110kV线路微机高频保护 毕业论文.doc

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1、I 摘 要 在电力系统中，继电保护是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要工 具，而且，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，对继电保护的要求也越来越高。 高频保护是 110kV 及以上输电线路的主保护，也是高压电网保护的第一道防 线，能够对全线路故障实现无时限切除，这是高频保护的重大优点，所以，在超 高压电网的稳定措施中高频保护受到高度重视。 本次的设计是 110kV 线路微机高频保护。本文首先简要介绍了电力系统微机 继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。接着详细论述了 110KV 线 路微机继电保护的构成以及各个部分的工作原理，设计内容包括三大部分

2、：硬件 电路设计，软件部分设计和高频保护参数计算及动作值整定。 硬件电路主要由 CPU 主系统、数据采集系统和开关量输入/输出系统构成， 软件设计，主要包括高频保护的主程序、中断服务程序和故障处理程序设计，软 硬件结合实现保护功能。 关键词：继电保护；微机保护；高频距离保护；高频零序保护 II Abstract In the electrical power system, the relay protection is guaranteed the electrical power system safe operation and improves the electrical energ

3、y quality, 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

4、host protection, 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

5、 frequency 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 developm

6、ent direction. 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 movemen

7、t value 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

8、 design, the software and hardware union realization protection function. Key words： Relay protection；Microcomputer protection； High frequency distance protection；High frequency zero foreword protection III 目 录 第 1 章 绪 论 .1 1.1 电力系统微机保护的概述和发展历程 .1 1.1.1 电力系统及微机保护概述 1 1.1.2 微机保护的发展历程 1 1.2 国内外关于该课题的研

9、究现状及趋势 .2 1.3 微机保护的发展方向 .2 第 2 章 硬件部分设计 .3 2.1 总体设计方案 .3 2.2 数据采集系统设计 .3 2.2.1 电压形成 3 2.2.2 采样保持电路（S/H） 4 2.2.3 有源滤波器的结构及特点 4 2.2.4 模拟多路开关 5 2.2.5 模数转换器（A/D） .6 2.3 微机主系统 .6 2.3.1CPU(中央处理器) .6 2.3.2 开关量输入输出回路 9 2.3.3 人机接口回路 11 2.4 跳闸回路设计 .11 第 3 章 高频保护参数计算及动作值整定 .13 3.1 高频保护概述 .13 3.2 高频通道及其工作方式 .13

10、 3.3 高频保护的算法 .14 3.4 傅里叶级数算法 .15 3.5 高频距离参数计算及动作值整定 .17 3.6 高频零序参数计算及动作值整定 19 第 4 章 高频保护软件设计 .21 4.1 高频保护功能概述 .21 4.2 高频保护程序设计 22 4.2.1 高频保护的主程序流程图说明 22 IV 4.2.2 高频保护的中断服务程序流程图说明 25 4.2.3 高频保护的故障处理程序流程图说明 28 4.2.4 振荡闭锁程序流程图 .错误！未定义书签。 第 5 章 结 论 .38 参考文献 .39 致 谢 .40 1 第 1 章 绪 论 1.1 电力系统微机保护的概述和发展历程 1

11、.1.1电力系统及微机保护概述 现代电力系统是一个巨大的统一的整体，一旦损毁不仅带来巨大的经济损失， 而且会对电力系统本身稳定和工业生产及人民生活产生巨大影响。电力系统是一 个复杂的、非线性的大系统，具有许多其它系统所没有的特殊性，随着电力系统 不断向高电压、远距离、大容量的方向发展，系统的网架结构和运行方式日益复 杂，这就对系统中继电保护装置提出了更高的要求，即要求选择性更好、可靠性 更高、动作速度更快。 1.1.2微机保护的发展历程 近三十年来，计算机技术得到了飞速的发展，已广泛而深入地影响着人类社 会的各个方面，如科学技术、生产制造和人们生活的各个领域。同样，计算机技 术也影响到电力系统

