實驗二輸電線路電流微機保護實驗報告參考模板

1、實驗二輸電線路電流微機保護實驗一、實驗目的1.學習電力系統(tǒng)中微機型電流、電壓保護時間、電流、電壓整定值的調(diào)整方法。2.了解電磁式保護與微機型保護的區(qū)別。二、基本原理1.試驗臺一次系統(tǒng)原理圖試驗臺一次系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示2.電流電壓保護基本原理1）三段式電流保護當網(wǎng)絡發(fā)生短路時，電源與故障點之間的電流會增大。根據(jù)這個特點可以構(gòu)成電流保護。電流保護分無時限電流速斷保護（簡稱I段）、帶時限速斷保護（簡稱II段）和過電流保護（簡稱III段）。下面分別討論它們的作用原理和整定計算方法。（1）無時限電流速斷保護（I段）單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護的作用原理可用圖3-2來說明。短路電流的大小Ik和短

2、路點至電源間的總電阻R及短路類型有關(guān)。三相短路和兩相短路時，短路電流Ik與R的關(guān)系可分別表示如下：(3)IkEsEsRRsRolIk2)3Ess2RsRol式中，Es-一電源的等值計算相電勢；Rs-一歸算到保護安裝處網(wǎng)絡電壓的系統(tǒng)等值電阻；R0線路單位長度的正序電阻；l短路點至保護安裝處的距離。由上兩式可以看到，短路點距電源愈遠（l愈長）短路電流Lk愈?。幌到y(tǒng)運行方式?。≧s愈大的運行方式）Ik亦小。Ik與l的關(guān)系曲線如圖3-2曲線1和2所示。曲線1為最大運行方式（Rs最小的運行方式）下的Ik=f（l）曲線，曲線2為最小運行方式（Rs最大的運行方式）下的Ik=f（l）曲線。線路AB和BC上均裝

3、有僅反應電流增大而瞬時動作的電流速斷保護，則當100%o但是線路AB上發(fā)生故障時，希望保護KA2能瞬時動作，而當線路BC上故障時，希望保護KA1能瞬時動作，它們的保護范圍最好能達到本路線全長的這種愿望是否能實現(xiàn)，需要作具體分析。KA2能夠瞬時k2點短路時，以保護KA2為例，當本線路末端k1點短路時，希望速斷保護動作切除故障，而當相鄰線路BC的始端（習慣上乂稱為出口處）按照選擇性的要求，速斷保護KA2就不應該動作，因為該處的故障應由速斷保護KA1動作切除。但是實際上，k1和k2點短點時，從保護KA2安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的，因此，希望k1點短路時速斷保護KA2能動作，而k2點短點時

4、乂不動作的要求就不可能同時得到滿足。為了獲得選擇性，保護裝置KA2的動作電流Iop2必須大丁被保護線路AB外部（k2點）短路時的最大短路電流Ikmax。實際上k2點與母線B之間的阻抗非常小，因此，可以認為母線B上短路時的最大短路電流IkBmax=Ikmax。根據(jù)這個條件得到：Iop2K1eiIkBmax式中，K；el可靠系數(shù)，考慮到整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等，可取為1.21.3。由丁無時限電流速斷保護不反應外部短路，因此，可以構(gòu)成無時限的速動保護（沒有時間元件，保護僅以本身固有動作時間動作）。它完全依靠提高整定值來獲得選擇性。由于動作電流整定后是不變的，在圖3-2上可用直線

5、3來表示。直線3與曲線1和2分別有一個交點。在曲線交點至保護裝置安裝處的一段線路上短路時，Ik>Iop2保護動作。在交點以后的線路上短路時，Ik<|op2保護不會動作。因此，無時限電流速斷保護不能保護線路全長的范圍。如圖3-2所示，它的最大保護范圍是lmax,最小保護范圍是Imino保護范圍也可以用解析法求得。無時限電流速斷保護的靈敏度用保護范圍來表示，規(guī)程規(guī)定，其最小保護范圍一般不應小丁被保護線路全長的15%20%。實驗時可調(diào)節(jié)滑線電阻，找尋保護范圍。電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛應用。它的缺點是不可能保護線路AB的全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式

6、變化影響很大，當被保護線路的長度較短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用。圖中：1Ik=f(l)關(guān)系；2IopA線；3IopA線；4IopB線由丁無時限電流速斷不能保護全長線路，即有相當長的非保護區(qū)，在非保護區(qū)短路時，如不采取措施，故障便不能切除，這是不允許的。為此必須加裝帶時限電流速斷保護，以便在這種情況下用它切除故障。(2) 帶時限電流速斷保護(II段)對這個新設保護的要求，首先應在任何故障情況下都能保護本線路的全長范圍，并具有足夠的靈敏性。其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。正是由丁它能以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為帶時限速斷保護。帶時限電流

