【正文】 王庭森：采用 GPSL621C112 微機(jī)保護(hù)裝置的 110kV 線路二次回路設(shè)計(jì)采用 GPSL621C112 微機(jī)保護(hù)裝置的 110kV線路二次回路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要......................................................ⅠABSTRACT................................................Ⅱ1 緒 論 ...............................................................1 電 力 系 統(tǒng) 微 機(jī) 保 護(hù) 的 概 述 ...........................................1 微 機(jī) 保 護(hù) 的 特 點(diǎn) ...................................................2 微 機(jī) 保 護(hù) 的 國(guó) 內(nèi) 外 研 究 概 述 與 發(fā) 展 趨 勢(shì) ...............................3 本 課 題 研 究 的 背 景 和 意 義 ...........................................42 110KV 線 路 的 一 次 設(shè) 備 及 控 制 ........................................5 主 接 線 及 其 選 擇 ...................................................5 斷 路 器 ...........................................................9 刀 閘 ............................................................14 互 感 器 ..........................................................173 110KV 線 路 保 護(hù) 的 二 次 配 置 .........................................21 110KV 電 網(wǎng) 線 路 保 護(hù) 配 置 要 求 ......................................21 本 次 設(shè) 計(jì) 所 用 保 護(hù) 裝 置 的 功 能 和 特 點(diǎn) ................................23 測(cè) 控 柜 ..........................................................25 端 子 箱 ..........................................................264 二 次 回 路 的 設(shè) 計(jì) ...................................................28 二 次 回 路 ........................................................28 交 流 電 流 電 壓 回 路 接 線 設(shè) 計(jì) ........................................30 斷 路 器 的 控 制 回 路 設(shè) 計(jì) ............................................33 信 號(hào) 回 路 設(shè) 計(jì) ....................................................34 刀 閘 的 防 誤 回 路 設(shè) 計(jì) ..............................................355 結(jié) 語(yǔ) ..............................................................38謝 辭 ................................................................39參 考 文 獻(xiàn) ............................................................40附 錄 圖 紙 ...........................................................41王庭森：采用 GPSL621C112 微機(jī)保護(hù)裝置的 110kV 線路二次回路設(shè)計(jì)1 緒論 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的概述電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運(yùn)行給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來了巨大的動(dòng)力和效益，繼電保護(hù)是組成電力系統(tǒng)必不可少的子系統(tǒng)，它承擔(dān)著斷開故障和支持電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的任務(wù),在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。繼電保護(hù)裝置除了在故障的很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作外，長(zhǎng)期是不動(dòng)作的。因而被喻為電力系統(tǒng)的無聲警衛(wèi)。因此裝置的某些缺陷可能不被覺察，從而成為故障，是不正確動(dòng)作的隱患。微機(jī)保護(hù)的自我監(jiān)測(cè)和監(jiān)視功能可以消除這一隱患。眾所周知，對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的基本性能要求，包括了可靠性、選擇性、快速性和靈敏性。所謂可靠性，是要求所配置的繼電保護(hù)裝置只能在事先規(guī)定需要它動(dòng)作的情況下動(dòng)作，在其他一切不需要它動(dòng)作的情況下不動(dòng)作。在術(shù)語(yǔ)上，前者稱之為可信賴性，后者稱之為安全性或穩(wěn)定性；繼電保護(hù)的選擇性要求，是期望能在電力元件發(fā)生故障時(shí)，又在靠近故障元件的繼電保護(hù)裝置斷開故障；動(dòng)作的快速性，對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，重要在于快速跳閘對(duì)提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的作用；動(dòng)作靈敏性要求，是出于保護(hù)裝置可靠動(dòng)作的需要。這些要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對(duì)不同的使用條件，分別地進(jìn)行協(xié)調(diào)。