12、继电保护技术的发展。 继电保护在电力系统中占有重要地位。我国从七十年代末就开始了微机继 电保护的研究，高等院校和科研院所在这里面起到了先导的作用，相继研制出了 不同原理和不同型式的微机继电保护装置。自从 1984 年 4 月由我国自行研制的 第一套微机线路保护装置在河北马头电厂投入实际运行以来，微机继电保护已经 在我国取得了很大的发展，随后在投入批量生产后，从二十世纪九十年代开始在 我国电网中逐步得到实际应用。 随着国民经济对用电量需求的不断增大，各大高校与科研院所在微机继电保 护方面进行了深入研究，国内几大继电保护生产厂家也纷纷转向微机继电保护的 研发和生产。各种保护原理方案、算法的微机线路

13、保护和微机主设备保护相继问 世，为电力系统提供了一批优质可靠的微机继电保护装置，同时也积累了丰富的 运行经验。随着微机保护装置的深入研究，在微机保护软件算法等方面也取得了 很多的理论成果。我国继电保护技术己进入了微机保护的时代，并且也带动了变 电站综合自动化的发展。当前，微机线路保护装置已广泛应用于我国电力系统中。 随着微机保护的发展，不断有新的改善继电保护性能的原理和方案出现。 这些原理和方案同时也对微机保护装置硬件提出了更高的要求。由于集成电路和 2 计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速，功能更丰富，性 能更加完善。 1.2 国内外关于该课题的研究现状及趋势 目前应用于国

14、内微机继电保护装置中的处理器主要有三类:单片机、DSP 和嵌 入式处理器。 单片机通过大规模集成电路技术将 CPU, ROM, RAM 和 I/0 接口电路封装在一 块芯片中，具有可靠性高、接口设计简单、运行速度快、功耗低、性能价格比高 的优点。因此高等院校和科研单位纷纷研制采用单片机的微机继电保护装置，而 且由于单片机价格低廉，现阶段应用单片机的微机保护仍是我国微机保护的主流 产品。 为了克服单片机运算能力弱的缺点，推出了一系列与个人计算机软硬件兼容 的嵌入式处理器，如 INTEL386EX, AMD386/486E 等。由于可利用 PC 丰富的开发 环境、应用软件和电路设计技术，因而一经推

15、出就得到了众多工控厂家的欢迎， 并纷纷在此基础上开发出工 SA, STD, PC104 等总线工控主板。该嵌入式处理器 具有很多优点，因此 STD 工控机在电力系统继电保护自动化产品中得到了最为广 泛的应用。 而新一代处理器 DSP 具有相当强大的处理能力、快速的指令周期、哈佛结构、 流水操作、专用乘法器、特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使 DSP 的指 令周期达到 200ns。将 DSP 应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序 和付立叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可 以完成以往主要由 CPU 完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。 微机继电

16、保护产品在电力系统中得到了广泛的应用，并由于其相对于传统继 电保护产品(整流型、集成电路型等)的一系列优点，大大提高了电力系统供电的 安全性和可靠性，促进了电力系统自动化的发展。 1.3 微机保护的发展方向 随着我国变电站综合自动化技术的发展及网络技术的兴起，微机保护装置的 研究设计工作应与变电站综合自动化系统相适应，使微机保护既保持其相对独立 性，又要具备有与变电站监控系统接口的条件及远方控制功能，以适应无人值守 变电站的改造。同时，随着新理论、新的硬件技术的发展，微机保护装置也应吸 收其中适应电力系统的部分，以提高微机保护的性能和技术水平。 3 第 2 章 硬件部分设计 2.1 总体设计方

17、案 本次设计包括硬件和软件两大部分。其中硬件部分包括：数据采集系统， CPU 主系统设计，开关量输入/输出系统设计，硬件部分设计后还有跳闸出口电 路及逻辑的等电路设计。软件设计包括高频保护主程序设计，高频保护中断服务 程序设计，高频保护故障处理程序设计。为了软件设计的顺利进行，还必须有高 频零序方向保护参数计算及动作之整定和高频距离方向保护参数计算及动作之整 定。最后是绘制硬件原理图，软件流程图，答辩，打印等工作。 硬件部分设计 微机保护的硬件一般包括以下三个部分： （1） 数据采集系统 数据采集系统包括电压的形成，模拟滤波，采样保持电路 （S/H）多路转换开关（MPX） ，以及模数转换（A/

