖 在初始化模塊中執(zhí)行的程序內(nèi)容見圖4.2.首先是對(duì)所有的可編程序的并行 接口的初始化，規(guī)定每一個(gè)端口用作

59、輸入還是輸出，用于輸出的則要賦值等。這 一步必須首先執(zhí)行，否則無法通過并行口讀取各開關(guān)量輸入的狀態(tài)。第二步是讀取 所有開關(guān)量輸入的狀態(tài)，并將其保存在ram區(qū)規(guī)定的地址內(nèi)，以備以后在自檢循環(huán)時(shí) 不斷監(jiān)視開關(guān)量輸入是否有變化。接著是對(duì)裝置的硬件進(jìn)行一次全面的自檢，包括 ram，eprom、各開關(guān)量輸出通道等。這一次全面自檢不包括對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自檢， 因?yàn)樗形垂ぷ?。?duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測安排在中斷服務(wù)程序中。在經(jīng)過全面自檢 后應(yīng)將所有標(biāo)志字清零，接著進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)定時(shí)器以及采樣 數(shù)據(jù)寄存區(qū)地址指針的初始化等。完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化后，即可開放中斷， 程序轉(zhuǎn)入振蕩閉鎖模塊。 4.

60、4.24.4.2 啟動(dòng)元件啟動(dòng)元件 啟動(dòng)元件的主體由反應(yīng)相間工頻變化量的過流繼電器實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又配以反應(yīng) 全電流的零序過流繼電器和負(fù)序過流繼電器互相補(bǔ)充；低周起動(dòng)元件可經(jīng)控制字選 擇投退。反應(yīng)工頻變化量的起動(dòng)元件采用浮動(dòng)門坎，正常運(yùn)行及系統(tǒng)振蕩時(shí)變化量 的不平衡輸出均自動(dòng)構(gòu)成自適應(yīng)式的門坎，浮動(dòng)門坎始終略高于不平衡輸出，在正 常運(yùn)行時(shí)由于不平衡分量很小，而裝置有很高的靈敏度。當(dāng)外接和自產(chǎn)零序電流均 大于整定值，且無交流電流斷線時(shí)，零序起動(dòng)元件動(dòng)作并展寬7秒，去開放出口繼電 器正電源。 4.4.34.4.3 零序方向電流保護(hù)零序方向電流保護(hù) 零序電流方向保護(hù)是反應(yīng)線路發(fā)生接地故障時(shí)零序電流分量大小