電力微機(jī)距離保護(hù)畢業(yè)論文

1、學(xué)號(hào)_班級(jí)_武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文輸電線路微機(jī)距離保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)院（系）名稱：專 業(yè) 名 稱：學(xué) 生 姓 名：指 導(dǎo) 教 師：二一二年三月鄭重聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要本畢業(yè)設(shè)計(jì)的宗旨是為了系統(tǒng)地掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)、分析等課程中與本設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，通過查閱微機(jī)型繼電保護(hù)基礎(chǔ)等參考資料，能

2、夠掌握微型機(jī)繼電保護(hù)裝置軟件結(jié)構(gòu)原理，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套高壓線路微機(jī)距離保護(hù)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：高壓線路距離保護(hù)及特性、微機(jī)保護(hù)算法設(shè)計(jì)、微型機(jī)距離保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)、微型機(jī)可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾等。本設(shè)計(jì)從微型機(jī)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以微型機(jī)繼電保護(hù)規(guī)程為依據(jù)，在設(shè)計(jì)中介紹了計(jì)算機(jī)保護(hù)幾十年來(lái)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成以及計(jì)算機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)；高壓線路距離保護(hù)原理及微機(jī)保護(hù)動(dòng)作特性、整定方法和判別方程。設(shè)計(jì)了高壓線路微機(jī)距離保護(hù)的軟件程序及算法設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施，從而設(shè)計(jì)出了一套基本功能完備的高壓線路距離保護(hù)。關(guān)鍵詞：距離保護(hù)；算法；軟件；抗干擾；可靠性Abs

3、tract The aim of this paper is to master knowledge of some curriculums, for instance power system analysis，Power System Relay Protection etc associating with this paper, and master software based on microcomputer protection, through referring to references of the base of microcomputer protection and

4、 so on .Then a suit of distance protection based high voltage power system is designed.The main contents of This paper are composed of the distance protection and characteristic based high voltage power system、designed on hardware of microcomputer distance protection、designed on reliability of micro

5、computer etc.Based on the regulations of microcomputer based protection setting from actual application in power system, this paper introduce the development structure and characteristic of microcomputer protection distance protection based high voltage power system and operation characteristics tur

6、ning method and discriminant equation of microcomputer protection software programme and design of an algorithm for high voltage power system protection are designed ,at one time ,this thesis recommend measure enhancing anti-interference for microcomputer protection, then a suit of self-contained di

7、stance protection based high voltage power system is designed.Key Words: distance protection hardware algorithm software anti-interference reliability.目 錄第一章 緒論1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用和意義 71.2 距離保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀 81.3 輸電線路微機(jī)保護(hù)的發(fā)展歷史 91.4 線路微機(jī)保護(hù)發(fā)展趨勢(shì) 10第二章 微機(jī)保護(hù)2.1 微機(jī)保護(hù)具有的特點(diǎn) 122.2 計(jì)算機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成 14第三章 高壓線路距離保護(hù)3.1 距離保護(hù)的作用原理 16

8、3.2 微機(jī)型阻抗保護(hù)特性分析 17第四章 計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的算法設(shè)計(jì)4.1 概述 224.2 算法舉例 22第五章 微型機(jī)距離保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)總框圖 265.2 程序模塊介紹 28第六章 提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性設(shè)計(jì)6.1 總述 356.2 干擾源356.3 防止干擾進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置的對(duì)策366.4 抑制竄入干擾影響的軟、硬件對(duì)策 396.5 提高可靠性的其他措施 40致 謝 42參考文獻(xiàn)43第一章 緒論1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用和意義電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中常會(huì)出現(xiàn)故障和一些異常運(yùn)行狀態(tài)與故障狀態(tài)，其中不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，各電氣元件的運(yùn)行參數(shù)偏

9、離了正常允許的工作范圍，但沒有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài)。最為常見的不正常運(yùn)行狀態(tài)有：因電流超過供電元件的額定值引起的過負(fù)荷、發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的過電壓運(yùn)行、系統(tǒng)中有功缺額引起的頻率降低、電氣元件溫度過高、系統(tǒng)震蕩等。故障狀態(tài)包括三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)以及變壓器繞組間匝間短路、單相斷線、兩相斷電等，以及由上述幾種故障組合而成的復(fù)雜故障。其中，最常見且最危險(xiǎn)的是各種類型的短路故障。電力系統(tǒng)中由電氣原件發(fā)生短路故障時(shí)，可能造成下列嚴(yán)重后果：故障點(diǎn)通過較大的短路電流，引燃電弧，使故障原件損壞或燒毀。比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)，使故障回路中

10、的設(shè)備遭到損壞或縮短設(shè)備使用年限。部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，甚至引起整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電的惡性事故。而這些現(xiàn)象會(huì)發(fā)展成事故，使整個(gè)系統(tǒng)或其中一部分不能正常工作，從而造成對(duì)用戶少送電，停止送電或電能質(zhì)量降低到不能容許的地步，甚至照成設(shè)備損壞和人身傷亡。而電力系統(tǒng)各元件之間是通過電或磁建立的聯(lián)系，任何一元件發(fā)生故障時(shí)，都可能立即在不同程度上影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，切除故障元件的時(shí)間常常要求短到 1/10S 甚至更短，而這個(gè)任務(wù)靠人是不可能完成的，所以要有一套自動(dòng)裝置來(lái)執(zhí)行這一任務(wù)。我們稱之為繼電保護(hù)。

11、繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)中電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或跳閘。反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)的繼電保護(hù)裝置，一般不需要立即動(dòng)作，允許帶一定的延時(shí)。綜上所述，繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小故障范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行一種重要的反事故措施。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，如果沒有繼電保護(hù)裝置，就無(wú)法保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1.2距離保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)現(xiàn)狀1984 年原東北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首次通過鑒

12、定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè)，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路，在設(shè)備保護(hù)方面，關(guān)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)、微機(jī)線路保護(hù)裝置、微機(jī)相電壓補(bǔ)償方式高頻保護(hù)、正序故障分量方向高頻保護(hù)等也相繼通過鑒定，至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路保護(hù)裝置為電力系統(tǒng)提供了新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。到 90 年代，隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，因此，我國(guó)幾點(diǎn)保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)時(shí)代。 國(guó)外繼電保護(hù)現(xiàn)狀國(guó)外的繼電保護(hù)已經(jīng)走過一個(gè)多世紀(jì)的歷程。上世紀(jì) 90 年代，隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，不斷有新的改善繼電保

