1、基于單片機的中性點不接地系統(tǒng)課題名稱： 單相接地故障選線方案設(shè)計 目錄第一章緒論3第二章 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障分析52.1 電力系統(tǒng)中性點接地方式介紹52.1.1 中性點不接地62.1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地6中性點經(jīng)高阻接地72.2 中性點不接地單相接地故障特征8第三章選線的設(shè)計理論123.1 設(shè)計理論123.2 設(shè)計需要的元件12第三章 選線的硬件電路和軟件程序框圖134.1 選線硬件電路134.1.1 電路原理圖134.1.2 電路分析134.2 程序設(shè)計144.3 工作過程14第四章總結(jié)15參考文獻16致 謝17 摘要中性點不接地系統(tǒng)在提高供電可靠性上具有優(yōu)越性，所以在我國得

2、到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的機率最高，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，如不能及時選擇故障相線路，并及時切除其線路，就會發(fā)生兩點或多點接地短路。就會危及整個系統(tǒng)的安全。本文就是以在了解中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時系統(tǒng)參數(shù)變化為設(shè)計依據(jù)，以單片機為核心元件，把在中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，能及時反映故障線路是在哪一條線路上，并且能發(fā)生報警和顯示功能。關(guān)鍵詞：中性點不接地系統(tǒng)，單相接地故障，選線第一章緒論 我國663kV電力系統(tǒng)普遍采用中性點不接地的運行方式。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大和供電范圍的增加，電網(wǎng)的電容電流越來越大，為了防止系統(tǒng)在發(fā)生漏電故障時大電容電流可能引發(fā)的嚴重后果，部分企業(yè)采

3、用了中性點經(jīng)消弧線圈接地的中性點運行方式，以期利用故障時消弧線圈上的電感電流抵消電網(wǎng)中的電容電流，達到減小故障電流幅值，增加系統(tǒng)安全性的目的。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時是可以允許運行一到兩小時，但是長時間運行，會使系統(tǒng)發(fā)生兩點或多點接地短路。為了避免發(fā)生兩點或多點短路，在這故障運行一小時的時間內(nèi)，要盡快切除故障相。為了更加有效的，快速的切除故障相。中性點不接地系統(tǒng)運行方式多樣，線路結(jié)構(gòu)多變，故障情況復(fù)雜，單相接地故障電流僅為線路對地電容的殘流，數(shù)值非常小，故障特征不明顯。長期以來，中性點不接地電網(wǎng)的單相接地故障，由于缺少可靠地故障線路選擇方法，許多企業(yè)不得不用人工拉路的方法選擇故障相線路，。人

4、工拉路會導(dǎo)致大面積停電，這樣對于一些要求高一點的負荷，達不到要求。更對電網(wǎng)智能化沒有提高。所以，電力部門迫切希望能夠開發(fā)可靠實用的中性點不接地單相接地故障選線方案。對于這個問題，從上世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)有研究了，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有好多方法了。對于采用微型計算機為主要元件的選線方案也有，但是單片機很少用于大型工程選線。本文就以單片機為主要元件，單片機用的是stc89c52的單片機。 第二章 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障分析為了保證配電網(wǎng)連續(xù)和可靠供電，單相接地故障發(fā)生后需要及時識別出故障線路，并進行故障處理，為此首先應(yīng)該對中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障時的故障特征有清晰的認識，在此基礎(chǔ)上形成有效的

5、選線判據(jù)。本章詳細地分析了中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時故障電流的穩(wěn)態(tài)量，為選線判據(jù)的提出提供了理論依據(jù)。2.1 中性點不接地單相接地故障特征中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)的電壓·電流發(fā)生變化，對其進行分析，根據(jù)分析計算，得到結(jié)論，以便更好的提供選故障線路的方法。下面就來分析一下。如圖2-1所示為最簡網(wǎng)絡(luò)接線圖，在正常運行情況下，三相對地有相同的電容Co，在相電壓的作用下，每相都超前于相電壓900的電容電流流入大地。中性點電壓為0。圖2-1 A相單相接地簡單網(wǎng)絡(luò)接線示意圖假設(shè)A 相發(fā)生單相接地故障，則A相對地電壓為0，對地電容被短接。其他兩相電路的對地電壓變?yōu)樵瓉淼谋叮?/p>