18、D）等功能模块，完成将 模拟输入量准确的转换为微型机能够识别的数字量。 （2） 微机主系统 微型机主系统主要包括微处理器，只读存储器，随机存取存 储器，定时器，并行接口以及串行接口多等。微型机执行编制好的程序， 对由数据采集系统输入至 RAM 区的原始数据进行分析，处理，完成各种继 电保护的测量，逻辑，和控制功能。 （3） 开关量输入/输出系统 开关量输入/输出系统由微型机的并行接口 （PIA/PIO） ，光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保 护的出口跳闸信号，外部触点输入，人机对话及通信等功能。 2.2 数据采集系统设计 2.2.1 电压形成 本次微机保护要从被保护的电力线路

19、的电压互感器或上取得信息，由于模数 转换器只能对一定范围内的输入电压进行转换，故需要降低和变换电压，将输入 信号变换为满足模数转换器量程要求范围内的电压信号。因此，采用中间变换器 来实现以上的变换，将交流信号变换为比例的电压信号，可以采用电抗变换器， 电压变换器或电流变换器。 但是，目前在微机保护中采用电压变换器方式的为多，主要原因是由于在微 机保护系统电流信号在最严重的短路故障时，其幅度可能达到正常信号的 10 到 4 20 倍，为使 ADC 在短路时也能不失真，为不使隔离系统的铁心饱和通常采用针 模合金材料作铁芯。 综合比较以上变换器后，本次设计采用电压变换器将电流信号变换为电压信 号。

20、2.2.2 采样保持电路（S/H） (一)采样保持器的作用 输人到微机保护系统的电压、电流等模拟量信号经过电压形成环节变换成所 要求的电压值后，再经模拟低通滤波器(ALF)进入采样保持器。所谓采样，就是 CPU 每隔一个固定的时间间隔 Ts读一次数据。T s称为采样周期。采样周期的倒数 称为采样频率。 采样保持器的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， 并在模拟数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。常用的继承采样保持 器有多种，本次设计采用 LF-398 型采样保持芯片。 (二)对采样保持电路的要求 高质量的采样保持电路应满足以下几方面要求： (1)最小采样宽度 Tc，(

21、或称为截获时间)要尽量短，以满足对快速变化的信 号的采样要求； (2)在截获时间内，使 Ch上的电压能按一定精度跟踪上 U1的变化， 一般要 求跟踪误差小于 01； (3)在信号保持期间，保持电压应基本不变。通常用该电压的下降率来表示 保持能力。 (4)模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。 总的来说，阻抗变换器的质量在很大程度上决定了采样保持器的质量同时， 上面的要求也与电容器的容量有关。就截获时间而言，希望 Ch越小越好，但是就 保持时间而言，则希望 Ch越大。因此在设计微机保护系统时，虚根据实际要求来 考虑如何选择 Ch。 本次设计选用 LF-398 采样保持芯片。 2.2.

22、3 有源滤波器的结构及特点 在故障电压或电流等模拟量进入采样保持器之前，用一个模拟低通滤波器 (ALF)将高频分量滤掉，仅让 1/2f 以下的频率分量通过，就可降低采样频率值， 从而降低对微机系统硬件过高的要求。 有源滤波器是指出 RC 与运算放大器构成的滤波电路。边过在 RC 网络中引入 5 有源器件，就能实现传递函数在 s 域左半平面出现共轭极点，得到良好的滤波特 性。 在微机保护中，通常采用二阶或三阶有源低通滤波电路。图 2.1 为种二阶 有源滤波器，这种电路也称为单端正反馈低通滤波器。它的主要优点是：仅使用 一个运算放大器，结构简单，RC 元件少，缺点是元件参数的变化对滤波效果影响 较

23、大。 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 27-May-2006 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: C2 C1 R2R1 R4 R3 U1 U0 图 2.1 二阶有源低通滤波器 电路中各参数为： C1=0.33Uf,R1227k，R 24.55k，R 3R 41364k，截止频率 f0150Hz，增益系数 H。2，品质因数 Q070 6，这种滤波器的特性更接近 干理想