13、護(hù)性能原理和方案出現(xiàn)，這些原理和方案同時(shí)也對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置硬件提出了更高的要求。由于集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置硬件的發(fā)展也十分迅速，結(jié)構(gòu)更加合理，性能更加完善。近年來(lái)，與微機(jī)保護(hù)領(lǐng)域密切相關(guān)的其他領(lǐng)域的飛速發(fā)展給微機(jī)保護(hù)帶來(lái)了全新的革命。國(guó)外微機(jī)保護(hù)發(fā)展了近 15 年，精力了三代保護(hù)設(shè)計(jì)上的更新?lián)Q代，并以微機(jī)處理器技術(shù)與多種已被提出并被可靠證明和廣泛應(yīng)用的算法相結(jié)合為基礎(chǔ)，不斷為新型微機(jī)保護(hù)的開發(fā)和完善創(chuàng)造著良好的實(shí)現(xiàn)條件。1.3 輸電線路微機(jī)保護(hù)的發(fā)展歷史自 1901 年第一代機(jī)電型感應(yīng)式過電流繼電器在電力系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展已歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)。隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷深

14、入，不同的保護(hù)原理相繼提出，如差動(dòng)保護(hù)（1908 年） 方向電流保護(hù)、（1910 年） 距離保護(hù)、（1923 年）、高頻保護(hù)（1927 年）等。在繼電保護(hù)原理研究不斷取得進(jìn)展的同時(shí)，繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也發(fā)生了重大的變革，經(jīng)歷了機(jī)電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機(jī)式等不同的發(fā)展階段。計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)領(lǐng)域里的應(yīng)用是繼電保護(hù)發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。微機(jī)繼電保護(hù)的研究始于上個(gè)世紀(jì)六十年代。1965 年初，英國(guó)劍橋大學(xué)的 P. G.McLaren 等提出利用采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電線路的距離保護(hù)。隨后，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的 I. F. Morrison 等學(xué)者對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在保護(hù)和變電站控制領(lǐng)

15、域的應(yīng)用問題進(jìn)行了探討，并對(duì)相關(guān)保護(hù)算法進(jìn)行了理論研究。1969 年前后，美國(guó)西屋公司的 G. D. Rockefeller 等開始進(jìn)行具體裝置的研制，并于1972 年發(fā)表該裝置的試運(yùn)行樣機(jī)的原理結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但自從六十年代計(jì)算機(jī)保護(hù)概念提出開始，到七十年代末，由于受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平和價(jià)格的限制，計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究重點(diǎn)主要是不同保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)方式和算法，除少量的試驗(yàn)裝置外，計(jì)算機(jī)保護(hù)沒有在電力系統(tǒng)中得到廣泛采用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是微處理器技術(shù)的成熟和應(yīng)用，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。20 世紀(jì) 80 年代，以微處理器為核心的微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面已趨成熟

16、，微機(jī)保護(hù)開始在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中得到推廣應(yīng)用。我國(guó)對(duì)微機(jī)保護(hù)的研究從 20 世紀(jì) 70 年代末開始。雖然起步相對(duì)較晚，但由于受到科研和運(yùn)行部門的高度重視，因此，無(wú)論是在理論研究，還是在實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究方面均得到了快速發(fā)展。1984 年上半年，華北電力學(xué)院研制的第一套以6089(CPU)為基礎(chǔ)的保護(hù)樣機(jī)投入運(yùn)行。標(biāo)志著我國(guó)繼電保護(hù)的開發(fā)進(jìn)入了重要的發(fā)展階段。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以后，微機(jī)型保護(hù)在我國(guó)已得到大量應(yīng)用，成為了繼電保護(hù)裝置的主要形式。微機(jī)型保護(hù)具有強(qiáng)大的數(shù)字計(jì)算和邏輯判斷能力以及優(yōu)良的信息記憶能力，為傳統(tǒng)保護(hù)原理的改善以及新原理的應(yīng)用提供了良好硬件支持。此外，微機(jī)型保護(hù)易于實(shí)現(xiàn)較完善

17、的硬件自檢和軟件自檢功能，有助于提高其抗干擾能力和運(yùn)行的穩(wěn)定性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)的智能化水平不斷提高，故障錄波、事件記錄、故障測(cè)距以及數(shù)據(jù)通訊等輔助功能也得以在保護(hù)中實(shí)現(xiàn)，這極大地簡(jiǎn)化了保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)管理，同時(shí)也為事故分析和事故后的處理提供了極大方便。由于微機(jī)型保護(hù)裝置具有的巨大優(yōu)越性和潛力，因而已取代傳統(tǒng)的模擬式保護(hù)，成為繼電保護(hù)的主流形式。1.4 線路微機(jī)保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前，高壓微機(jī)線路保護(hù)的保護(hù)趨勢(shì)，由實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，主要有以下幾個(gè)方面：信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變法。它

18、深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的信息交互手段。從微機(jī)保護(hù)的發(fā)展和近年來(lái)電力系統(tǒng)的新要求來(lái)看，大量的利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將是未來(lái)微機(jī)保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)之一。自適應(yīng)保護(hù)自適應(yīng)保護(hù)的基本思想是根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化來(lái)實(shí)時(shí)改變保護(hù)的性能、特性或定值。由于電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參考等會(huì)隨時(shí)變化，繼電保護(hù)要在所有情況下保證選擇性，就要按最不利的情況計(jì)算整定值，因而靈敏度可能不滿足要求。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的記憶、計(jì)算和邏輯功能為自適應(yīng)原理在幾點(diǎn)保護(hù)中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。這個(gè)概念在距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、重合閘等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。它具有能夠改變系統(tǒng)響應(yīng)，增強(qiáng)可靠性

19、、提高保護(hù)性能等有點(diǎn)。隨著理論研究的深入，更多的自適應(yīng)方案將會(huì)出現(xiàn)，特別是隨著通信網(wǎng)絡(luò)的完善，自適應(yīng)保護(hù)遠(yuǎn)離將不再局限在保護(hù)判據(jù)、保護(hù)算法的自適應(yīng)，整個(gè)電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的自適應(yīng)配置、定值的自適應(yīng)在線調(diào)整等更大范圍、更復(fù)雜的自適應(yīng)應(yīng)用也有可能實(shí)現(xiàn)。第二章 微機(jī)保護(hù)2.1 微機(jī)保護(hù)具有的特點(diǎn)（1）維護(hù)調(diào)試方便傳統(tǒng)的電磁型、整流型或晶體管型繼電保護(hù)裝置的調(diào)試工作量很大，尤其是一些復(fù)雜的保護(hù)，例如超高壓線路的保護(hù)設(shè)備，調(diào)試一套保護(hù)常常需要一周，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。這類保護(hù)都是布線邏輯的，保護(hù)的每一種功能都由相應(yīng)的硬件器件和連線來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確認(rèn)保護(hù)裝置是否完好，就需要把所具備的各種功能都通過模擬實(shí)驗(yàn)校核。微機(jī)