繼電保護(hù)的困難在于不僅要滿足測(cè)量的精度，更重要的是在各種復(fù)雜的情況下都要能滿足相互矛盾的四項(xiàng)要求，即“要正確動(dòng)作，該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)。 ”繼電保護(hù)的正確動(dòng)作取決于一系列的因素：保護(hù)原理、裝置的軟硬件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量、整定和調(diào)試、二次回路以及運(yùn)行管理等。 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)（l）維修調(diào)試方便：相比較于過去大量使用的整流型繼電保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置幾乎可以不用調(diào)試，微機(jī)保護(hù)對(duì)硬件和軟件都有自檢功能，裝置上電時(shí)，有故障就會(huì)立即報(bào)警，可以大大地減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。(2）可靠性高：在各種保護(hù)方法中，考慮到了電力系統(tǒng)中的各種情況，具有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力。微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以不斷進(jìn)行自檢，因此，可以立即檢查出微機(jī)保護(hù)內(nèi)部的大多數(shù)隨機(jī)故障，而采取適當(dāng)?shù)募m正措施。 (3）易于獲得各種附加功能：由于計(jì)算機(jī)的通用性，因而在繼電保護(hù)硬件的基礎(chǔ)上，可以很方便地通過增加軟件的方法獲得保護(hù)之外的功能。例如，保護(hù)的動(dòng)作順序記錄，故障諧波分析，故障測(cè)距，低頻減載等。(4）保護(hù)性能易于改善：對(duì)于相同的硬件，可以通過算法的不同，實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)。這樣，也就可以通過改善算法來不斷完善保護(hù)性能，而不需要改動(dòng)硬件。通過軟件算法的改善，可以較好地解決原有模擬繼電保護(hù)裝置無法解決的一些問題。(5）便于遠(yuǎn)方監(jiān)控：目前的微機(jī)保護(hù)裝置均設(shè)有通信接口，這樣可以方便地將各地保護(hù)裝置納入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值與投切保護(hù)裝置。 （6）靈活性大：目前，國(guó)內(nèi)中低壓變電站內(nèi)不同一次設(shè)備的保護(hù)裝置在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能采用同樣的設(shè)計(jì)方案。而超高壓電力系統(tǒng)保護(hù)裝置若采用多 CPU實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能時(shí)，每塊 CPU 模塊的硬件設(shè)計(jì)也傾向于盡量相同。由于保護(hù)的原理主要由軟件決定，因此，只要改變軟件就可以改變保護(hù)的特性和功能，從而可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展對(duì)保護(hù)要求的變化，也減少了現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)工作量。（7）經(jīng)濟(jì)性好：微處理器和集成電路芯片的性能不斷提高而價(jià)格一直在下降，而電磁型繼電器的價(jià)格在同一時(shí)期內(nèi)卻不斷上升。而且，微機(jī)保護(hù)裝置是一個(gè)可編程序的裝置，它可基于通用硬件實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，使硬件種類大大減少。這樣，在經(jīng)濟(jì)性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)保護(hù)。 微機(jī)保護(hù)的國(guó)內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢(shì)近四十年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，它的廣泛應(yīng)用給各行各業(yè)帶來了翻天覆地的變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)也同樣影響了繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。七十年代中、后期國(guó)外已有少數(shù)樣機(jī)在電力系統(tǒng)中試運(yùn)行，到八十年代初，各國(guó)都在這些方面繼續(xù)做了很多努力，使計(jì)算機(jī)保護(hù)逐漸趨于實(shí)用。我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)保護(hù)的研究始于 70 年代后半期，開始是幾個(gè)高等院校和水電王庭森：采用 GPSL621C112 微機(jī)保護(hù)裝置的 110kV 線路二次回路設(shè)計(jì)部南京自動(dòng)化研究所的一些繼電保護(hù)工作者對(duì)國(guó)外計(jì)算機(jī)保護(hù)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(jī)的研制。1984 年，華北電力學(xué)院研制的第一套 6809（CPU）為基礎(chǔ)的距離保護(hù)樣機(jī)投入試運(yùn)行。該年底在華中工學(xué)院召開了我國(guó)第一次計(jì)算機(jī)保護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著我國(guó)計(jì)算機(jī)保護(hù)的開發(fā)開始進(jìn)入了重要的發(fā)展階段。90 年代，南京電力自動(dòng)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(hù)中的成功經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于計(jì)算機(jī)保護(hù)。此后，各個(gè)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(hù)，并在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng) 110kV～500kV 線路中廣泛運(yùn)用，有代表的制造廠家有：南瑞繼保、南京電力自動(dòng)化總廠、四方公司、許昌繼電器廠等。繼電保護(hù)所應(yīng)用元器件的發(fā)展，在一定程度上將推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。晶體管的出現(xiàn)推動(dòng)了比相原理的發(fā)展，集成電路已具備了一定的計(jì)算功能，目前已廣泛使用的微機(jī)保護(hù)，使繼電保護(hù)步入了數(shù)字化的領(lǐng)域。