7、速斷保護的原理可用圖3-3來說明。由丁要求帶時限電流速斷保護必須保護本線路AB的全長，因此，它的保護范圍必須伸到下一線路中去。例如，為了使線路AB上的帶時限電流速斷保護A獲得選擇性，它必須和下一線路BC上的無時限電流速斷保護B配合。為此，帶時限電流速斷保護A的動作電流必須大丁無時限電流速斷保護B的動作電流。若帶時限電流速斷保護A的動作電流用IOpA表小，無時限電流速斷保護B的動作電流用I：pB表小，則IopAK11KrelopB(3-1)式中，K*i可靠系數(shù)，因不需考慮非周期分量的影響，可取為1.112保護的動作時限應比下一條線路的速斷保護高出一個時間階段，此時間階段以t表小。即保護的動作時間

8、tAt（t一般取為0.5s）。帶時限電流速斷保護A的保護范圍為1A（見圖3-3）。它的靈敏度按最不利情況（即最小短路電流情況）進行檢驗。即IIsenkmin/*(3-2)式中，Ikmin在最小運行方式下，在被保護線路末端兩相金屆短路的最小短路電流。規(guī)程規(guī)定Ksk應不小于1.31.5。Kstn必須大于1.3的原因是考慮到sensen短路電流的計算值可能小于實際值、電流互感器的誤差等。由此可見，當線路上裝設了電流速斷和限時電流速斷保護以后，它們的聯(lián)系工作就可以保證全線路范圍內(nèi)的故障都能夠在0.5s的時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能夠滿足速動性的要求。具有這種性能的保護稱為該線路的“主保護”。帶時限

9、電流速斷保護能作為無時限電流速斷保護的后備保護（簡稱近后備），即故障時，若無時限電流速斷保護拒動，它可動作切除故障。但當下一段線路故障而該段線路保護或斷路器拒動時，帶時限電流速斷保護不一定會動作，故障不一定能消除。所以，它不起遠后備保護的作用。為解決遠后備的問題，還必須加裝過電流保護。（3）定時限過電流保護（III段）過電保護通常是指其啟動電流按照躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置。它在正常運行時不應該啟動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應電流的增大而動作。在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長范圍，而且也能保護相鄰線路的全長范圍，以起到遠后備保護的作用。為保證在正常運行情況下過電流保護不動作

10、，它的動作電流應躲過線路上可能出現(xiàn)的最大負荷電流ILmax,因而確定動作電流時，必須考慮兩種情況：其一，必須考慮在外部故障切除后，保護裝置能夠返回。例如在圖3-4所示的接線網(wǎng)絡中，當ki點短路時，短路電流將通過保護裝置5、4、3,這些保護裝置都要啟動，但是按照選擇性的要求，保護裝置3動作切除故障后，保護裝置4和5由丁電流已經(jīng)減小應立即返回原位。其二，必須考慮當外部故障切除后，電動機自啟動電流大丁它的正常工作電流時，保護裝置不應動作。例如在圖3-4中，ki點短路時，變電所B母線電壓降低，其所接負荷的電動機被制動，在故障由3QF保護切除后，B母線電壓迅速恢復，電動機自啟動，這時電動機自啟動電流大丁

11、它的正常工作電流，在這種情況下，也不應使保護裝置動作。圖3-4選擇過電流保護啟動值及動作時間的說明考慮第二種情況時，定時限過電流保護的整定值應滿足:I111KI.opss：Lmax式中,Kss電動機的自啟動系數(shù)，它表小自啟動時的最大負荷電流與正常運行的最大負荷電流之比。當無電動機時Kss=1,有電動機時Kss>1o考慮第一種情況，保護裝置在最大負荷時能返回，則定時限過電流保護的返回值應滿足reKssILmax(3-3)考慮到IreIOP，將式（3-3）它改寫為reKrelKssILmax(3-4)式中，K*可靠系數(shù)，考慮繼電器整定誤差和負荷電流計算不準確等因素，取為1.11.2?？紤]到K

12、re=Ire/Iop,所以IIIop(K*iKsslLmax)(3-5)為了保證選擇性，過電流保護的動作時間必須按階梯原則選擇（如圖3-5）兩個相鄰保護裝置的動作時間應相差一個時限階段to過電流保護靈敏系數(shù)仍米用式（3-2）進行檢驗，但應米用10；代入，當過電p流保護作為本線路的后備保護時,應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求Ksen1.31.5；當作為相鄰線路的后備保護時，貝U應采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求Ksen1.2定時限過電流保護的原理圖與帶時限過電流保護的原理圖相同，只是整定的時間不同而已。圖3-5過電流保護動作時間選擇的示

