110kV输电线路零序电流保护设计 课程设计.docx

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110kV输电线路零序电流保护设计课程设计

110kV输电线路零序电流保护设计课程设计

辽宁工业大学

微机继电保护课程设计（论文）

题目：

110kV输电线路零序电流保护设计

（2）

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

（签字）

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

电气工程及其自动化

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

110kV输电线路零序电流保护设计

（2）

课程设计（论文）任务

系统接线图如图：

课程设计的内容及技术参数参见下表

设计技术参数

工作量

,

系统中各元件及线路的负序阻抗与正序阻抗相同,其他参数见图。

计算最大和最小零序电流，应根据当Z1∑＜Z0∑时，则有；反之，当Z1∑＞Z0∑时，则有。

一、整定计算

1.计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1∑、Z0∑。

2.计算B母线、C母线、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流。

3.整定保护1、2、3零序电流I段的定值，并计算各自的最小保护范围。

4.当B母线上负荷变压器始终保持两台中性点都接地运行时，整定保护1、2零序Ⅱ定值，并校验灵敏度。

5.整定保护1零序Ⅲ段定值，假定母线D零序过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3零序过电流保护的动作时限，校验保护1零序Ⅲ段的灵敏度。

二、硬件电路设计

包括CPU最小系统、电流电压数据采集、开关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。

三、软件设计

说明设计思想，给出参数有效值计算及故障判据方法，绘制流程图或逻辑图。

四、仿真验证

给出仿真电路及仿真结果，分析仿真结果同理论计算结果的异同及原因。

续表

进度计划

第一天：

收集资料，确定设计方案。

第二天：

计算综合阻抗和零序电流，零序I段的整定计算。

第三天：

零序II段、零序III段的整定计算。

第四天：

硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分）。

第五天：

硬件电路设计（控制输出、报警显示部分）。

第六天：

软件设计（有效值计算、故障判据）。

第七天：

软件设计（绘制流程图或逻辑图）

第八天：

仿真验证及分析。

第九天：

撰写说明书。

第十天：

课设总结，迎接答辩。

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

随着时代的进步，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。

因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高，微机继电保护具备了传统保护所没有的优良特性。

本设计首先简要介绍了电力系统微机继电保护的发展、技术构成及其发展方向。

其次对硬件、软件的结构做了分析，它的硬件结构核心由P89C51RD和DSP2181组成，CPU完成装置的总启动和人机界面及与外围设备的通信功能,CPU内设总启动元件，启动后开放出口继电器正电源,使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。

最后本文对装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能作了具体介绍

本文研究的110kV输电线路微机零序电流保护原理分析与程序设计是由计算机实现的线路保护装置，用三相一次自动重合闸重合方式，采用后加速方式，适用于110kV的输电线路。

关键词：

微型机保护;110kV输电线路;零序电流;重合闸

第1章绪论

结合设计概括发展技术

本设计的总体思路

第2章输电线路零序电流保护整定计算

2.1零序电流Ι段整定计算

系统接线图如图2.1所示：

图2.1系统接线图

一、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗、

（1）当、、、、、均投入运行时：

图2.2、、、、、均投入运行时等值正序（负序）网络图

图2.3　、、、、、均投入运行时等值零序网络图

B母线：

C母线：

D母线：

（2）当、、、、投入运行时:

B母线：

C母线：

D母线：

图2.4　、、、、投入运行时等值正序（负序）网络图

图2.5　、、、、投入运行时等值零序网络图

（3）当、、、投入运行时

图2.6　、、、投入运行时等值正序（负序）网络图

图2.7　、、、投入运行时等值零序网络图

B母线：

C母线：

D母线：

（4）当、、投入运行时

图2.8　、、投入运行时等值正序（负序）网络图

图2.9　、、投入运行时等值零序网络图

B母线：

C母线：

D母线：

二、计算B、C、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流

（1）当、、、、、均投入运行时

B母线：

C母线：

D母线：

（2）当、、、、投入运行时

B母线：

C母线：

D母线：

（3）当、、、投入运行时

B母线：

C母线：

D母线：

（4）当、、投入运行时

B母线：

C母线：

D母线：

2.1.1零序电流Ι段动作电流的整定

一、保护1零序电流I段

（1）　、、、、、运行

∵　　取两相接地短路　

（2）、、、、运行

∵　　取两相接地短路　

∴最大运行方式为：

、、、、运行

保护1的I段动作电流为：

二、保护2零序电流I段

（1）　、、、、、运行

∵　　取单相接地短路　

（2）、、、、运行

∵　　取单相接地短路　

∴最大运行方式为：

、、、、、运行

保护2的I段动作电流为：

三、保护3零序电流I段

（1）、、、、、运行

∵　　取单相接地短路　

（2）、、、、运行

∵　　取单相接地短路　

∴最大运行方式为：

、、、、、运行

保护3的I段动作电流为：

2.1.2灵敏度校验

一、保护1的最小保护范围计算

设　（），　则

（1）、、、运行

取单相接地短路

得，　满足灵敏度要求

（2）、、运行

取单相接地短路

得，　满足灵敏度要求

∴根据①、②，最小运行方式为：

、、、运行

　保护1的I段最小可以保护线路AB全长的33.7%

二、保护2的最小保护范围计算

　设　（），　则

（1）、、、运行

取单相接地短路

　　　得，　满足灵敏度要求

（2）、、运行

取单相接地短路

　　　得，　满足灵敏度要求

∴根据①、②，最小运行方式为：

、、运行

　保护2的I段最小可以保护线路BC全长的16%

三、保护3的最小保护范围计算

　设　（），　则

（1）、、、运行

若,则取单相接地短路

　　　得，　满足灵敏度要求

此时，，与矛盾

所以，，，取两相接地短路

得，　满足灵敏度要求

（2）、、运行

若,则取单相接地短路

　　　得，　满足灵敏度要求

此时，，与矛盾

所以，，，取两相接地短路

　　　得，　满足灵敏度要求

∴根据

（1）、

（2），最小运行方式为：

、、运行

　保护3的I段最小可以保护线路CD全长的34.68%

2.1.3动作时间的整定

因为零序电流I段是无时限零序电流保护，不必加延时元件，

所以其整定的动作延时为0

即，保护1、2、3的动作时间：

2.2零序电流Ⅱ段整定计算

保护1的Ⅱ段与保护2的I段配合

，保护1的分支系数

灵敏度校验：

最小运行方式为、、、运行

流过保护1的最小零序电流　

不满足灵敏度要求

所以，保护1的Ⅱ段与保护2的Ⅱ段配合

，保护2的分支系数

　　满足灵敏度要求

所以，保护1的Ⅱ段动作电流：

保护1的Ⅱ段动作时间与保护2的Ⅱ段动作时间配合：

2.3零序电流Ⅲ段整定计算

保护1的Ⅲ段与保护2的Ⅱ段配合

灵敏度校验：

最小运行方式为、、、运行

　作为近后备：

　满足灵敏度要求

　作为远后备：

　满足灵敏度要求

已知母线D零序过电流保护动作时限为0.5s

所以保护1的Ⅲ段零序电流保护的动作时间与保护2的Ⅱ段动作时间配合：

第3章硬件电路设计

3.1CPU最小系统图

本设计中的89C51的最小系统包括89C51单片机，6264可编程I/O接口，晶振电路，按键复位电路。

CPU最小系统图如图3.1

图3.1CPU最小系统图

3.2110KV输电线路零序保护的硬件

保护的硬件构成由四部分组成：

①数据采集系统（或称模拟量输入系统）：

数据采集系统包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模拟转换，其功能为完成将模拟输入量准确转换为所需的数字量。

②主系统：

处理器（CPU）、只读存储器（ROM）或闪存内存单元（FLASH）、随机存取储存器（RAM）、定时器、并行以及串行接口等。

其功能为执行编制好的程序，以完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能。

③开关量（数字量）输入/输出系统，并行接口（PIA或PIO）、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，其功能为完成各种保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话及通信等功能。

④电源模块：

其功能为保护装置提供工作电压。

一般常采用开关稳压电源或DC/DC电源模块。

其提供数字系统5、24、+15、-15V电源。

其构成图3.2所示：

图3.2硬件机构图

3.3数据采集系统

数据采集系统（模拟量输入系统）主要包括电压形成、模拟滤波、采样保持（S/H）、多路转换（MPX）以及模数转换（A/D），其功能为完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量，如图3.3所示：

图3.3数据采集系统

3.3.1电压形成回路

本文研究的110KV输电线路零序电流保护装置将由二次电流互感器转换来的电流信号通过如图3.4所示的电路转换为mA级的电流信号；将由二次电压互感器转换来的电压信号（100V）通过如图3.5所示的电路也转换为可供模数转换部分时用的电压，这样做的优点是可以使得元件小型化。

再讲mA级的电流信号经过如图3.3所示的电路，进行放大处理转换为电压信号，作为A/D转换的输入信号。

图3.4电压输入信号

变换电压的计算公式：

图3.5电压信号输入

3.3.2采样保持和模拟低通滤波

采样保持电路，又称S/H电路，其作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。

利用采样保持电路后，可以方便地进行多个模拟量实现同时采样。

采样频率是指采样周期的倒数，对保护系统而言，在故障刚发生时，电压、电流信号中可能含有较高的频率分量（如2KHz以上），为防止混淆，频率将不得不用的很高，

进而对硬件速度提出过高的要求。

实际上，目前大多数的保护反应的是工频量，在这种情况下，可以采用一个前置的低通滤波器将高频分量滤掉，这样就可以降低频率，从而降低对硬件提出的要求，对频率高于二分之一的可以用简单的低通滤波器（如图3.6所示）来滤除高频分量，而对于小于二分之一频率的分量可以用数字滤波器来滤除。

图3.6低通滤波器

3.3.3多路转换开关和模数转换

对反应俩个电气量以上的继电保护装置，都要求对各个模拟量同时采样，以准确地获得各个量之间的相位关系，因而要对每个模拟输入量设置一套电压形成、抗混淆低通滤波器采样保持电路。

所有采样保持器的逻辑输入端并联后，由定时器同时供给采样脉冲，但由于模数转换器价格相对