24、特性，此外，这种滤波器还具有结构简单、所用 RC 元件少，当运算放大 器频率特性偏离滤波器频率特性时不易引起振荡等优点。这种滤波器的缺点是， 元件参数变化时对滤波器的影响较大。 线路保护一般采用每周波 12 次采样（即 600 次/秒） ，根据采样定理的要求， 低通滤波器的截止频率选在采样频率的一半，即 300Hz。 2.2.4 模拟多路开关 多路转换开关又成多路转换器，在分时检测时利用多路开关可将各个输入信 号依次的或随机的连接到公用放大器或 A/D 转换器上。多路开关是用来切换模拟 电压信号的关键元件。为了提高过程参数的测量精度，在设计过程中视多路开关 为理想的，即接通时的导通电阻为零，切

25、换速度快，噪音小，寿命长，工作可靠。 用多路开关实现通道切换，常用的多路开关有 AD7501（8 通道） ， AD7506（16 通道） ，CD4051（8 通道） 。本次设计采用 CD4051。 CD4051 是由 C-MOS.FET（场效应管）组成的单片多路开关，它是单端的 8 通道开关，它有三根二进制的控制输入端 A，B，C 和一根禁止输入端 INH，片上 6 有二进制译码器，可由 A，B，C 三个二进制信号在 8 个通道中选一个，使输入和 输出接通，而当 INH 为高电平时，不论 A，B，C 为何值，8 个通路均不通。 CD4051 有很宽的数字和模拟信号电平，数字信号为 315V，模

26、拟信号峰- 峰值为 15Vp-p； 当 VDD-VEE=15V，输入范围为 15Vp-p； 时，其导通电阻为 80；当 VDD-VEE=10V 时，其断开时的漏电流为10pA；静态功耗为 1uW。 2.2.5 模数转换器（A/D） (一)模数转换(AD)的基本原理 由于微机系统只能对数字量进行计算，而微机保护所能取得的电压、电流信 号均为模拟信号，因此必须将采样所得到的模拟量经过模数转换成为数字量。模 数转换的过程实质上就是对模拟信号进行量化和编码的过程。 根据 AD 转换的原理和特点的不同，可将 AD 转换分为直接式 AD 转换 和间接式 AD 转换两大类。直接式 AD 转换是将模拟信号直接

27、转换为数字量。 常见的有逐次逼近式 AD、记数式 AD、并行转换式 AD 等。间接式 AD 转 换是将模拟信号先变成中间变量，如脉冲周期 T、脉冲频率 f 脉冲宽度等，再将 这些中间变量变成数字量，其中较常见的有单积分式 AD、双积分式 AD、VFC 转换式 AD 等。上述种种 AD 变换中，以逐次逼近式和 VFC 转换式在微机保护 中应用最广。本次设计采用的是 ADC 式变换。采用的芯片是 AD574。 AD574 是微机保护常用的一种芯片，是用逐次逼近原理实现的 A/D 变换器， 分辨率为 8 位或 12 位，转换时间 25us。 2.3 微机主系统 2.3.1CPU(中央处理器) 微型计

28、算机由三类大规模集成的芯片组成，关键的一块芯片是微处理器， 习惯上叫 CPU 芯片，CPU 是计算机系统自动工作的指挥中枢，计算机程序的运行 依赖于 CPU 来实现。因此，CPU 的性能好坏在很大程度上决定了计算机系统性能 的优劣。它包括通用电子计算机的运算器和控制器部分。存储器芯片是第二类芯 片， 计算机利用存储器把程序和数据保存起来，使计算机可以在脱离人的干预 下自动地工作，它的存储容量和访问时间直接影响着整个计算机系统的性能。它 主要用来存放程序和数据。根据程序和数据的大小可以选择多块存储器芯片。第 三类芯片是输入/输出接口芯片，用以沟通计算机和外部设备。 本次设计选用的是 MCS-51

29、 中的 8 位单片机 8031，它片内没有 ROM，片内 RAM 为 128B，可以寻址 64KB 的片外程序存储器，可以寻址 64KB 的片外数据存储器， 32 根双向和可单独寻址的 I/O 线，一个全双工的异步串行口，2 个 16 位定时/计 7 数器，5 个中断源，2 个中断优先级，有片内时钟振荡器。 1.系统工作原理 从被保护线路上采集电压信号，经过电压变换器后变成低压信号，经过二阶 有源低通滤波器后，滤掉高频部分，只让 1/2 采样频率一下的分量通过，然后将 得到的采样值送入采样保持电路 LF398，以保证在 ALD 转换期间内，测量模拟 输入量，保持其输出不变，上述过程为数据采样过