20、保護(hù)中，各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要簡(jiǎn)單的操作就可以完成微機(jī)保護(hù)的軟硬件調(diào)試，從而大大減輕運(yùn)行維護(hù)工作量。（2） 可靠性高微機(jī)保護(hù)在程序指揮下，有極強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，它可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)很難辦到的自動(dòng)糾錯(cuò)，即自動(dòng)識(shí)別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動(dòng)作。微機(jī)保護(hù)具有自診斷功能，能夠自動(dòng)檢測(cè)出本身硬件的異常部分，有效的防止拒動(dòng)，具有很高的可靠性和抗干擾能力。（3）易于獲得附加功能微機(jī)保護(hù)可以配置打印和顯示功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可提供相關(guān)信息，例如保護(hù)各部分 的動(dòng)作順序和動(dòng)作時(shí)間記錄，故障類型和相別及故障前后電壓和電流的波形記錄等。對(duì)于線路保護(hù)，還可以提供故障點(diǎn)的位置。這樣有助于

21、運(yùn)行部門對(duì)事故的分析和處理。（4） 靈活性由于微機(jī)保護(hù)的功能特性主要由軟件決定，不同原理的保護(hù)可以采用通用的硬件，因此只要改變相應(yīng)的功能軟件，就可以改變保護(hù)的特性和功能，從而靈活的適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。（5）保護(hù)性能提高由于微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用，使很多原有繼電保護(hù)中存在的問題得以解決，例如對(duì)接地距離保護(hù)的允許過度電阻的能力，距離保護(hù)如何區(qū)別振蕩和短路，大型變壓器差動(dòng)保護(hù)如何識(shí)別勵(lì)磁涌動(dòng)和內(nèi)部故障等問題都已提出了許多新的原理和解決方法。（6） 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)保護(hù)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力，微機(jī)保護(hù)裝置可通過通信接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，將所有信息傳至中心站，實(shí)現(xiàn)信息共享，集中管理和遠(yuǎn)程操作維護(hù)。實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、

22、遙控、遙信、遙調(diào)功能，提高設(shè)備管理水平，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從計(jì)算機(jī)保護(hù)出現(xiàn)以來(lái)，人們都不斷對(duì)它的發(fā)展、前途和優(yōu)缺點(diǎn)等作出過評(píng)述和估計(jì)。計(jì)算機(jī)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下優(yōu)點(diǎn)：程序可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性，可按系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)改變整定值和特性；有可存取的存儲(chǔ)器；在現(xiàn)場(chǎng)可靈活地改變繼電器的特性；可以使保護(hù)性能得到更大的改進(jìn)；有自檢能力；有利于事故后分析；可與計(jì)算機(jī)交換信息；可增加硬件的功能；可在低功率傳變機(jī)構(gòu)內(nèi)工作。缺點(diǎn)：與傳統(tǒng)的保護(hù)有根本性的背離；使用者較難維護(hù)；要求硬件和軟件有高度可靠性；硬件很快成為過時(shí)；在操縱和維護(hù)過程中，使用人員較難掌握。微機(jī)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)既取決于技術(shù)方面，又與各國(guó)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

23、發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)。但計(jì)算機(jī)良好的記憶存儲(chǔ)能力和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，這兩個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，正被廣泛引起重視。利用計(jì)算機(jī)的記憶能力，可以方便地獲取故障分量并保持較長(zhǎng)時(shí)間且有較好的準(zhǔn)確性。而在模擬式保護(hù)裝置，其記憶時(shí)間主是靠電感、電容元件的“慣性”來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，而這些“慣性的存儲(chǔ)”是隨時(shí)間而衰減的，因此是定量地利用所記憶的電量來(lái)準(zhǔn)確地獲取故障分量是不容易的。利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)有力的運(yùn)算能力，可以將自動(dòng)控制理論的一些成果引入繼電保護(hù)?；谶@些理論的應(yīng)用，可以使繼電保護(hù)的動(dòng)作特性從根本上得到一些改進(jìn)。2.2 計(jì)算機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成傳統(tǒng)的繼電保護(hù)是利用各種繼電器等硬件構(gòu)成，如定時(shí)限過流保護(hù)是由過流繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼

24、電器等組成；而微機(jī)保護(hù)是由硬件裝置和軟件構(gòu)成。從功能上來(lái)劃分，微機(jī)保護(hù)裝置可以分為 6 個(gè)部分：1.模擬量輸人系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）；2.繼電功能回路（CPU 主系統(tǒng)）；3.開關(guān)量輸入/輸出回路；4.人機(jī)接口回路；5.通信回路；6.電源回路。圖 2-1 微機(jī)距離保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖微機(jī)繼電保護(hù)的主要部分是計(jì)算機(jī)本體，它被用來(lái)分析計(jì)算電力系統(tǒng)的有關(guān)電量和判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障，然后決定是否發(fā)出跳閘信號(hào)。因此，除計(jì)算機(jī)本體外，還必須配備自電力系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)輸入有關(guān)信息的輸入接口部分和計(jì)算機(jī)向電力系統(tǒng)輸出控制信息的輸出接口部分。第三章 高壓線路距離保護(hù)3.1 距離保護(hù)的作用原理距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保

25、護(hù)安裝處之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。實(shí)際上是測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小，故有時(shí)又稱阻抗保護(hù)。實(shí)質(zhì)是用整定阻抗 Zdz 與測(cè)量阻抗 Zcl 比較。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí)，即 Zcl Zdz 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作；反之保護(hù)不動(dòng)作。因此，距離保護(hù)又稱低阻抗保護(hù)。如圖圖 3-1 距離保護(hù)又稱為低阻抗保護(hù) 距離保護(hù)的時(shí)限特性距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間距離的關(guān)系，稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。為了保證選擇性，廣泛應(yīng)用的是階梯形時(shí)限特性，這種時(shí)限特性與三段式電流保護(hù)的時(shí)限特性相同，一般也做成三階梯式，即有與三個(gè)動(dòng)作范圍相對(duì)應(yīng)的三個(gè)動(dòng)作時(shí)限。圖 3-2 距

