微机电流保护装置的设计

微机电流保护装置的设计内容摘要：

路故障时，流经保护 2的电流增大，保护 2瞬时动作。 当 BC线路发生短路故障时，流经保护 2和 1的电流都增大。 按照保护选择性的要求，保护 1瞬时动作，保护 2无动作。 3） 整定计算 (1) 三相短路电流的计算： )/(/)3( dSd ZZEZEI  (31) 式中 : E—— 系统等效电源单相电势 Zd— 短路点到保护安装处之间的阻抗 Zs— 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗 (2)两相短路电流 的计算： )3()2( 23)(*2 32 3 ddSd IZZZZZZI  (32) QF1 QF2 QF 5 L1 L2 QF6 A B C I t II I . . (3)起动电流整定计算： 为保证选择性和速动性按本线路 AB线 路末端的最大短路电流计算（以保护 2为例 ） m a a x. dBkdzdBdz IKIII   (33) 为最大短路电流（即系统最大运行方式下的三相短路电流） kK 为 可靠系数＝ ～ 考虑以下原因：实际电流大于计算电流；非周期分量的影响；装置实际启动电流可能小于整定电流；考虑必要的裕度，从而保证不误动。 ABskdBkdzABsdBlZZEKIKIlZZEI0m in.m a x.0m in.m a x.*  (34) (4)起动时间整定 0dzt 保护 1同样可得 4） 原理接线，如下图 图 瞬时电流速断保护 原理接线 I + + + 1 2 3 4 . . 图 （ 1为 TQ线圈， 2为直流继电器， 3为电流继电器， 4为中点继电器） 5） 灵敏度检验 lmK 要求： ABABlm LLlK %)20~%15(%100*m in  (35) 按最小运行方式下发生两相短路情况校验 由公式： m inm in0m a x)2( 23 llZZ EII sdzd   (36) 推出灵敏度 lmK 6） 瞬时电流速断保护的特点：只能保护本线路的一部分，保护范围受系统运行方式影响，当运行方式变化很大 时，可能很小。 当线路较长时其始端与末端短路电流差别较大， minl 较大；当线路较短时其始端与末端短路电流差别较小， minl 较小，所以较短线路更受运行方式影响。 当 %15lmK 时采用电压电流连锁速断保护或纵差保护。 个别情况下可以保护线路全长。 例如当电网的终端线路采用线路变压器组接线时，电流速断 保护可以保护线路全长和变压器的一部分。 优点：是简单可靠、动作迅速；缺点：是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。 限时电流速断保护（ II 段） 1） 限时电流速断保护的提出，电流速断保护无法保护线路的全长，为了在线路任意点故障都能迅速切除故障。 其能够快速切除本线瞬时速断保护保护范围外的故障。 2） 限时电流速断保护的原理，靠整定电流和动作时间来实现选择性为保证能保护整个线路，必须延伸到下一线路。 为了使 t最小，以保护范围不超过下一线路 I段保护的范围，即与下一线路的速断保护相配合。 （动作整定值和动作时间）如下图 . . 图 限时电流速断保护 It曲线 3） 整定计算： （ 1）动作电流值整定计算按与下一级所有线路或元件的速断保护配合 例如下图 : L1 L2 A B C I t I M . . 图 整流计算线图  . . ** dzKdz dzKdz IKI IKI (37) 然后取最大值作为整定值 ~kK （非周期分量已衰减 ） （ 2）时限整定 stttttdzdzdz a x3..   (38) 通常取 stttttt ygttDL ~.  (39) ① 断路器 1跳闸时间 ② 时间继电器 1实际动作时间比整定值大时才动作的情况 ③ 时间继电器 2实际动作时间比整定值小时才动作的情况 ④ 保护 2测量元件（电流继电器）的惯性时间，晶体管保护中滤波回路时间 ⑤ 考虑一定的裕度 I、 II段联合工作在一般情况下能够满足速动性的要求。 具有这A B C D 1 2 3 4 5 . . 种性能的保护称为该线路的主保护。 4） 原理接线，如下图 图 限时电流速断保护原理接线 图 （ 1为 TQ线圈， 2为直流继电器， 3为电流继电器， 4为中点继电器） 5） 灵敏度检验 ~. )2(m in.  dzdBlm IIK (310) 当小于 一级线路的 II段相配合。 原因（取 ~） （ 1）短路点过渡电阻 （ 2）短路电流计算误差 （ 3）互感器误差 （ 4）继电器整定误差 （ 5）一定裕度 定时限过电流保护（ III 段） 1） 定时限过电流保护的提出，当 II段保护失灵以及过负荷时需要定时限过电流保护。 不仅能保护线路全长，还能保护相邻线路的全长，作为后备保护。 其作为本线路主保护 拒动的后备保护；亦作为下线路保护或开关拒动的后备保护。 I t 1 4 3 2 . . 2） 定时限过电流保护的原理 : 其起动电流按躲过最大负荷电流来整定的一种保护。 靠时间来保证保护的选择性。 如下图 图 定时限过电流保护 It曲线 假设 d1点发生短路定时限过电流保护的保护 1都可能动作，为保护选择性以时间来实现；即： t1t2t3同理： d d3发生故障可得。 灵敏性比较说明： a、 越靠近电源 t越长 —— 缺点； b、 属于后备保护； c、t与整定电流无关。 