微機(jī)技術(shù)引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，擴(kuò)展了繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用功能，基于微處理器的繼電保護(hù)裝置，具有一系列的特點(diǎn)：可以集主保護(hù)、后備保護(hù)的完整功能于一身，大大簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)二次接線；遠(yuǎn)方通信功能，管理人員可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置的運(yùn)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(chǔ)；自檢功能，自動(dòng)故障定位，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，用備用插件置換故障部件，可以在實(shí)驗(yàn)室集中進(jìn)行專業(yè)檢修。這一切都為提高保護(hù)裝置的安全運(yùn)行水平，顯著地延長(zhǎng)運(yùn)行檢測(cè)周期和減少運(yùn)行檢測(cè)項(xiàng)目提供了前提，同時(shí)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(hù)的管理水平和專業(yè)人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)已大量采用的微機(jī)保護(hù)，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(hào)處理器 DSP（Digital Signal Processor）以其高速、實(shí)時(shí)、低功耗和高集成度而得到大量的推廣及應(yīng)用，這必將引起繼電保護(hù)新一輪的革命。將高性能的微處理器應(yīng)用于整個(gè)裝置中，可以大大提高其運(yùn)算速度，減少運(yùn)算時(shí)間，這對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)來說也一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。 本課題研究背景和意義 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(yuǎn)距離輸電線路的不斷增多，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)格的要求。零序電流保護(hù)、距離保護(hù)作為線路保護(hù)的基本組成部分，其工作性能對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著直接和重要的影響。保護(hù)性能改善的一個(gè)重要方面是在確保其動(dòng)作的可靠性和選擇性的條件下，加快保護(hù)的動(dòng)作速度。目前，提高保護(hù)速度面臨的主要問題是距離保護(hù)采用故障后的穩(wěn)態(tài)基頻分量，在實(shí)際故障信號(hào)中包含有大量非基頻噪聲信號(hào)的情況下，保護(hù)動(dòng)作速度越快，基頻分量的濾波精度越差。為了適應(yīng)現(xiàn)代高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，設(shè)計(jì)者們除了在軟件上盡力簡(jiǎn)化算法和提高算法的效率，對(duì)硬件的要求也越來越高。目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)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(duì)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高以及新的保護(hù)算法的不斷出現(xiàn)，這些器件在許多方面，特別是在計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量方面，已不能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的要求。本課題將對(duì)上述問題進(jìn)行探討，從硬件和軟件兩方面對(duì)電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行深入分析，并設(shè)計(jì)一套完整的微機(jī)保護(hù)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(luò)的結(jié)構(gòu)、用電負(fù)荷性質(zhì)和用戶對(duì)供電的要求都發(fā)生了很大的變化，這也對(duì)繼電保護(hù)工作提出了越來越高的要求。對(duì)系統(tǒng)保護(hù)性能和功能需求的不斷提高，也是促使擔(dān)任微機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)裝置，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。王庭森：采用 GPSL621C112 微機(jī)保護(hù)裝置的 110kV 線路二次回路設(shè)計(jì)2 110kV 變電所的一次設(shè)備及其控制 主接線及其選擇電氣主接線是由電氣設(shè)備通過連接線，按其功能要求組成電路，負(fù)責(zé)接收和分配電能，成為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)。用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號(hào)和文字符號(hào)，并且按工作順序排列，詳細(xì)的表示電氣設(shè)備和成套裝置的全部組成和連接關(guān)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(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響運(yùn)行的可靠性、靈活性，并對(duì)電器選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、控制方式和自動(dòng)裝置的擬定都有決定性的關(guān)系。對(duì)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(shè)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(yīng)視電壓等級(jí)和出線回?cái)?shù)，酌情選用。旁路母線的設(shè)置原則：1）采用分段單母線或雙母線的 110kV 配電裝置，當(dāng)斷路器不允許停電檢修時(shí)，一般需設(shè)置旁路母線。因?yàn)?110KV 線路輸送距離長(zhǎng)、功率大，一旦停電影響范圍大，且斷路器檢修時(shí)間較長(zhǎng)（平均每年 5～7 天） ，故設(shè)置旁路母線為宜。當(dāng)有旁路母線時(shí)，