26、離保護(hù)的三個(gè)動(dòng)作范圍相對(duì)應(yīng)的三個(gè)動(dòng)作時(shí)限（1）距離保護(hù)第段（距離段）為無(wú)延時(shí)的速動(dòng)段，其動(dòng)作時(shí)限僅為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間。段的保護(hù)范圍不能延伸到下一線路中去，而為本線路全長(zhǎng)的 80%85%，動(dòng)作阻抗整定為 80%85%線路全長(zhǎng)的阻抗。（2）距離保護(hù)第段（距離段）為帶延時(shí)的速動(dòng)段，為了有選擇性地動(dòng)作，距離 II 段的動(dòng)作時(shí)限和啟動(dòng)值要與相鄰下一條線路保護(hù)的 I 段和 II 段相配合。（3）距離保護(hù)第段（距離段）距離 III 段為本線路和相鄰線路(元件)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限的整定原則與過電流保護(hù)相同，即大于下一條變電站母線出口保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限一個(gè)t ，其動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻

27、抗來(lái)整定。3.2 微機(jī)型阻抗保護(hù)特性分析在繼電保護(hù)技術(shù)中，阻抗保護(hù)占有相當(dāng)重要的地位。微機(jī)型阻抗保護(hù)也是分析微機(jī)保護(hù)的主題。1 理想的阻抗保護(hù)動(dòng)作特性設(shè)在圖 3-2A 所示的網(wǎng)絡(luò)中的 3DL 上裝阻抗保護(hù)，將線路阻抗表示在復(fù)平時(shí)如圖 3-2B 所示的 MN，以 3DL 上阻抗第段保護(hù)為例，設(shè)整定阻抗為 ZS 處故Rg 則理想的阻抗保護(hù)動(dòng)作特性應(yīng)該是以 ZS 為一個(gè)邊， 為障點(diǎn)的過渡電阻為 Rg ；另一個(gè)邊所圍成的平行四邊形（圖 3-2B 中的 ABCO）,這樣在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)都能可靠地動(dòng)作。但上述特性用于實(shí)際時(shí)，有兩個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：其一，在保護(hù)出口三相對(duì)稱短路時(shí)會(huì)出現(xiàn)死區(qū)；其二，是在下級(jí)

28、出口（圖 3-2 中 K2 點(diǎn)）短路時(shí)，保護(hù)可能會(huì)超越性動(dòng)作。為此，對(duì)上述平行四邊特性必須加以修正。在傳統(tǒng)的保護(hù)中，大多是修正成圓特性（圖 3-3）所示。從圖 3-3 可看出，平行四邊形超越動(dòng)作的部分被“切掉”即不會(huì)發(fā)生超越性動(dòng)作；但抗過渡電阻的能力卻明顯下降，特別是在保護(hù)出口處故障，抗過渡電阻的能力更差。傳統(tǒng)的保護(hù)若是實(shí)現(xiàn)四邊形特性，接線將十分復(fù)雜，若是解決四邊形特性中的超越問題，實(shí)現(xiàn)起來(lái)以更困難了。改成圓特性后，超越問題得到很好的解決，且接線也比較簡(jiǎn)單，但一直受抗 Rj 能力差困擾，也存在保護(hù)出口處三相短路時(shí)死區(qū)的問題。2 微機(jī)阻抗保護(hù)動(dòng)作特性微機(jī)阻抗保護(hù)由于用軟件實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，最容易實(shí)現(xiàn)

29、多邊形特性，如圖 3-4。它可充分利用微機(jī)的強(qiáng)記憶功能和快速計(jì)算能力，根據(jù)各種算法在電壓和電流的相量采樣后，通過阻抗計(jì)算求得 X 和 R 分量值來(lái)確定故障點(diǎn)是否處于動(dòng)作區(qū)內(nèi)。圖 3-4 中第二象限和第四象限的邊界線均傾斜 15o 角，是因?yàn)?tg15o1/4，實(shí)現(xiàn)最方便。為提高長(zhǎng)線路避越負(fù)荷阻抗的能力，多邊形一邊與實(shí)軸夾角選定為60o。值的選擇原則以躲區(qū)外故障時(shí)的超越為準(zhǔn)。為了解決正方向出口故障的死區(qū)問題，保證正方向出口可靠的動(dòng)作，動(dòng)作特性除了執(zhí)行多邊形特性外，還疊加了一個(gè)包括坐標(biāo)圓點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)小矩形區(qū)域，二者構(gòu)成“或”的關(guān)系。圖 3-4 包括原點(diǎn)的阻抗動(dòng)作特性 圖 3-5 微機(jī)阻抗原件動(dòng)作特

30、性區(qū)域劃分除了小矩形之外的動(dòng)作區(qū)域的判據(jù)，就不像常規(guī)距離保護(hù)那么容易，不能用一個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作方程式來(lái)判別，其原因是特性不是一規(guī)則形狀，為此將其分成三個(gè)動(dòng)作區(qū)域 A1、 A2、 A3，如圖 3-5 所示。3 計(jì)算阻抗落于動(dòng)作區(qū)的判據(jù)由計(jì)算阻抗 Z cal (R.X)落于阻抗平面的 A1 區(qū)域內(nèi)時(shí)如圖 3-6 所示，過 Z 點(diǎn)作DC 和 CB 的平行線，分別與 R 軸、 jX 軸交于 B1 和 D1 點(diǎn)。因 B1 和 D1 的位置可由下述計(jì)算而得圖 3-6 計(jì)算阻抗落于動(dòng)作區(qū)OB 1 = OG 1 B 1G 1 = R (3-1)OD 2 = OF + FD 2 = X + Rtg = X + 由此可

31、見計(jì)算阻抗 Z cal 落于動(dòng)作區(qū)域的判據(jù)為OB1OBOD1OD (3-2)即 (3-3)式中 、 采樣值計(jì)算出的電阻和電抗值。最后只需判斷是否滿足下列條件 (3-4)同理，落于 A2 區(qū)動(dòng)作方程為 (3-5)落于 A3 區(qū)動(dòng)作方程為 (3-6)4 微機(jī)阻抗元件第段整定計(jì)算方法整定計(jì)算中可采用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算，由運(yùn)行方式提供的最大負(fù)荷視在功率，可求得視在功率標(biāo)么值 ;計(jì)算阻抗值（也就是段阻抗動(dòng)作阻抗標(biāo)么值）為式中 基準(zhǔn)功率；計(jì)算動(dòng)作阻抗；可靠系數(shù)，取 0.70.8； 最小負(fù)荷阻抗標(biāo)么值，額定電壓標(biāo)么值。微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作原理及特性分析是我們?cè)O(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)的前提條件，在掌握了微機(jī)保護(hù)應(yīng)有的功能和原理后，

