零序直流选择性漏电保护系统的单片机实现.pdf

零序直流选择性漏电保护系统的单片机实现零序直流选择性漏电保护系统的单片机实现 王浩，袁振海 （南京工业大学自动化学院，江苏，南京，210009） 摘要摘要本文以两分支电网为例，分析了零序直流选择性漏电保护原理及其保护判据特性。介 绍了以单片机为核心的零序直流选择性漏电保护原理的实现。 关键词关键词零序直流；选择性；漏电保护；单片机； 中图分类号中图分类号TM773 文献标识码文献标识码B Realization on zero sequence DC selective leakage-protection system with monolithic processor Wang Hao, Yuan Zhen-hai College of Automation, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009,China Abstract Abstract This paper analyses zero sequence DC selective leakage-protection principle and the idiosyncrasies of the protection criterion in the two-branches power grid ; and introduces the realization on zero sequence DC selective leakage-protection system with monolithic processor. Key words zero DC; selectivity; leakage-protection; monolithic processor 1.零序直流选择性漏电保护原理 1.零序直流选择性漏电保护原理 矿井电网中性点都不接地， 且工作环境比较 潮湿，相对湿度往往高达 95％以上，为此， 对其使用的电气设备和电缆的绝缘， 提出较 高的要求[1]。尽管如此，运行中的电气设 备及其供电电缆，仍然有发生漏电的危险。 装设漏电保护装置对矿井安全生产很重要。 本文以两分支电网为例 （如图 1） ， 简单介绍 一下国内正在研究的零序直流选择性漏电 保护原理及其保护判据特性[2]。 UA UB UC 图 1 两分支电网电路模型 图 1 中实线区域是总直流检测源， 两个虚线 区域分别是各分支的直流检测源。 检测电流 通过总直流检测源、接地网、检测电阻及电 网绝缘电阻构成直流检测网络。 所谓零序直 流是指电网交流零序检测电流通过实线区 域中的二极管整流电路变成直流零序检测 电流，方便以后的采样及保护，这也是此种 保护原理与传统原理的不用之处。 我们通过 采样得到总检测电流与分支检测电流送至 单片机与整定值比较， 从而判断是否达到保 护动作值。图 2 是各检测电流 SIUMULINK 仿真波形 00.050.10.150.20.250.30.350.4 0 0.005 0.01 00.050.10.150.20.250.30.350.4 -0.01 -0.005 0 00.050.10.150.20.250.30.350.4 -2 -1 0 1 x 10 -3 图 2 各检测电流 SIUMULINK 仿真波形 图 2 第一行是总检测电流波形， 第二行 是故障支路检测电流波形， 第三行是非故障 支路检测电流波形。 由此可以验证总检测电 流和分支检测电流在方向上正好相反， 总检 测电流和故障支路检测电流在幅值上基本 相同， 同时非故障支路检测电流在幅值上很 小。同时，由实验室模拟电网实验可知以上 各检测电流均为直流分量， 所含交流分量很 少。至此，我们可以得到基于零序直流选择 性漏电保护的选线保护判据。 2．系统硬件实现 2．系统硬件实现 本系统硬件主要由电源和信号采集板和单 片机处理板组成。 2.1 电源和信号采集板 2.1 电源和信号采集板 其中电源和信号采集板负责产生12V和 5V电源，如图 3；将 220V 交流电通过变压 器，桥式整流电路以及 7812，7912 和 7805 芯片生成各种电压等级的电源。 图 3 电源模块 同时负责采集各检测信号（3 路零序直流检 测信号和一路零序电压信号） 。 电网一旦出现单相漏电故障必有零序电压， 用 JSZK-10 三相五柱式电压互感器采集零 序电压信号， 作为我们单相接地故障保护的 启动信号。 我们用霍尔小电流传感器 DS100LD[3]负责 采集零序直流检测信号。 DS100LD 型电流传感器的主要电气性能 测量电流范围 0 一100mADC 输出电压5V 电源电压12-15V L5 精确度1 线性度1 响应时间12 N Y 开启采样保持器 硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端， 因 此本系统求取电力参数采用数字滤波方法 祛除干扰，用软件代替硬件，经实践证明具 有较好的滤波效果。此外，系统中还采用指 令冗余、软件陷阱等抗干扰措施，以使系统 具有良好的抗干扰性能[6]。 4. 结束语 4. 结束语 本文提出了利用零序直流选择性漏电保护 原理来实现矿井低压电网的选择性漏电保 护问题，并介绍了基于单片机的软，硬件实 现，具有一定的应用价值。该单片机装置作 为矿井电网横向选择性主保护， 再配以一定 的时间延时， 与上级后备保护之间可构成一 个完整的选择性漏电保护系统。 本文创新点 1． 提出了利用零序直流选择性漏电保护原 理来实现矿井低压电网的选择性漏电保 护问题；并通过 MATLAB 仿真验证了 保护判据。通过采样零序直流电流和零 序电压相结合的方式来实现电网的漏电 保护。使用传感器 DS100LD 进行电流 采样，实现了较为精确检测。 2． 在采样滤波算法上，分别采用了均值算 法和傅氏算法。 参考文献 [1]邹有明.漏电保护基础技术讲座[J]. 煤矿机电，19944-6，19951-3 [2]Yuan Zhenhai, A Study on Zero Sequence DC Selective Electric Leakage Failure Diagnosis Protection Principle, IEEE., CDIC’04, Aug 2004 [3]施涛昌.霍尔电流传感器及其应用[M].电气开关, 1996 No.4 45-47. [4]苏平等.单片机原理与接口技术[M].北 京电子工业出版社，2003. [5]匡万等.单片机与 PC 机串行通信的研究 [M].北京微计算机信息，1998 年 14 卷 4 期24-26. [6]杨奇逊.微型机继电保护基础[M].北京中国电力 出版社，2000. 作者简介作者简介王浩,男，汉族，1981 年 8 月,自 动控制专业，硕士学位。现在从事电网保护 方面的研究。 Wanghao ,male, master degree, the Han nationality,was born in 08/1981. The speciality is automation control, and now embark on power grid protection. 导师简介导师简介 袁振海,男, 汉族， 1956 年 3 月, 电力电子专业，博士学位。现在从事电网保 护方面的研究。 Yuan Zhenhai,male,doctor degree, the Han nationality,was born in 03/1956. The speciality is electric power, and now embark on power grid protection. 地址江苏南京市,邮编210009。 联系方式 Email8714618163. com 地址南京市新模范马路 5 号 202 号信箱 王浩（收）