单片机实现的电力系统零序电流保护_毕业设计(编辑修改稿)

单片机实现的电力系统零序电流保护_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 研究现状 随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。 为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。 系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。 此外，机、炉、电任一部分的 故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。 因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力， 机 炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。 为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。 继电保护的基本原理 要完成电力系统继电保护的任务，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。 而要进行“区分和甄别”，必须寻找电力元件在 这三种运行状态下的可测参数（继电保护主要测电气量）的“差异”，提取和利用这些可测参数的“差异”，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。 依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。 目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压和电流的比值即“测量阻抗”等。 发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参量的新差异，就可以形成新的继电保护原理。 对于我国常用的 110kV 及以下单侧电源供电网络（如图 和图 所示），在正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流 LIamp。 ,越靠近电源端，负荷电流越大。 如果在线路 BC上发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。 利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 7 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊  L A BI A B C  L B CI   1LCI  2LCI G 图 正常运行情况下的单侧电源供电网络接线 KIA B CKI 0 0I  BU 0KU KZ 3G 图 三相短路情况下的单侧电源供电网络接线 正常运行时，各变电所母线上的电压一般都在额定电压的 10%~%5  范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。 短路后，各变电所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相间或对地电压降低到零。 利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。 同样，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角（功率因数角）其数值一 般较大，阻抗角较小。 短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路段的阻抗，其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的距离（长度），阻抗角为线路阻抗角，较大。 利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护。 如果发生的不是三相对称短路，而是不对称短路，则在供电网络中会出现某些不对称分量，如负序或零序电压和电流等，并且其幅值较大。 而在正常运行时系统对称，负序和零序分量不会出现。 利用这些序分量构成的保护，一般都具有良好的选择性和灵敏性，获得了广泛的应用。 继电保护的组成 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 8 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 测 量 部 分输 入 部 分整 定 值逻 辑 部 分 执 行 部 分输 出 部 分 图 24 继电保护装置的原理结构图 测量 部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出 “ 是 ”“ 非 ” 性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。 逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。 部分 执行 部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。 如在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。 对电力系统继电保护的基本要求 继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。 对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。 1） 选择性 选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故 障的设备或线路从电 力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。 2）速动性 速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 一般必须快速切除的 故障 有 : (1) 使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值 (一般为 倍额定电压 )。 (2) 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。 (3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。 (4) 可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈 干扰的故障。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 9 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为（ s） ～ ，最快的可达 ～ ，一般断路器的跳闸时间为 ～，最快的可达 ～。 对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。 3）灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。 能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何， 以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。 系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式； 系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。 保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。 4） 可靠性 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。 安全性：要求继电保护在不需要它动作 时可靠不动作，即不发生误动。 信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。 即使对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。 这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。 因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质， 辩证 地进行统一。 发展趋势 微机保护经过近 20 年的应用、研究和发展 ，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 10 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 统运行管理水平。 近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信 体化发展。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 11 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 电力系统零序电流保护 电力系统零序电流 零序电流简介 在 三相四线 电路中， 三相电流 的相量和等于零，即 0a b cI I I   如果在三相四线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。 当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为： a b cI I I I   这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与 保护区 装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，即使灵敏继电器动作，作用于执行元件跳闸。 这里所接的互感器称为 零序电流互感器 ，三 相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。 零序电流产生原因 无论是纵向故障、还是横向故障、还是正常时和异常时的不对称，都有零序电压的产生； 零序电流有通路。 以上两个条件缺一不可。 因为缺少第一个，就无 来源。 缺少第二个，就是我们通常讨论的 “ 有电压是否一定有电流的问题 ”。 零序 电流 公式 : 03 A B CI I I I   03 A B CI I I I   正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出 现不对称现象时，把三相的不对称分 量分解成对称 分量（正、负序）及同向的零序分量。 只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点 像 力的合成与分解 ，但很多情况下某个分量的数值为零）。 对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。 当系统出现安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 12 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应 正常出现的分量，就可以知道系统出了毛病（特别是单。