6、對地電容電流也增大為原來的倍，A相單相接地故障向量圖如圖2-2所示 圖2-2 A相接地的向量圖 在圖中可以看出發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的三相的負荷電流和線電壓依然對稱，所以只需分析對地關(guān)系變化。在A相發(fā)生單相接地后，各相對地電壓關(guān)系為： (式2-1) (式2-2) (式2-3)故障點處的零序電壓為： (式2-4)即故障點處的零序電壓為正常運行時的相電壓。剛才分析了對地電壓，接下來分析對地的電容電流。如圖2-3為系統(tǒng)單相接地時故障相和非故障相的對地電容電流。 對于非故障線路I來說，其三相電容電流各為： （式2-5) （式2-6） (式2-7)式中：，分別是線路I中的A,B,C各相的對地電容電流；

7、,分別是故障電網(wǎng)中的A相和B相對地電壓，為電網(wǎng)的角頻率（），是線路的單相對地電容。因此，非故障線路I的基波零序電流為： （式2-8)式中：為線路I的基波零序電流；為中性點的零序電壓。由式（2-8）得，非故障線路I的零序電流的大小等于該線路本身的對地電容電流，方向由母線流向線路，相位超前零序電壓90。對于故障線路來說，接地電流為： (式2-9)故障相線路的電容電流仍然用同樣的方法求得，只是故障相線路的電容電流不在為零。此時。三相得電容電流值分別是： （式2-10） （式2-11） （式2-12）故障線路III的基波零序電流為： （式2-13）將（2-10），（2-11），（2-12）帶入到（2-

8、13）中，化簡得到 (式2-14）式（2-14）表明故障線路的零序電流大小等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向由線路流向母線。相位與非故障線路零序電流相反，滯后于零序電壓90。綜上所述可以總結(jié)分析中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的結(jié)果，可以得到如下結(jié)論： (1)在發(fā)生單相接地時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為電網(wǎng)的線電壓，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，它的大小等于電網(wǎng)正常時的相電壓。 (2)在非故障線路上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對地電容電流，方向由母線流向線路，相位超前零序電壓90。 (3)在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)所有非故障線路的零序電流的相量和，數(shù)值一般較大，方向由線路流向母線

9、，相位與非故障線路零序電流的相反，滯后于零序電壓90。(4)接地故障處的電流大小等于所有線路的接地電容電流的總和，并超前零序電壓90。第三章選線的設(shè)計理論所謂選線就是選擇正確的選出故障線路，而不是選擇故障相線路，就是一個電力網(wǎng)的幾條線路中有一條或多條線路出現(xiàn)單相接地故障，這個時候就要通過一些手段把這一條或多條線路找出來，這樣的過程就是我們的設(shè)計方案。因此我們要選擇單片機通過一些電路，再通過程序把故障線路選出來，這個任務(wù)就完成了。運用單片機在幾條線路中檢測出一條是故障線路，然后經(jīng)過對比，選出唯一的故障線路。3.1 設(shè)計理論在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，故障線路的對地電容電流是所有非故

10、障線路之和，其值最大，且相位與其他的非故障線路相反。通過對對地電容電流的幅值與相位比較，可以找到故障線路。為了更好地執(zhí)行這一理論，我們用了最小的分貝的采樣保持器，這樣可以更好的提高精確程度，保證不誤動作和無誤操作，更好的達到這一效果。那么原理很簡單，但是要實現(xiàn)就不是這么容易的，要保證選擇是最大的對待電容電流。而且在相位上也要不同，假如說就兩條線路，一條故障，那么故障線路和非故障線路的對地電容電流大小是相等的，這個時候，就要利用相位相反這個結(jié)論了。因此我們的程序就要圍繞著這兩點來寫。這就是本次設(shè)計的原理分析，下面我們來看看要實現(xiàn)這一理論需要的電氣元件。3.2 設(shè)計需要的元件要實現(xiàn)以上理論，首先需

11、要的就是一個STC89C52單片機（加最小系統(tǒng)）；然后需要幾個電流互感器（有幾條線路就需要幾個）；還要一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；幾個采樣保持器（有幾條線路就需要幾個）；一個信號放大器；一個A/D轉(zhuǎn)換器；信號調(diào)理電路也需要。這些都是輸入的元件。還有輸出元件，有LED燈；報警器等。3.3單片機結(jié)構(gòu)本文就是以單片機為主要元件，單片機用的是stc89c52的單片機。對于這種單片機的系統(tǒng)很穩(wěn)定，所以使用這種單片機不用擔(dān)心最小系統(tǒng)出現(xiàn)問題。該單片機的結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示，實物圖如圖1-2所示。 圖1-1 單片機結(jié)構(gòu)圖 圖1-2 單片機實物圖第3章 選線的硬件電路和軟件程序框圖在第三章中我們了解了選線的原理和選線所