13、意圖3.保護的整定值計算圖3-1中若取電源線電壓為100V（實際為變壓器副方輸出線電壓為100V）,系統(tǒng)阻抗分別為Xs.maX=2Q、Xs.N=4Q、Xsmin=5Q，線路段的阻抗為10Q。線路中申有一個2Q的限流電阻，設線路段最大負荷電流為1.2A。無時限電流速斷保護可靠系數(shù)K1=1.25,帶時限電流速斷保護可靠系數(shù)為Kn=1.1,過電流保護可靠系數(shù)K皿=1.15,繼電器返回系數(shù)Kre=0.85,自啟動系數(shù)Kzq=1.0。根據(jù)上述給定條件：（1）理論計算線路段電流保護各段的整定值計算：IPuKII欽ax1.25100；5.16(A).32210IIII(3)A10°1278以)Ip

14、uKI*min1.2苫25102.78(A)K“一IPU(Km黃)Imax(1.151.85)1.21.62(A)Kre.t»=0.5''IIIpu4.微機保護的原理（一）微機保護的硬件微型機保護系統(tǒng)的硬件一般包括以下三大部分。（1）模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）。包括電壓的形成，模擬濾波，多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊，完成將模擬輸入量準確的轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字量的任務。（2）CPU主系統(tǒng)。包括微處理器（80C196KC），只讀存儲器（EPROM）,隨機存取存儲器（RAM）以及定時器等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至R

15、AM的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。（3）開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)。由若干并行接口適配器（PIO）,光電隔離器件及有觸點的中間繼電器組成，以完成各種保護的出口跳閘，信號報警，外部接點輸入及人機對話等功能。微機保護的典型結(jié)構(gòu)圖5-1所示輸入輸出系統(tǒng)圖5-1微機保護典型硬件結(jié)構(gòu)圖（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機保護要從被保護的電力線路或設備的電流互感器、電壓互感器或其他變換器上獲取的有關(guān)信息，但這些互感器的二次數(shù)值、輸出范圍對典型的微機電路卻不適用，故需要變換處理。在微機保護中通常要求模擬輸入的交流信號為逾V電壓信號，因此一般采用中間變換器來實現(xiàn)變換。交流電流的變換一般采用電流中間

16、變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需要的電壓的方式。對微機保護系統(tǒng)來說，在故障初瞬電壓、電流中可能含有相當高的頻率分量（例如2KHZ以上），而目前大多數(shù)的微機保護原理都是反映工頻量的，為此可以在采樣前用一個低通模擬濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。對丁反映兩個量以上的繼電器保護裝置都要求對各個模擬量同時采樣，以準確的獲得各個量之間的相位關(guān)系，因而對每個模擬量設置一套電壓形成。但由丁模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格昂貴，通常不是每個模擬量通道設一個A/D,而是公用一個,中間經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）切換輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微機。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器或稱ADC）0由丁計算機只能對數(shù)字量進行運算，而電力

17、系統(tǒng)中的電流。電壓信號均為模擬量，因此必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以認為是一編碼電路。它將輸入的模擬量UA相當丁模擬參考量UR經(jīng)一編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D輸出。（三）輸入輸出回路（1）開關(guān)量輸出回路+5Vf9+E圖5-2裝置開關(guān)量輸出回路接線圖開關(guān)量輸出主要包括保護的跳閘以及本地和中央信號等。一般都采用并行的輸出口來控制有觸點繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法，但為了提高抗干擾能力，也經(jīng)過一級光電隔離，如圖5-2所示。（2）定值輸入回路對丁某些保護裝置，如果需要整定的項目很有限，則可以在裝置面板上設置定值插銷或撥輪開關(guān)，將整定值的數(shù)碼的每一位象接點那樣輸入。

18、對丁比較復雜的保護裝置，如果需要整定的項目很多時，可以將定值由面板上的鍵盤輸入，并在裝置內(nèi)設置固化電路，將輸入定值固化在E2PROM中。本裝置采用鍵盤輸入方式設置定值，整定方法詳見附錄二中的有關(guān)使用說明。（四）CPU系統(tǒng)選擇什么級別的CPU才能滿足微機保護的需求，關(guān)鍵的問題是速度。也就是說，CPU能否在兩個相鄰采樣間隔內(nèi)完成必須完成的工作。本微機保護采用美國INTEL公司高檔16位微處理器80C196KC作為中央處理器。在80C196KC的內(nèi)部集成了8路10位單極性A/D、6通道高速輸出（HSO）和2通道高速輸入（HIS）、4通道16位定時器、全雙工申行通訊接口、多路并行I/O口、512字節(jié)片