32、下面，我就來(lái)逐步設(shè)計(jì)出一套基本的微機(jī)保護(hù)裝置。第四章 計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的算法設(shè)計(jì)4.1 概述微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為算法。算法是研究微機(jī)保護(hù)的重點(diǎn)之一。目前已提出的算法有很多種。分析評(píng)價(jià)各種不同的算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。其中，速度又包括兩個(gè)方面：一是算法所要求的采樣點(diǎn)數(shù)，二是算法的運(yùn)算工作量。精度和速度又總是矛盾的。所以研究算法的實(shí)質(zhì)是如何在速度和精度兩方面進(jìn)行權(quán)衡。4.2 算法舉例1. 微分方程算法解微分方程法僅用于計(jì)算阻抗。它假設(shè)被保護(hù)輸電線的分布電容可以忽略，因而從故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路段可用一電阻和電

33、感串聯(lián)電路來(lái)表示。于是在短路時(shí)下列微分方程成立： （4-1）式中，、故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處線路段的正序電阻和電感，U、 i 分別為保護(hù)安裝處的電壓、電流。若用于反映線路相間短路保護(hù)，則方程中電壓、電流的組合與常規(guī)保護(hù)相同；若用于反映線路接地短路保護(hù)，則方程中的電壓用相電壓、電流用相電流加零序補(bǔ)償電流。式（4-1）中的 u、 i 和 di 、 dt 都是可以測(cè)量、計(jì)算的，未知數(shù)為、和。如果在兩個(gè)不同的時(shí)刻、 分別測(cè)量 u、 i 和 di 、 dt ，就可得到兩個(gè)獨(dú)立的方程，即式中 D 表示 di 、dt ，下標(biāo)“1”和“2”分別表示測(cè)量時(shí)刻為、和 。聯(lián)立求解上述兩個(gè)方程可求得兩個(gè)未知數(shù)、和 。 在用

34、微機(jī)處理時(shí)，電流的導(dǎo)數(shù)可用差分來(lái)似近計(jì)算，最簡(jiǎn)單的方法是取、。分別為兩個(gè)相鄰的采樣瞬間的中間值，如圖 4-1 所示。于是近似有電流、電壓取相鄰采樣的平均值，有 從上述方程可以看出，解微分方程法實(shí)際上解的是一組二元一次代數(shù)方程，圖 4-1 用差分近似求導(dǎo)數(shù)法，帶微分符號(hào)的量 D1 和 D2 是測(cè)量計(jì)算得到的已知數(shù)。解微分方程算法所依據(jù)的微分方程式（4-1）忽略了輸電線路分布電容。由此帶來(lái)的誤差需要用一個(gè)低通濾波器預(yù)先濾除電壓和電流中的高頻分量就可以基本消除。因?yàn)榉植茧娙莸娜菘怪挥袑?duì)高頻分量才是不可忽略的。解微分方程算法可以不必濾除非同期分量，因而算法時(shí)窗較短。且它不受電網(wǎng)頻率變化的影響。但將這種

35、算法和低通濾波器配合使用時(shí)，它將受信號(hào)中的噪聲影響比較大。2傅立葉算法傅里葉算法的基本思路來(lái)自傅里葉級(jí)數(shù)。本身具有濾波作用。它假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波，傅氏算法從傅氏級(jí)數(shù)導(dǎo)出，它假定被采樣信號(hào)是周期性的。符合這一假定時(shí)，它可以準(zhǔn)確地求出基頻分量。但實(shí)際上電流中的非同期分量不是純直流而按指數(shù)規(guī)律衰減的，是連續(xù)的，不但含有直流分量，還有許多低頻分量。另外對(duì)于輸電線保護(hù)來(lái)說(shuō)，由于線路分布電容而造成的暫態(tài)高頻分量的主要頻率成份取決于行波在故障點(diǎn)和保護(hù)安裝處母線之間來(lái)回反射所需要的時(shí)間，它不一定是基波分量的整數(shù)倍。再者，這些高頻分量也都是隨時(shí)間不

36、斷衰減的?？傊搪泛蟮碾娏骱碗妷憾疾皇侵芷诤瘮?shù)。實(shí)際上傅氏算法不僅能完全濾掉各種整次諧波和純直流分量，對(duì)非整次高頻分量和按指數(shù)衰減的非同期分量包含的低頻分量也有一定的抑制能力。因?yàn)閷?duì)于目前實(shí)際可能的最長(zhǎng)線路，由于分布電容引起的高頻分量都比50HZ 高得多，一般在 150HZ 以上，對(duì)這些頻率成分傅氏算法的濾波能力很好。但也可看出它對(duì)由于非周期分量引起的低頻分量抑制能力較差。試驗(yàn)證明，如果不采取措施，在最嚴(yán)重的情況下，由非周期分量造成的傅氏算法的計(jì)算誤差可能超過 10。因此，國(guó)內(nèi)很多單位提出了各種補(bǔ)救措施。3半周積分算法當(dāng)被采樣的模擬量是交流正弦量時(shí)可使用半周積分算法，如穩(wěn)態(tài)短路電流的采樣或后備

37、保護(hù)的采樣時(shí)可采用半周積分算法。該算法的依據(jù)是一個(gè)正弦量在任意半周期內(nèi)絕對(duì)值的積分為一個(gè)常數(shù) S，并且積分值 S 和積分的起始點(diǎn)初相角無(wú)關(guān)。半周積分算法也有一定的濾波作用，因?yàn)樵诎氩ǚe分過程中，諧波中的正負(fù)半周相抵消，剩余未被抵消的部分占總和的比重就減少。但由于它不能全部濾除諧波分量，因此仍要求加入濾波環(huán)節(jié)。4各種算法的應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的距離保護(hù)，其電流起動(dòng)判據(jù)就是采用半周積分法來(lái)粗略地估算，以判別是否發(fā)生故障。全周傅氏算法、解微分方程算法都有用于構(gòu)成高壓線路阻抗保護(hù)的實(shí)例，各有其特點(diǎn)。一般采用傅氏算法時(shí)需考慮衰減直流分量造成的計(jì)算誤差，以及采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。解微分算法一般不宜單獨(dú)應(yīng)用于分布電容

38、不可忽略的較長(zhǎng)線路,但若將它配以適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器而構(gòu)成的高壓、超高壓長(zhǎng)距離輸電線的距離保護(hù)，還是能得到滿意的效果的，因此本次設(shè)計(jì)的距離保護(hù)阻抗計(jì)算算法采用解微分方程法。第五章 微型機(jī)距離保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)總框圖本保護(hù)裝置軟件流程是參照國(guó)內(nèi)對(duì)距離保護(hù)的四統(tǒng)一要求（把四統(tǒng)一要求詳細(xì)寫出來(lái)）設(shè)計(jì)的。全部軟件可以分成若干個(gè)程序模塊。如圖 5-1 所示。下面對(duì)圖 5-1 中標(biāo)有序號(hào)的 6 個(gè)模塊進(jìn)行重點(diǎn)介紹，先說(shuō)明各模塊之間的連接關(guān)系和裝置的總體工作原理。1主程序圖 5-1 中左上角是程序的入口。每當(dāng)裝置剛按通電源或手按復(fù)位（RESET）按鈕后，CPU 都要響應(yīng)復(fù)位中斷，它將從一個(gè)規(guī)定的地址