30、程，在本次设计中，这样的数 据采集一共有 8 路，分别将这 8 路采集信号送入 8 路模拟转换开关 CD4501，A，B，C 组成二进制数，当选中每一路时，每一路的信号经过 A10 变 换器 AD574 输入单片机。 8031 扩展所用芯片有 74LS373，74LS139，2764，6264 等。如图 3.2。 2.锁存器 74LS373 74LS373 是一种 8D 锁存器，具有三态驱动输出，该锁存器由 8 个 D 门组成， 有 8 个输入端 1D8D，8 个输出端 1Q8Q，2 个控制端G 和 OE，使能端 G 有效时，将 D 端数据打入锁存器中 D 门，当输出允许端 OE 有效时，将锁

31、存器 中锁存的数据送到输出端 Q。 当使能端 G 为高电平时，同时输出允许端 OE 为低电平，则输出 Q=输入 D； 当使能端 G 为低电平，而输出允许端 OE 也为低电平时，则输出 Q=QO（原 状态，即使能端 G 由高电平变为低电平前，输出端 Q 的状态，这就是“锁存” 的意义） 。 当输出允许端 OE 为高电平时，不论使能端 G 为何值，输出端 Q 总为高阻态。 74LS373 锁存器主要用于锁存地址信息、数据信息以及 DMA 页面地址信息等。 3.只读存储器 2764 2764A 是 8K8 位紫外线擦除电可编程只读存储器，单一+5V 电源供电，最 大工作电流为 75mA，维持电流为

32、35mA,读出时间最大为 250ns,为 28 脚双列直插 式封装。 8 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 19-Jun-2006 Sheet of File: C:Documents and Settingsnbuser为为MyDesign.ddbraw By: EA/VP31 X119 X218 RESET9 RD17 WR16 INT012 INT113 T014 T115 P101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 P00 39 P01 38 P0

33、2 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U? 8031 D03 Q0 2 D14 Q1 5 D27 Q2 6 D38 Q3 9 D413 Q4 12 D514 Q5 15 D617 Q6 16 D718 Q7 19 OE1 LE11 U? 74LS373 A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 CE20

34、OE22 PGM27 VP1 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 U? 2764 A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 CS120 CS226 WE27 OE22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 U? 6264 A2 B3 E1 Y0 4 Y1 5 Y2 6 Y3 7 U?A 74LS139 a a a 30uf 30uf 12MHZ b bc c D034 D133 D232 D331 D

35、430 D529 D628 D727 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD5 WR36 A09 A18 RESET35 CS6 U? 8255 b c b d e d e 图 2.2 8031 扩展电路图 4. 随机存储器 6264 6264 是 8K8 位静态随机存储器，采用 CMOS 工艺制造，单一

36、+5V 电源供 电，额定功耗 200mV,典型存取时间 200ns,为 28 线双列直插式封装 , 74LS139 是“2-4”译码器，每个译码器仅有一个使能端，具有 2 个选择输入 端，4 个译码输出，0 电平有效。 5.8255 是可编程接口电路 本次设计采用程序查询方式，由计算机启动 A/D 转换，随后通过程序查询转换结 束标志是否置位，等到置位后，将转换结果存入内存。 假定 CPU 是 8 位机，即只有 8 根数据线，因而 ADC574A 中的 12/ 端子固8 定接地， 端子同 CPU 的地址总线的低位 直接相连，而 12 位的数据输出线并0A0 联后接至 CPU 的 8 位数据总线

37、。ADC574A 的三根基本控制线（ ）采RCES, 用标准接法，因而可以用 CPU 对地址写和读的指令来启动转换和读取数据。转 换完成后的信息由 ADC574A 的状态线 STS 经并行口 PB 送给 CPU。0 多路开关 CD4501 的三根路数选择线分别接至并行口的 PA PA ，因而2 9 CPU 可以通过 PA PA 赋值的指令控制多路开关的切换，各采样保持器芯片02 （LF398）的逻辑输入端并联后接至定时器的脉冲输出端。定时器在再次发出采 样脉冲的同时向 CPU 请求中断，以通知 CPU 来控制数据采集系统的工作。 （一）并行接口初始化 规定 PA PA 为输出，并且赋值为 00

