【正文】 和功能，從而可靈活地適應電力系統(tǒng)發(fā)展對保護要求的變化，也減少了現(xiàn)場的維護工作量。 （ 7）經(jīng)濟性好 ：微處理器和集 成電路芯片的性能不斷提高而價格一直在下降，而電磁型繼電器的價格在同一時期內(nèi)卻不斷上升。而且，微機保護裝置是一個可編程序的裝置，它可基于通用硬件實現(xiàn)多種保護功能，使硬件種類大大減少。這樣，在經(jīng)濟性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)保護。 微機保護的國內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢 近四十年來，計算機技術(shù)發(fā)展日新月異，它的廣泛應用給各行各業(yè)帶來了翻天覆地的變化。計算機技術(shù)也同樣影響了繼電保護技術(shù)的發(fā)展。七十年代中、后期國外已有少數(shù)樣機在電力系統(tǒng)中試運行，到八十年代初，各國都在這些方面繼續(xù)做了很多努力，使計算機保護逐漸趨于實用。 我國對計算機保護的研究始于 70 年代后半期，開始是幾個高等院校和水電部王庭森：采用 GPSL621C112 微機保護裝置的 110kV 線路二次回路設計 3 南京自動化研究所的一些繼電保護工作者對國外計算機保護的發(fā)展作了廣泛的介紹和綜述分析。 70 年代末至 80 年代初廣泛地開展了各種算法以及樣機的研制。 1984 年，華北電力學院研制的第一套 6809（ CPU）為基礎的距離保護樣機投入試運行。該年底在華中工學院召開了我國第一次計算機保護學術(shù)會議，標志著我國計算機保護的開發(fā)開始進入了重要的發(fā)展階段。 90 年代，南京電力自動化研究院將工頻變化量方向繼電器（ 1982 年提出）在 CKF、 CKJ 系列集成電路保護中的成功經(jīng)驗運用于計算機保護。此后，各個廠家以 80C196 微控制器為控制核心相繼研制了各自的線路保護，并在國內(nèi)電力系統(tǒng) 110kV～ 500kV 線路中廣泛運用，有代表的制造廠家有：南瑞繼保、南京電力自動化總廠、四方公司、許昌繼電器廠等。 繼電保護所應用元器件的發(fā)展，在一定程度上將推動繼電保護技術(shù)的發(fā)展。晶體管的出現(xiàn)推動了比相原理的發(fā)展，集成電路已具備了一定的計算功能，目前已廣泛使用的微機保護，使繼電保護步入了數(shù)字化的領域。 微機技術(shù)引入繼電保護領域，擴展了繼電保護裝置的應用功能，基于微處理器的繼電保護裝置，具有一系 列的特點：可以集主保護、后備保護的完整功能于一身，大大簡化了繼電保護二次接線；遠方通信功能，管理人員可以隨時監(jiān)測保護裝置的運行狀態(tài)、調(diào)用數(shù)據(jù)、改變定值，為現(xiàn)代化管理提供了必要的物質(zhì)基礎；自檢功能，自動故障定位，及時發(fā)出警報，用備用插件置換故障部件，可以在實驗室集中進行專業(yè)檢修。這一切都為提高保護裝置的安全運行水平，顯著地延長運行檢測周期和減少運行檢測項目提供了前提，同時也必將直接影響到專業(yè)人員的配置，從而大幅度的提高繼電保護的管理水平和專業(yè)人員的勞動生產(chǎn)率。 目前，我國電力系統(tǒng)已大量采用的微機保護，大多采用 80 年代末期 90 年代初期推出的數(shù)字芯片，如 Intel 公司的 80C196 等。新一代數(shù)字芯片的出現(xiàn)，特別是高速數(shù)字信號處理器 DSP（ Digital Signal Processor）以其高速、實時、低功耗和高集成度而得到大量的推廣及應用，這必將引起繼電保護新一輪的革命。將高性能的微處理器應用于整個裝置中，可以大大提高其運算速度，減少運算時間，這對電力系統(tǒng)繼電保護來說也一個非常關鍵的問題。 本課題研究背景和意義 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設計（論文） 4 本課題研究的背景 在現(xiàn)代電網(wǎng)中，隨著超高壓、大容量、遠距離輸電線路的不斷增 多，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提出了更高、更嚴格的要求。零序電流保護、距離保護作為線路保護的基本組成部分，其工作性能對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著直接和重要的影響。保護性能改善的一個重要方面是在確保其動作的可靠性和選擇性的條件下，加快保護的動作速度。目前，提高保護速度面臨的主要問題是距離保護采用故障后的穩(wěn)態(tài)基頻分量，在實際故障信號中包含有大量非基頻噪聲信號的情況下，保護動作速度越快，基頻分量的濾波精度越差。為了適應現(xiàn)代高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運行的要求，設計者們除了在軟件上盡力簡化算法和提高算法的效率，對硬件的要求也越來越 高。 目前電力系統(tǒng)繼電保護設備中最常用的微處理器包括 51系列和 96系列等控制型器件。