19、內(nèi)寄存器等，集成度高、功能強大，極其利丁構(gòu)成各種高性能控制器。（五）微機保護的軟件在DJZ-IH實驗保護臺中，微機保護裝有無時限速斷電流保護，帶時限電流速斷保護，定時限過電流保護以及電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。在DJZ-IH變壓器微機試驗臺中，裝有變壓器差動保護和變壓器速切保護兩種。保護的軟件是根據(jù)常規(guī)保護的原理，結(jié)合微機計算機的特點來設計的，具有以下幾個功能：(1) 正常運行時，裝置可以測量電流(電壓)，起到類似電流、電壓表的作用，同時還起到監(jiān)視裝置是否正常工作的作用。(2) 被保護元件(變壓器及線路)故障時，它能正確地區(qū)分保護區(qū)內(nèi)、外故障，并能有效地躲開勵磁涌流的影響。(3) 它具有較完善的自檢

20、功能，對裝置本身的元件損壞及時發(fā)出信號。(4) 有軟件自恢復的功能。電流電壓保護軟件基本框圖如圖5-3所示。初始化數(shù)螺集及電量參數(shù)譜！I段保護投入?有過電流故障?低壓閉鎖投入?測量電壓低于整定值?Y有鍵入信號?N重合閘投入?N重合閘時間到?NN重合閘條件滿云YNNNYYY發(fā)重合閘指令n段保護模塊in段保護模塊讀鍵盤信息讀鍵盤信息I段出口顯示圖5-3DJZ-III試驗臺微機保護裝置二I電流電壓保護軟件流程圖三、實驗內(nèi)容三段式電流微機保護實驗圖5-4微機電流電壓保護實驗原理接線圖(1) DJZ-III試驗臺的常規(guī)繼電器和微機保護裝置都沒有接入電流互感器TA回路，在實驗之前應該接好線才能進行試驗，實

21、驗用一次系統(tǒng)圖參閱圖3-1,實驗原理接線圖如圖5-4所示。按原理圖完成接線，同時將變壓器原方CT的二次側(cè)短接。(2) 將模擬線路電阻滑動頭移動到0Q處。(3) 運行方式選擇，置為“最小”處。將交流電壓表接到PT測量孔的任意兩相上。(4) 合上三相電源開關(guān)，直流電源開關(guān)，變壓器兩側(cè)的模擬斷路器1KM、2KM,調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使交流電壓表指示從0V慢慢升到50V。(5) 合上微機裝置電源開關(guān)，將無時限電流速斷保護(I段)動作電流整定為2.58A，動作時間整定為0.05s；帶時限電流速斷保護(II段)動作電流整定為1.39A，動作時間整定為0.5s;定時限過電流保護(III段)動作電流整定為0.81

22、A，動作時間整定為1s。同時將微機保護的I段(速斷)投入，將微機保護的II、III段退出，低壓閉鎖和使用重合相繼電器的狀態(tài)均改為OFF。(6) 此時A相、B相、C相負載燈全亮。(7) 因用微機保護，則需將LP1接通(微機出口連接片投入)。(8) 任意選擇兩相短路，如果選擇AB相，合上AB相短路模擬開關(guān)。合上故障模擬斷路器3KM,模擬系統(tǒng)發(fā)生兩相短路故障，此時負荷燈部分熄滅。短路電流大丁速斷(I段)保護整定值，故應由I段保護動作跳開模擬斷路器，從而實現(xiàn)保護功能。將動作情況和故障時電流測量幅值記錄丁表5-1中表5-1電流速斷保護靈敏度檢查實驗數(shù)據(jù)記錄表豆路阻抗/Q012345678最大運行方式AB

23、相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A4.573.923.453.022.702.44BC相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A4.754.093.583.132.832.51CA相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A0.510.520.530.500.520.52012345678正常運行方式AB相短路I段動作情況VVVX短路電流/A3.292.982.662.42BC相短路I段動作情況VVVX短路電流/A3.443.092.782.48CA相短路I段動作情況VVVX短路電流/A0.50.520.500.51012345678最小運行方式AB相短路I段動作情況VVX短路電流/A2.962.682.39BC相短路I段動作情況VVX短路電流/A3.062.802.51CA相短路I段動作情況VVX短路電流/A0.510.500.51(10)斷開故障模擬斷路器，當微機保護動作時，需按微機保護箱上的“信號復