38、00，使多路开关接通 0 通道，同时规03 定 PB 为输入，以便 CPU 查询 STS 状态。 （二）采集数据寄存地址指针初始化 由数据采集系统得到的各通道采样值的转换结果，应存放在一个规定的 RAM 区内，通常称为循环寄存区，因为数据是源源不断输入的，而寄存区是有 限的，故只能不断刷新旧数据而循环使用。但为了有一定的记忆能力，循环寄存 区应有一定的存储容量。 为了 CPU 能知道下一个转换结果应存放在什么地址，在 RAM 区应设置一个 地址指针，在初始化时把循环寄存区的首地址存入指针。CPU 在每次取得转换结 果后，总是把它存入指针指向的地址，然后指针指向下一个地址。指针内容的更 新在一般

39、情况下是加工，因为 12 位的转换结果要占两个字节，但要检查一下更 新结果是否超出循环寄存器的末地址，如超出则应重新回到首地址以保证循环使 用。 （三）定时器初始化 微机系统的定时器（如 Intel 的 8253 和 Motorola 的 6840）都是可编程的，使 用非常灵活。定时器是定每次采样的脉冲宽度，定它在每次发出采样脉冲的同时 请求中断。 2.3.2 开关量输入输出回路 （1）开关量输入回路 开关量的输入回路是为了读入外部接点的状态，包括断路器和隔离开关的辅 助接点或跳合闸位置继电器接点，压力继电器接点，还包括某些装置上压板位置 输入等。 对微机继电保护装置的开光量输入可分为两大类：

40、 安装在装置面板上的接点。包括在装置调试时用的或运行中定期检查 装置用的键盘接点以及切换装置工作方式用的转换开关等。 从装置外部经端子排引入装置的接点。 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D 121110987654321 D C B A Title Number RevisionSize A1 Date: 27-May-2006 Sheet of File: H:为为.DDB Drawn By: k1 +24V -24V +5V A1 +5V 图 2.3 开光量输入回路 本次设计采用的是装置外部接点输入回路。 图 2.3 中方线框内是一个光电耦合器件，集

41、成在一个芯片内，当外部接点 K1 接通时，有电流通过光电器件的发光二极管电路，使光敏三极管导通。K 1打开时， 则光敏三极管截止。光电耦合芯片的两个互相隔离部分间的分布电容仅仅是几皮 法，可大大削弱干扰。 （2）开关量输出回路 开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等，一般采用并 行接口的输出口来控制有接点继电器的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过 一级光电隔离。 只要通过软件使并行口的 PB0输出“0” ，PB 1输出“1” ，便可使与非门 H1输 出低电平，光敏三极管导通，继电器 K 被吸合。 在初始化和需要继电器 K 返回时应使 PB0输出“1” ，PB 1输出“0” 。

42、设置反向器 B1及与非门 H1，而不将发光二极管直接同并行口相连，一方面是 因为并行口带负载能力有限，不足以驱动发光二极管，另一方面是因为采用与非 门以后要满足两个条件才能使 K 动作，增加了抗干扰能力。 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 28-May-2006 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: PB0PB1 B1 H1 +5V +E 为为 为K E 图 2.4 开

43、关量输出回路 为了防止拉合直流电源的过程中继电器 K 的短时误动，将 PB0经一反向器输 出，而 PB1不经反向器输出。如图 2.4。 11 2.3.3 人机接口回路 键盘输入回路 为了简便操作，保护装置键盘的数量应尽可能的减少。人机接口的面板上 键盘只有七个键：“” ， “” ， “” ， “” ， “Q”(返回键)， “复位”和“确认” 键。 “复位”和“确认”键用于装置复位和操作确认。正扬科医师的电路十分简 单，操作也很方便，键盘输入电路有两种：独立键盘电路和行列式键盘电路。 （1）独立式按键 由于只需少量按键，因此可以采用最简单的独立式键盘电路，如图 2.5 所 示，从而大大简化了电炉