但隨著電力系統(tǒng)對實時性、數(shù)據(jù)量和計算要求的不斷提高以及新的保護算法的不斷出現(xiàn)，這些器件在許多方面，特別是在計算能力、存儲容量方面，已不能很好地適應電力系統(tǒng)的要求。本課題將 對上述問題進行探討，從硬件和軟件兩方面對電力系統(tǒng)微機保護設備進行深入分析，并設計一套完整的微機保護 裝置。 本課題研究的意義 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高壓輸電網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)、用電負荷性質(zhì)和用戶對供電的要求都發(fā)生了很大的變化，這也對繼電保護工作提出了越來 越高的要求。對系統(tǒng)保護性能和功能需求的不斷提高，也是促使擔任微機保護裝置的處理器位數(shù)不斷提升的主要原因之一。采用高性能高位數(shù)的 DSP+CPU 處理器芯片構(gòu)成微機保護裝置，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)保護產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。 王庭森：采用 GPSL621C112 微機保護裝置的 110kV 線路二次回路設計 5 2 110kV 變電所的一次設備及其控制 主接線及其選擇 電氣主接線是由電氣設備通過連接線，按其功能要求組成電路，負責接收和分配電能，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡。用規(guī)定的電氣設備圖形符號和文字符號，并且按工作順序排列，詳細的表示電氣設備和成套裝置的全部組成和連接關系的單線接線 圖。主接線代表了變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性，并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護、控制方式和自動裝置的擬定都有決定性的關系。 對于 6～ 220kV 電壓配電裝置的接線，一般分兩類：一為母線類，包括單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段和增設旁路母線的接線；其二為無母線類，包括單元接線、橋形接線和多角形接線等。應視電壓等級和出線回數(shù)，酌情選用。 旁路母線的設置原則： 1）采用分段單母線或雙母線的 110kV 配電裝置，當斷路器不允許停電檢修時，一般需設置旁 路母線。因為 110KV 線路輸送距離長、功率大，一旦停電影響范圍大，且斷路器檢修時間較長（平均每年 5～ 7 天），故設置旁路母線為宜。當有旁路母線時，應首先采用以分段斷路器或母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器的接線。 2） 35kV 配電裝置可不設旁路母線，是因為重要用戶多系雙回路供電，有可能停電檢修斷路器。其次，還因為斷路器年平均檢修時間短，通常為 2～ 3 天。如線路斷路器不允許停電檢修時，可設置其它旁路設施。 3） 10kV 配電裝置，可不設旁路母線。對于出線回路數(shù)多或多數(shù)線路系向用戶單獨供電，以及不允許停電的單母線、分段單母線的 配電裝置，可設置旁路母線。 對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側(cè)應盡量采用斷路器少或不用斷路器的接線。當出線為 2 回時，一般采用橋形接線。 對電氣主接線的基本要求 變電站的電氣主接線應根據(jù)該變電站所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便和節(jié)約投南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設計（論文） 6 資等要求。對電氣主接線的基本要求，概括的說應包括可靠性、靈活性、和經(jīng)濟性。 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線的最基本要求。可靠性的工作是以保證對用戶不間斷的供電。 衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設備的故障對供電可靠性的影響。評價主接線可靠性的標志是： 1)斷路器檢修時是否影響停電； 2)線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和停運時間的長短，以及能否對重要用戶的供電； 3)變電站全部停電的可能性。 主接線的靈活性有以下幾個方面的要求： 1)調(diào)度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下 、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。 2)檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\斷路器、母線及其繼電保護設備進行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。 