【正文】 一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端，它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 第二章 微機繼電保護的理論基礎(chǔ) 微機保護裝置硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成 微機保護裝置是以微處理器為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)、范圍等，并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷的一種安全裝置。其主要功能是采集由被保護設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，并將此信號經(jīng)過適當?shù)念A處理轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量。 ⒋ 人機接口回路 人機接口回路主要包括鍵盤、顯示器、打印接口以及用于干預裝置工作的各種按鈕或開關(guān)等，其主要功能用于人機對話、如調(diào)試、定值調(diào)整、人對機器工作狀態(tài)的干預等。而完成上述分析計算和比較判斷以實現(xiàn)各種繼電保護功能的方法 稱為微機保護算法。抑制模擬量輸入回路的各種誤差所帶來的各種電子噪聲。當 KTs 剛好等于諧波的周期11mfTm? ，或者是11mf 的整倍數(shù)（如 P 倍， P=1， 2， ? ）時，則在 nTst? 及 )( KTsnTst ?? 兩點的采樣值中所含該次諧波成分相等，故兩點采樣值相減后，恰好將該次諧波濾去，剩下基波分量。 2． 加法濾波器 加法濾波器的數(shù)學模型表達式： )()()( Knxnxny ??? 若一正弦波頻率為 f ，在nTst? 和 )( KTsnTst ?? 兩點采樣，若此兩點距離為該正弦波的 1/2 周期，則此正好消除該次諧波。 3． 積分濾波器 積分濾波器數(shù)學模型表達式： ?? ?????????? km m T snT sxKT snT sxTsnT sxTsnT sxnT sxnT sy 0 )()(....)2()()()(即任意時刻 nTs的輸出是由此時刻的采樣值與前 K個采樣值相加而得。該算法假設(shè)輸入信號為一周期性函數(shù)信號，即輸入信號中除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量。半波富立葉算法的濾除效果不如全波算法，它不能濾除直流分量和偶次諧 波。有的保護裝置中采用變動數(shù)據(jù)窗的方法來協(xié)調(diào)響應(yīng)速度和精度的關(guān)系。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 第三章 微機變壓器保護 在微機繼電保護研究領(lǐng)域中，變壓器保護的研究和開發(fā)：一方面，將傳統(tǒng)的保護原理如比率制動和 2次諧波制動原理應(yīng)用于微機變壓器保護，并借助計算機所具有的技術(shù)優(yōu)勢，重點針對保護原理的具體實現(xiàn)技術(shù)進行改進和完善，以提高變壓器保護的總體性能。變壓器在正常運行或外部故障時，電流由電源側(cè)Ⅰ流向負荷側(cè)Ⅱ，在圖 (a) 所示的接線中， TA TA2 的二次電流 I I2會以反方向流過繼電器 KD 的線圈， KD 中的電流等于二次電流 I1和 I2之差，故該回路稱為差回路，整個保護裝置稱為差動保護。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 (a) (b) (c) 圖 變壓器差動保護單線原理圖 微機差動電流的獲取方式： ⑴ 在微機保護中，變壓器各側(cè)的電流信號均作為獨立通道信號送入計算機，通過對各通道電流信號采樣值進行數(shù)字差計算來取得差動電流。 ⑵ 可通過數(shù)字計算進行電流相位調(diào)整。 外部故障和內(nèi)部故障的區(qū)分 具有折線制動特性的差動原理 微機變壓器差動保護通常也是采用分相差動方式。計算過程可先用采樣值計算差動和制動電流的瞬時值，再計算這此電流的基波向量，也可先計算各側(cè)電流的基波向量，再計算差動電流和制動電流。