39、（稱復(fù)位向量地址，它必須在 EPROM 區(qū)，不能在 RAM 區(qū)）去提取第一條要執(zhí)行的指令所存放的地址。從圖中可看出，程序入口的第一個(gè)模塊是初始化。經(jīng)過初始化后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將開始工作，可編程的定時(shí)器將按照初始化程序規(guī)定的采樣間隔 TS（本裝置TS=1ms）不斷地發(fā)出采樣脈沖，控制各通道的采樣保持器同時(shí)采樣。并在每一次采樣后向 CPU 請(qǐng)求中斷。2中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序示于圖 5-1 的右側(cè)，它主要包括三部分內(nèi)容，一是用程序查詢方式控制多路開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器輪流將各模擬輸入量的采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后存入 RAM 區(qū)的循環(huán)寄存區(qū)；二是必須在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行一些自動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目，例如對(duì)每一組采樣值檢

40、查三相電流之和是否與 3i。從圖 5-2 左側(cè)的主程序流程可見，在初始化剛完成，定時(shí)器尚未發(fā)出第一個(gè)采樣脈沖前，先將一個(gè)標(biāo)志字 FRST 置“1”。主程序在將 FRST 置“1”后即進(jìn)入振蕩閉鎖模塊，經(jīng)過確認(rèn)系統(tǒng)在正常運(yùn)行無(wú)振蕩后才將 FRST(及所有的標(biāo)志字)清零，這相當(dāng)于常規(guī)距離保護(hù)的整組復(fù)歸。此后，在中斷服務(wù)程序中的起動(dòng)元件開始投入工作，主程序則進(jìn)入一個(gè)自檢循環(huán)回路。它除了周而復(fù)始地對(duì)裝置各部分進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)外，另外，保護(hù)裝置在起動(dòng)或動(dòng)作后的各種信息不是立即通過打印機(jī)打印出，而是將信息先存放在一個(gè)規(guī)定的 RAM 區(qū)，并給相應(yīng)標(biāo)志字賦值，待整組復(fù)歸后再在自檢循環(huán)時(shí)查詢這些標(biāo)志字，再將信息逐條

41、打印出。如果系統(tǒng)在正常運(yùn)行，則主程序?qū)⒁恢痹谏鲜鲎詸z循環(huán)中循環(huán)，每隔 1ms(該裝置的采樣間隔時(shí)間)被定時(shí)器中斷打斷，去執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序則必須在 1ms 的時(shí)間內(nèi)完成，否則將丟失數(shù)據(jù)。中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后又回到主程序中被中斷的地址(記憶在堆棧寄存器中)，繼續(xù)自檢循環(huán)。3故障處理程序如果電力系統(tǒng)有故障，它首先將標(biāo)志字 FRST 置“1”，然后通過開關(guān)量輸出電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器發(fā)出中央和本地的保護(hù)起動(dòng)信號(hào)， 5-1 中間的故障處理程圖序的人口地址，再?gòu)闹袛喾颠€。在執(zhí)行故障處理的過程中，定時(shí)器仍將每隔 1ms發(fā)出中斷請(qǐng)求，但中斷服務(wù)程序中因 FRST 已被置“1”，從而省出了 CPU

42、 時(shí)間，加快故障處理。故障處理程序主要包括兩個(gè)模塊，一是故障相判別模塊，二是阻抗計(jì)算和區(qū)段比較模塊。如果故障發(fā)生在區(qū)外，則程序流程轉(zhuǎn)向振蕩閉鎖，在區(qū)外故障切除，振蕩停息后整組復(fù)歸。如果是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)裝置在發(fā)出跳閘命令后，通過不斷監(jiān)視故障相是否有電流來(lái)判斷斷路器是否已切除故障。在跳閘完成后收回跳閘命令并經(jīng)振蕩閉鎖模塊整組復(fù)歸。如果發(fā)出跳閘命令后經(jīng)過 5s 故障相仍有電流，保護(hù)裝置將收回跳閘命令，并發(fā)出呼喚警報(bào)。此后 CPU 處在等待值班人員處理的狀態(tài)。故障處理程序是主程序的一部分，不要求在一個(gè)采樣間隔時(shí)間內(nèi)完成，所以圖 5-1 的軟件安排方法對(duì)硬件速度的要求是必須在一個(gè)采樣間隔時(shí)間內(nèi)完成中斷服

43、務(wù)程序，而并不要求在一個(gè)采樣間隔內(nèi)必須完成一次阻抗計(jì)算。5.2 程序模塊介紹1.初始化在初始化模塊中執(zhí)行的程序內(nèi)容見圖 5-2。（1）對(duì)所有可編程序的并行接口的初始化，規(guī)定每個(gè)端口的作輸入還是輸出，用于輸出的則要賦值等。（2）讀取所有開關(guān)量輸入的狀態(tài)，并將其保存在 RAM 區(qū)規(guī)定的地址內(nèi)，以備以后在自檢循環(huán)時(shí)不斷監(jiān)視開關(guān)量輸入是否有變化。（3）對(duì)裝置的硬件進(jìn)行一次全面的自檢，因?yàn)樗形垂ぷ?。?duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測(cè)安排在中斷服務(wù)程序中。（4）將所有的標(biāo)志字清零。（5）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)定時(shí)器以及循環(huán)寄存區(qū)地址指針的初始化等。（6）開放中斷，剛給上電源時(shí)中斷都是由硬件自動(dòng)屏蔽的。（7）

44、程序轉(zhuǎn)入振蕩閉鎖模塊。2起動(dòng)元件微機(jī)保護(hù)通常采用電流突變量起動(dòng)元件。因?yàn)檠h(huán)寄存區(qū)有一定的存儲(chǔ)和記憶容量（該裝置為 5 個(gè)工頻周期），可以方便地取得電流的突變量， （5-1）式中 電流在某一時(shí)刻 K 的采樣值；N 一個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，在 Ts=1ms 時(shí)，N=20； 比早 20ms 的采樣值； K 時(shí)刻電流的突變量。從圖 5-3 可以看出，當(dāng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷電流是穩(wěn)定的，或者說(shuō)負(fù)荷雖時(shí)時(shí)有變化，但不會(huì)在一個(gè)工頻周期這樣短的時(shí)間內(nèi)突然變化很大，因此這時(shí) 和 應(yīng)當(dāng)接近相等。如果在某一時(shí)刻發(fā)生短路，故障相電流突然增大如圖5-3 虛線所示，則在 K 點(diǎn)以后將有突變量電流。按式（5-1）計(jì)算