3)擴建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設備改造量最少。 主接線經(jīng)濟性的要求 在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。 1)投資省：主接線簡單，以節(jié)約斷路器、隔離開關等設備的投資；占地面積?。弘姎庵鹘泳€設計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地、架構(gòu)、導線、絕緣子及安裝費用。 2)電能損耗少：經(jīng)濟選擇主變壓器型式、容量和臺數(shù)，避免兩次變壓而增 加電能損失。 主接線的基本接線形式 主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，它以電源和出線為主體。由于各個發(fā)電廠或變電站的出線回路數(shù)和電源數(shù)不同，而且每路饋線所傳輸?shù)墓β室膊灰粯?，因而為便于電能的匯集和分配，在進出線較多時 (一般超過 4 回 )，采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用電氣設備較少，配電裝置王庭森：采用 GPSL621C112 微機保護裝置的 110kV 線路二次回路設計 7 占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電廠或變電站。 有匯流母線的接線形式可概括地分為單母線接 線 (及單母線分段接線 )和雙母線接線 (及雙母線分段接線 )兩大類。 （ 1）有母線接線 有匯流母線的接線形式的基本環(huán)節(jié)是電源、母線和出線（饋線）。母線是中間環(huán)節(jié)，作用是匯集和分配電能，使接線簡單清晰，運行、檢修靈活方便，進出線可有任意數(shù)目，利于安裝和擴建。 1）單母線接線（含單母線刀閘分段、單母線開關分段、單母線帶旁路等）。 只有一組（可以有多段）工作母線的接線稱單母線接線。這種接線的每回進出線都只經(jīng)過一臺斷路器固定接于母線的某一段上。優(yōu)點：不分段單母線接線的優(yōu)點是簡單清晰，設備少，投資小，運行操作方便，有利于擴 建和采用成套配電裝置。缺點：不分段單母線接線的缺點是可靠性、靈活性差。 2）雙母線接線（含雙母線刀閘分段、雙母線開關分段、雙母線帶旁路等） 有兩組工作母線的接線稱為雙母線接線。每個回路都經(jīng)過一臺斷路器和兩臺母線隔離開關分別與兩組母線連接，其中一臺隔離開關斷開；兩母線之間通過母線聯(lián)絡斷路器連接。有兩組母線后，使運行的可靠性和靈活性大為提高。 3） 3/2 臺斷路器接線 每 2 條回路共用 3 臺斷路器，每串的中間一臺斷路器為聯(lián)絡斷路器。正常運行時，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成多環(huán)狀供電，具有很高的可靠性和靈活性 。 4） 4/3 臺斷路器接線 5）變壓器母線組接線 這種接線應用于超高壓系統(tǒng)中，適用于有長距離大容量輸電線路、要求線路有高度可靠性的配電裝置。 （ 2）無匯流母線接線 無匯流母線的主接線沒有母線這一中間環(huán)節(jié)，使用的開關電器少，配電裝置占地面積少，投資較少，沒有母線故障和檢修問題，但其中部分接線形式只適用于進出線少并且沒有擴建和發(fā)展可能的發(fā)電廠和變電所。 1）單元接線 發(fā)電機和主變壓器直接連成一個單元，再經(jīng)斷路器接至高壓系統(tǒng)，發(fā)電機出口處除廠用分支外不再裝設母線。 2）橋形接線 當只有兩臺主變壓器和兩回輸電線路時 ，采用橋形接線，所用斷路器數(shù)量最南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設計（論文） 8 少。 3）角形接線 它是將斷路器布置閉合成環(huán)，并在相鄰兩臺斷路器之間引接一條回路的接線。其角數(shù)等于進、出線回路總數(shù)，等于斷路器臺數(shù)。 本次設計所用的主接線 本次 110kV 線路保護二次線設計中的電氣主接線采用一般雙母線接線。一般雙母線接線方式如圖 所示，特點如下： (1)一般在正常運行時，線路均分在兩組母線上，以固定的連接方式運行。其供電可靠性表現(xiàn)在檢修任一母線時，可以利用母線把該母線上的全部回路倒換到另一組母線上，不會中斷供電。 (2)檢修任一 回路的母線開關時，只需停該回路與隔離開關相連的母線。任一母線發(fā)生故障時，可將所有連接于該母線的線路倒換到正常母線上使裝置迅速恢復工作。且一般的雙母接線運行方式靈活，可采用兩組母線并列運行方式，兩組母線分裂運行方式，一組母線工作，另一組母線備用的運行方式。多采用地一種方式，因母線故障時可縮小停電范圍，且兩組母線的負荷可以調(diào)配。 (3)該電氣主接線方式投資較小。滿足電氣主接線方式“可靠，靈活，經(jīng)濟”的要求，適用于本次設計。 Q F cW L 1 W L 2 W L 3 W L 4電 源 1 電 源 2W 2W 1 圖 一般雙母線接線方 式 王庭森：采用 GPSL621C112 微機保護裝置的 110kV 線路二次回路設計 9 一次系統(tǒng)主要一次設備有斷路器、 2 把母線側(cè)刀閘、 1 把出線側(cè)刀閘