12、需要的元件，那么如何利用這些元件完成快速選線呢，這一章就告訴大家如何快速選線。4.1 選線硬件電路4.1.1 電路原理圖如圖4.1所示，就是選線的電路原理圖。圖4.14.1.2 電路分析我們的目的是為了選出故障線路，是利用第三章的選線原理來進行選線的，那么就看看分析電路原理圖。本電路由三個系統(tǒng)組成，1、信號采集和輸入系統(tǒng)；2、信號處理及邏輯判斷系統(tǒng)；3、信號輸出及報警系統(tǒng)。我們以此來看這三個系統(tǒng)。1、信號采集和輸入系統(tǒng)首先要采集對地電容電流，要進行用到電流互感器，因為線路上的故障電流是很大的，而我們用的信號保持電路還有其他的電器元件都是電子式的，通過的電流很小，所以必須要用到電流互感器。因為電

13、信號不能保存，所以采集完對地電容電流以后就要立刻送到采樣保持器中進行保持原有的電信號，如果采集到的電流信號不是很好，有一些波動，就要有信號調(diào)理電路來把采集到的電流信號調(diào)理成沒有波動的信號，傳輸?shù)奖３制髦小２蓸拥倪^程很重要，因為要保證不出現(xiàn)誤動作精確的找到故障線路，所以采樣過程樣精確無誤，以免出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致失敗。那么這樣就要選擇合適的誤差的電流互感器，選擇了好的電流互感器才能更好的解決其他問題。 信號如果有波動也會出現(xiàn)其誤動作的可能，因為尖峰脈沖是很大的。就要在互感器后面加上一個信號處理電路，把互感器二次側(cè)可能出現(xiàn)尖峰脈沖消除，以免誤動作。因為電流信號不宜保持，所以就要有采樣保持器來完成保持的作用

14、，以確保什么時候什么地點都能快速提供信號。在采集完信號以后，則要輸入到單片機中了，但是單片機只認識0和1，不認識其他的任何東西，因此再輸入到單片機的過程當(dāng)中，要再加入一個A/D轉(zhuǎn)換器。要是信號分開進入單片機，加上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（至少兩路）。2、信號處理和邏輯判斷系統(tǒng)該系統(tǒng)是最重要的部分，就是利用單片機的功能，加上程序的設(shè)計，能夠很在以上問題圓滿完成的情況下，能夠如何能夠快速的分應(yīng)故障線路，并且達到魔種效果。就以這種看法，把這個更好的完成。3、信號輸出和報警系統(tǒng) 這個系統(tǒng)更加簡單，就是把這些信號通過單片機中程序處理過后輸出，如果線路有故障，就通過一些報警裝置發(fā)出報警。通過以上對三個系統(tǒng)的分析，可以

15、看出這個三個系統(tǒng)是互相扶持，相互依靠。4.2 程序設(shè)計如果這個硬件電路要是能夠運行，這樣的話，就要通過程序了。要不硬件電路就沒有實質(zhì)性的意義了。所以程序設(shè)計一定要有的。通過第三章的理論分析可以看出，這個程序看上去不難理解。但是要寫下來就有些困難，所以我們只需要畫出簡單的程序框圖就可以了。程序框圖如圖4.1：4.1程序框圖4.3 工作過程程序設(shè)計和電路設(shè)計結(jié)合起來看，可以分析一下該系統(tǒng)的工作過程。首先是對地電容電流的采集，通過電流互感器把其按比例轉(zhuǎn)換到電子式可以接受的大小，為了避免誤動作，把信號波形處理好，送到采樣保持器中。通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)把多路信號分別輸送到單片機中去，在輸送到單片機中之前，還

16、要加上A/D轉(zhuǎn)換器。然后通過單片機中的程序設(shè)計更加快速地選擇出故障線路，然后線路之中如果有故障線路就立即發(fā)出報警信號，如果線路中沒有故障就繼續(xù)運行。4.4按鍵第四章總結(jié)通過對中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的理論分析，我們發(fā)現(xiàn)它的故障線路和非故障線路的對地電容電流有不同的地方。首先是大小，故障線路的對地電容電流比非故障電容電流大，是非故障線路電流的向量之和。而且相位之間也相差了180度。然后通過出現(xiàn)的差距設(shè)計程序，利用硬件電路把故障線路選擇出來。本設(shè)計方案簡單可靠，有利于實際運用上。主要是能夠?qū)崿F(xiàn)選線。基本完成了選線方面的各種要求。因此設(shè)計應(yīng)該基本滿足要求。參考文獻1張穎. 基于注入有功電流的配電網(wǎng)單相接地選線研究D.濟南大學(xué),2012.2龔靜. 基于FTU的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線研究及實現(xiàn)