45、得到的 實(shí)質(zhì)是用疊加原理分析短路電流時(shí)的事故分量電流，負(fù)荷分量在式中被減去了。從式中取得的突變量?jī)H在短路了生后的第一周期內(nèi)存在。采用這樣計(jì)算方法存在的一個(gè)問題是電網(wǎng)頻率偏離 50HZ 時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的不平衡電流，因?yàn)?和的采樣時(shí)刻差 20ms，這決定于微機(jī)的定時(shí)器，它是由石英晶振蕩器控制的，十分精確和穩(wěn)定。電網(wǎng)頻率變化后， 和 對(duì)應(yīng)電流波形的電角度將不再同相，而有一個(gè)差值 ，特別是當(dāng) K 落在電流過零附近時(shí)，由于電流變化較快，不大的 引起的不平衡電流較大，在線路滿載時(shí)可能使起動(dòng)元件誤動(dòng)作。因此，為了補(bǔ)償電網(wǎng)頻率變化引起的不平衡電流，本裝置采用的方法是按式(5-2)取得突變電流，由于頻率偏離，造成

46、 和 之間一個(gè)相角差 ，則之間的角差也應(yīng)當(dāng)相同，因而式（5-2）右側(cè)兩項(xiàng)可以得到部分抵消，特別是當(dāng) K 落在電流過零附近時(shí)，這兩項(xiàng)各自都可能較大，但由于 很小時(shí)， sin ，所以這兩項(xiàng)將幾乎完全抵消。應(yīng)當(dāng)指出，用式(5-2)不僅可以補(bǔ)償頻率偏離產(chǎn)生的不平衡電流，還可以減弱由于系統(tǒng)靜穩(wěn)破壞而引起的不平衡電流，使只有振蕩周期很小時(shí)才會(huì)誤動(dòng)作，這就保證了靜穩(wěn)破壞檢測(cè)元件能可靠地?fù)屜葎?dòng)作。式(5-2)對(duì)應(yīng)的突變量的存在時(shí)間不是 20ms,而是 40ms。該裝置起動(dòng)元件的實(shí)際程序流程圖示于圖 5-4。注意它是安排在中斷服務(wù)程序中的，因此是每一毫秒執(zhí)行一次； 5-4 中 為圖按式(5-2)計(jì)算得到的當(dāng)前一

47、次采樣值(k)的 A 相電流突變量。KA 則為 RAM 區(qū)某一字節(jié)，用作計(jì)數(shù)標(biāo)志，它在初始化和整組復(fù)歸時(shí)被清零。圖中只詳細(xì)畫出了 A相部分，B 相和 C 相的流程和 A 相一樣，三者構(gòu)成“或”的關(guān)系。由圖可見，為了提高抗干擾能力，起動(dòng)元件在任一相電流累計(jì)有三次超過門檻值的突變量時(shí)才起動(dòng)。顯然，這種相電流突變量起動(dòng)元件也可以可靠地反映三相同時(shí)的對(duì)稱短路3故障相判別在用微機(jī)構(gòu)成距離保護(hù)時(shí)，為了反映各種故障類型，也要有不同的程序分別取用不同相別的電壓和電流采樣值來(lái)進(jìn)行阻抗計(jì)算通常為了簡(jiǎn)化硬件，CPU 只有一個(gè)，這就不能同時(shí)進(jìn)行各種故障類型的感受阻抗的計(jì)算。為此微機(jī)距離保護(hù)裝置設(shè)置了一個(gè)故障相判別程序

48、，在突變量起動(dòng)元件檢出系統(tǒng)有故障后，先由它判別故障類型和相別，然后針對(duì)已知的相別提相應(yīng)的電壓、電流，進(jìn)行阻抗計(jì)算。微機(jī)可以方便地取得各相電流的突變量，去掉負(fù)荷分量的影響，使故障相判別十分簡(jiǎn)單和可靠，而且切換完全由軟件實(shí)現(xiàn)，并沒有真正的切換接點(diǎn)，因此相別切換的原理在微機(jī)距離保護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用。由分析可得出各種故障類型的特征可作為故障相判別程序的依據(jù)。（以下電流均指突變量電流，即事故分量電流）表 5-1 故障類型及其特征根據(jù)以上分析，編制出故障相判別程序的流程圖如圖 5-5 所示。流程圖步驟如下：（1）算三種電流差突變量的有效值 ，和。（2）比較求出三者中的一個(gè)最小者。圖中僅詳細(xì)示出了其他兩種

49、情況可以類推。如果最小，則先判別是否單相接地，如果是單相接地，只可能是 A 相接地。判別方法是觀察如果是否遠(yuǎn)小于另兩相電流的有效值。因?yàn)槠渌问降亩搪罚疾环弦陨咸卣?。?）如果經(jīng)判斷不是單相接地，那么必定是相間短路只要找出哪一種相電流差的有效值最大，即可按這種兩相短路計(jì)算阻抗。因?yàn)椴徽撌莾上喽搪愤€是兩相接地短路，兩個(gè)故障相間的相電流差必定最大。（4）對(duì)于三相短路，由于三種相電流差的有效值理論上應(yīng)相等，因此將按圖 5-5 的流程隨機(jī)地選出兩相進(jìn)行阻抗計(jì)算，如果是轉(zhuǎn)換性故障(例如由單相接地轉(zhuǎn)換成兩相接地)，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間在上述算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度以內(nèi)，則判斷結(jié)果可能為先接地的那一相單相接地，也可能為

50、相間短路，但不論用哪一種電壓和電流計(jì)算阻抗，都能正確反映故障距離。4區(qū)段比較本裝置設(shè)有三段相間距離和二段接地距離。相間和接地距離的阻抗動(dòng)作特性均為多邊形。阻抗計(jì)算方法采用解微分方程法。本模塊的詳細(xì)流程示于圖 5-6 所示。首先根據(jù)故障相判別的結(jié)果，計(jì)算故障相（或相間）的阻抗。阻抗計(jì)算完畢后，將計(jì)算結(jié)果先暫存起來(lái)，然后能過開關(guān)量輸入通道查詢手合繼電器接點(diǎn)是否閉合，如果是手投在故障線路，可以加速段跳閘。為了適應(yīng)電壓互感器在線路側(cè)的場(chǎng)合，此時(shí)段的特性應(yīng)偏移，使之包括坐標(biāo)原點(diǎn)。如果手合于正常線路，保護(hù)雖可能起動(dòng)但測(cè)量阻抗在偏移段外，故程序轉(zhuǎn)至振蕩閉鎖。如果沒有手合加速信號(hào)，程序的下一步是判斷是否為出口