44、，也使键盘程序简单。 在监控程序安排下，接口 CPU 对 74LS245 输出不停的检测，由于每一个按键 都有特定的键值，输入 CPU 后，根据该键特定的键值就可以专项执行该键的功能 程序了，例如，按下“” ，就转向执行将光标移上一行的程序，当键均未被按 下时，74LS245 接口芯片的输入数码为 11111110 即 FEH，接口 CPU 就认为无键输 入。 （2）行列式按键 当键的数量较多是采用行列式按键电路，可节省 I/O。 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 28-May-2006 S

45、heet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: A02 A13 A24 A35 A46 A57 A68 A79 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E19 DIR1 U? 74LS245 +5v 为 为为 为 为为 AN1 AN2 AN3 AN4 AN5 AN6 AN7 图 2.5 独立式键盘电路 2.4 跳闸回路设计 本次设计出口跳闸回路如图所示：装设了各跳闸出口继电器 KOF，启动继电 12 器 KST 及停信继电器 K

46、HS。 启动继电器动作后启动发信，同时兼作总开放继电器，由其常开触点对跳闸 回路及停信继电器 24V 电源的负极实现闭锁。三个保护用的 CPU 分别驱动各自的 启动继电器 KST，KST 的触点接成三取二闭锁方式，只有当 CPUl、CPU2、CPU3 中 至少有两个同时启动时，才能开故跳闸回路。 综合重合闸装置的启动元件 KST 作为重合闸回路的总闭锁。CPU4 的 KST 动作 后，为重合闸继电器 KRC(逻辑插件上)和重合闸信号继电器 KOH(信号插件上)提 供负电源，这样，当线路轻载偷跳单相时，虽各保护的 KST 不动作，但亦能保证 重合闸回路可靠工作。 当 CPUlCPU3 中有一退出

47、工作时，为了三取二闭锁方式不影响未退出保护 动作出口的可靠性，可以采取下面两种措施： (1)通过连线 LXl、LX2 解除三取二闭锁。 (2)某保护无故障停用时，可仍使该插件运行，其启动元件仍然工作，只是 将该保护的出口压板退出，这样三取二闭锁方式不会影响装置的正常工作。 停信继电器由 CPU1 的 KST 驱动。采用闭锁方式时，用于控制停信；采用 允许方式时，用于控制发信机发允许信号。 KOFA、KOFB、KOFC、KOPR 各有两付触点输出，用于接通跳闸线圈。 KOFA、KOFB、KOFC 还另有两付触点用于启动失灵保护。KSTl、KST2 各一付触点 用于启动发信。 1 2 3 4 5

48、6 7 8 9 10 11 12 A B C D 121110987654321 D C B A Title Number RevisionSizeA1 Date: 29-May-2006 Sheet of File: C:Documents and SettingsAdministrator为为BACKUP11.DDBDrawn By: KST1 KST2 KST3 KST4 KST5 _24V 5-1 4-1 为KRC,KKOH为为为为为 3-1 1-1 2-1 4-2 3-2 KHS 为为 KOFA1 KOFA2 KOFB1 KOFB2 KOFC1 KOFC2 KOFR1 KOFR2 _

49、24V 为A 为B 为C 为为 11 12 13 14 图 2.6 跳闸出口回路 13 第 3 章 高频保护参数计算及动作值整定 3.1 高频保护概述 输电线路的高频保护（载波保护）是将两侧电流的相位（或功率方向）变成 高频讯号后再经加工后的输电线（称高频传输通道）传至对侧进行直接或间接的 相位比较（或逻辑判断）来实现全线速动保护的，它可以有效的克服辅助导线 （导引线）方法时的种种缺点。 3.2 高频通道及其工作方式 1高频通道主要由以下几个部分组成 （1）输电线路：用于传输高频电流信号。 （2）高频阻波器：高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的 50Hz 并联谐 振回路。它对工频电流显低阻抗，而对高频讯号显高阻抗，它可阻止高频电流进 入被保护线路以外的电力系统中的其它设备。 （3）耦合电容：耦合电容一方面起隔离工频电压的作用，另一方面与连接滤 波器组成带通滤波器，只允许通带内的高频电流通过，对工频电流显高阻抗。 （4）连接滤波器：连接滤波器由空心变压器和电容组成，它与耦合电容组成 带通滤波器，即可以进一步隔离高压线路和高频收发讯机