3） 整定计 算 (1)动作值整定计算： 原则一：按最大负荷电流整定 II  (311) 原则二：最大负荷电流时能够返回 M A B C D 1 2 3 4 5 7 6 2S 1S t1 t2 t3 d1 d2 d3 I t . . 即 m a a x.m a xm a x.m a x.**m a x.fhhzqkfhhzqhhdzzqfhzqhdzfhhIKKKIKKKIIIIKIIIIIfh (312) kK —— 可靠系数 ～ zqK —— 自起动系数 1由具体接线和负 荷性质决定 hK —— 电流继电器返回系数 因为整定电流与电流继电器返回系数成反比，所以当返回系数越大整定电流越大，则灵敏度降低，所以返回系数不能太小。 而为了保证继电器的可靠性、返回系数又不能太高。 （ 2）时限整定 ttt dzdz   max. (313) 4） 原理接线，如图 5） 灵敏度检验 近后备：按本线路末端最小两相短路电流校验；应满足：~lmK （ 314） 远后备：按相邻线路末端最小两相短路电流校验；应满足： lmK （ 315） 6）定时限过电流保护的特点 :（ 1）按时间来保证选择性。 （ 2） t太长，越靠近电源越长。 （ 3）灵敏度好。 （ 4）可靠性高 . . 图 三段式电流保护单相接线图 图 （ 1,4,7为电流继电器， 2,5,8为中点继电器， 3,6,9为直流继电器 ,10为 TQ线圈。 ） 三段式电流保护的特点 表 三段式电流保护 I段 II段 III段 保护 范围 本线路的一部分 本线路的全部 到相邻线路 灵敏度 最低 次之 最高 作用 主保护 主保护 后备保护 动作时间 0 t 下 max + 选择性保证 整定电流 整定电流与时间 时间 整定电流 max* dBk IK  . * dzkdz IKI max.* fhk zqk IK KK 运行方式 大、尤其是短路线 考虑下一线路为短路线 长距离重负荷线路低（最小短路电流小、而整定电流大）灵敏度降低 零序电流保护 零序电流保护的原理是系统正常运行、过负荷、振荡、 K（ 3）、 K（ 2）等情况下均无零序电压、零序电流。 只有接地故障才有 U0、 I0。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I I t I t t . . 当发生接地短路时，将出现很大的零序电流，因此利用零序电流来构成接地短路的保护，就具有显著的优点。 U0、 I0的分布特点： （ 1）故障点零序电位最高，系统中距离故障越远处， U0越低， （ 2） I0在故障点与变压器中性点之间分布比相电流分布小 —— 只在零序网络分布 （ 3） I0大小分布与零序网络的结构有关取决于： ① 变压器中性点接地数目与位置 ； ② ∵ X0X X2 ∴ 系统运行方式变化 ； ③ 对 I0大小影响较小。 (4) I0方向零序功率方向：线路 → 母线 与正序相反 4 微机式保护设计 保护装置实现的功能 模拟信号应经过 MAX197进行 A/D转换后送入单片机。 保护动作于跳闸。 保护动作时可跳开继电器，并有相应信号灯亮（用 led模拟），各段保护应各自有相应的信号显示。 系统正常运行时，数码管不显示，继电器闭合无指示灯亮。 当满足 I段条件时，则立即 跳开继电器，有数码管显示故障并有相应指示灯提示 ； 当满足 II段条件时，则立即有数码管显示，经过 电器，并有相应指示灯提示；当满足 III段条件，则立即有数码管显示，经过 1S之后跳开继电器，并有相应指示灯提示；继电器跳开后经过按键进行手动合闸，并合闸成功后，通过按键在将第二侧的指示灯熄灭。 保护动作时限可采用 8253定时器产生，用方式 3通过 2倍延时动作时间来利用下降沿中断。 各段保护动作电流和动作时限可同数码管显示。 结构框 图 图 结构框图 信号处理 A/D 转换 CPU 按键 跳闸 显示 . . 如上图 ，系统的硬件电路设计主要包括数据采集电路、单片机及外围扩展电路、按键、显示和跳闸电路。 装置的输入端经过 数据 采集电路，采集 到 电压电流信号 ， 然后经过 A/D转换后进入单片机。 数据采集电路包括 MAXIM公司的 8路 12位并行输入的 MAXl97及其外围电路，数据采集系统输出的数字量进入微机保护主系统，在数据采集系统中，通过算法对输入的数字量进行运算，将接收到的保护动作值与算法计算得到的结果相比较并结合相应的判据来 判断装置是否动作。 数据采集电路硬件设计 、电流采集电路 电压检测电路如图 ，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在 A/D入口前进行阻抗匹配。 在 A/D入口端采用二极管钳位，防止 A/D输入电压越界。 图 电压采集 电流检测电路如图 所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在 A/D 入口前进行阻抗匹配。 在 A/D 入口端采用二极管钳位，防止 A/D 输入电压越界。 . . 图 电流采集 集电路 在数据采集系统的设计中，采用了 ATMEL公司的 AT89C52作为微处理器， MAXIUM公司的 MAXl97作为 8路 12位的 AD转换器，数据采集系统的硬件电路图如图所示。 图 数据采集 从图中可以看出，在数据采集系统中包括微处理器 AT89C5数据锁存器 74LS373。