51、短路，如果是金屬性出口短路，由于電壓為零，計(jì)算結(jié)果 X 和 R 理論上均為零，而可能是一很小的數(shù)值，符號(hào)是隨機(jī)的，可能是正也可能為負(fù)，因而不能用此時(shí)的數(shù)值的符號(hào)作為判別正反故障的依據(jù)。為此加設(shè)以下方向判別的條件，即先判斷是否為出口短路，判斷的準(zhǔn)則是 X 和 R 的絕對(duì)值均遠(yuǎn)小于段的定值。如果是出口短路，則從循環(huán)寄存區(qū)中調(diào)取故障前一個(gè)工頻周期的電壓量來(lái)同故障后的電流量比相，以判別是正方向還是反方向出口短路。如為正方向則立即出口，如為反方向則程序轉(zhuǎn)至振蕩閉鎖。如果不是出口短路，則 X 和 R 的符號(hào)可以用來(lái)作為方向判別的依據(jù)，如果故障是在正向段保護(hù)范圍內(nèi)則立即跳閘，如在段范圍內(nèi)則要經(jīng)預(yù)定延時(shí) t

52、n 后跳閘。在 t n 延時(shí)到達(dá)以前，微機(jī)不斷利用最新得到的電壓和電流采樣值進(jìn)行故障相（或相間）的阻抗計(jì)算，一旦發(fā)現(xiàn)感受阻抗走出段動(dòng)作區(qū)（表示故障已由相鄰線路開關(guān)切除），程序又轉(zhuǎn)至振蕩閉鎖。從圖 5-6 可見，保護(hù)裝置經(jīng)各種途徑出口時(shí)都準(zhǔn)備好了相應(yīng)的報(bào)告內(nèi)容，但不馬上打印，因這時(shí) CPU 還要處理其他事務(wù)，待整組復(fù)歸才打印報(bào)告，如圖 5-1所示。第六章 提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性設(shè)計(jì)6.1 總述制定提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的措施，是以對(duì)整機(jī)和零部件可靠性的分析及對(duì)可能出現(xiàn)的故障的研究為基礎(chǔ)的。微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性主要面臨兩個(gè)問題，一是元器件損壞，二是干擾引起的功能障礙。微機(jī)保護(hù)由于計(jì)算機(jī)的工作是在時(shí)

53、鐘節(jié)拍的嚴(yán)格控制下以較高速度同步進(jìn)行的，不能簡(jiǎn)單的設(shè)置延時(shí)電路，這就增加了干擾問題的嚴(yán)重性，干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響是嚴(yán)重的。所以提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的重點(diǎn)是在抗干擾上。6.2 干擾源干擾就是除有用信號(hào)以外的所有可能對(duì)裝置的正常工作造成不利影響的內(nèi)外電磁信號(hào)。一般認(rèn)為，干擾形式有兩種，即橫模干擾和共模干擾。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中干擾來(lái)至如下幾點(diǎn)：(1)高壓隔離開關(guān)和斷路器的操作。這些操作可能在母線或線路上引起含有多種頻率分量的衰減震蕩波，母線(或電氣設(shè)備間的連線)相當(dāng)于天線，將暫態(tài)電磁場(chǎng)的能量向周圍空間輻射，同時(shí)通過連接在母線或線路上的測(cè)量設(shè)備直接耦合至二次回路。斷路器操作產(chǎn)生的電磁干擾頻率一般為 0.

54、180mhz，每串電磁干擾波的持續(xù)時(shí)間為 10s10ms。由理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得出如下規(guī)律：暫態(tài)電磁場(chǎng)的幅值隨電壓等級(jí)的增高而增高，主導(dǎo)頻率隨電壓等級(jí)增高而降低。與隔離開關(guān)操作相比，斷路器操作所引起暫態(tài)電磁場(chǎng)的幅值小，主導(dǎo)頻率高、脈沖總數(shù)少?？焖俑綦x開關(guān)比慢速隔離開關(guān)產(chǎn)生的暫態(tài)重復(fù)頻率低、持續(xù)時(shí)間短。慢速隔離開關(guān)一次操作中可能產(chǎn)生上萬(wàn)個(gè)脈沖，而快速隔離開關(guān)只產(chǎn)生幾十個(gè)脈沖。(2)雷擊線路、構(gòu)架和控制樓。直接雷擊到戶外線路或構(gòu)架，會(huì)有大電流流入接地網(wǎng)，二次電纜的屏蔽層在不同的接地點(diǎn)接地時(shí)，就會(huì)因地網(wǎng)電阻的存在而產(chǎn)生流過屏蔽層的暫態(tài)電流，從而在二次電纜的心線中感應(yīng)出干擾電壓，線路感應(yīng)的過電壓也會(huì)

55、通過測(cè)量設(shè)備引入二次回路。由雷擊變電所在二次回路中產(chǎn)生的干擾電壓可高達(dá) 30kV，其頻率可達(dá)幾兆赫。(3)系統(tǒng)短路故障。系統(tǒng)短路故障與雷擊構(gòu)架一樣會(huì)引起地網(wǎng)電位的升高，從而在二次電纜中引起干擾電壓。變電所內(nèi)高壓母線單相接地時(shí)，在二次電纜心線上產(chǎn)生的干擾電壓可以從幾十伏到近萬(wàn)伏，暫態(tài)干擾電壓的頻率約千赫到幾百千赫。(4)靠近高壓線路受其工頻電磁場(chǎng)作用。這對(duì)于電子束類的顯示設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾是十分明顯的。在戶外變電所中，高壓線路或匯流排會(huì)產(chǎn)生工頻電磁場(chǎng)。一般而言，電壓等級(jí)越高，產(chǎn)生的電場(chǎng)也越大，但磁場(chǎng)相反減小。(5)局部放電產(chǎn)生頻率較高的電磁輻射，可能在電子設(shè)備的線路中引起電磁干擾。(6)二次回路中的開關(guān)操作。由于感性負(fù)載的存在，在二次回路的信號(hào)電源端口以及控制端口產(chǎn)生快速瞬變的脈沖干擾。由于電磁電器的大量使用，在二次回路自身工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生中等頻率的振蕩暫態(tài)電壓。6.3 防止干擾進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置的對(duì)策首要任務(wù)是切斷各種耦合途徑，防止干擾進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置。下面所舉的各種對(duì)策是企圖把干擾進(jìn)入的可能性減到最小。一、裝置可靠接