設(shè) ?maxI 是二個繞組電流中模值最大的那個電流向量， ?psI 是另外兩個電流向量之和，則制動電流 rI 可用 ?maxI 和 ?psI 相減后取模值來表示。 定義雙繞組變壓器電流 1I 、 2I 的正方向均為流入變壓器，并令 1I 、 2I 的相角為 ? ， 即： )( 21 ?? ??? II? 差動電流 ： 12dI I I?? 制動電流 ： 12 c o s c o s 0r e sI I I ????當時 0?resI 當 cos? 0 時 當變壓器正?；蛲獠慷搪窌r， 1I? 和 2I 的相角差 ? 有： ?? 9090 ??? ? 則 0cos ?? ， 有制動電流 resI ，有效防止誤動。 S=0.25S=0.25dnII dnIIr e s nII r e s nII00opII 00opII0re s nII 0re s nII750.25750.25 0 0 s ??(a) (b) 圖 標積制動特性 變壓器內(nèi)部繞組短路，如果出現(xiàn) ?? 9090 ??? ? 的相位關(guān)系， 0?resI ，只要 BII n ?/1 和BII n ?/2 ，則保護的制動特性如圖 (b)，折線斜率較小 (s=~)，仍有較高的靈敏度。特別是在電壓為零時刻合閘時，變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵磁電流，稱為勵磁涌流。 2dI — 差流中的二次諧波幅值 。 ⒉ 二次諧波原理的實現(xiàn) 本原理在微機保護中利用富氏算法很很容易實現(xiàn)，下面以全波富氏算法為例： 22d n d n s d n cI I I?? 其中： ? ? ? ?10s inNdnskI x n k n kNN ???? ? ? ?? ? ? ? ?1022c o sNdnckI x n k n kNN ???? ? ? ?? 符號說明： n 為諧波次數(shù)， N 為每周波采用點數(shù)。 以下介紹作者在研制微機間斷角原理變壓器差動保護時的一些解決方法。波寬和間斷角的浮動測量門坎也隨之上升很 快，能較快地跟蹤波寬和間斷角的變化。這種情況下在間斷角前均有一個波寬不大的半波 (反向電流輸出 )，此時間斷角的浮動測量門坎下降較慢，因此實際測得的間斷角仍能恢復至涌流一次波形中的間斷角。這兩種情況的共同特點是間斷角前有一個波寬不大的半波，不會滿足波寬 ?140?W? 的條件，因此比率差 動繼電器不會開放并造成誤動。以上介紹了利用微機實現(xiàn)間斷角原理的變壓器差動保護時的一些技術(shù)措施， 利用波形對稱法來躲過勵磁涌流 ⒈ 工作原理 本文采用一種波形對稱算法，將變壓器在空載合閘時產(chǎn)生的勵磁涌流和故障電流區(qū)分開來。 ⒉ 變壓器 空載合閘時勵磁涌流的分析 假定 1I? 與?180??iI方向相反稱為方向?qū)ΨQ，相同稱為方向不對稱，則方向不對稱的波形不滿足(335)式。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 23 頁 圖 勵磁涌流圖解 如忽略回路中的電阻，變壓器投人后的暫態(tài)過程可下式表示： ? ??? ??? tUdtdm sin (336) 由上式可得涌流 I 的算式如下： ? ?LWSBI s??? (337) 經(jīng)推導得： ? ?? ??? ??? tAXUI x c os2 (338) 式中 ? ? mrs BBBA /c o s ??? ? ； LX ?? ； mB 為 變 壓 器 磁 通 密 度 最 大 值 ，? ?WSUB xm ?/2? ； sB 為飽和磁通密度； xU 二為空投前系統(tǒng)電壓， ? ?Tmx UUU 2/? ； rB 為剩余磁通密度。 ⑵ 三相變壓器 空載合閘的勵磁涌流 電力變壓器一般都是三相變壓器，多采用 Y△接線，因而差動保護用的電流互感器相應(yīng)也有 Y?? 接線，如圖 所示。現(xiàn)對這兩種類型涌流分析其特征。 a 相電壓的正半波和 b 相電壓的負半波時間上相差 ?60 ，由它們產(chǎn)生的涌流便是兩個波峰相差 ?60 但方向相反的單相涌流之差。 b相和 c 相涌流方向相同。從單相涌流的分析中已知其最大波寬為 ?240 ，兩頭的小波形最大可能寬度為 ?120 。為分析方便起見，將波形分成兩段，前 ?180 為 1I ，后 ?180 為 2I ，將 2I 移至 1I 的正下方，見圖 。 第 4 段 4T ： ?? 180~150 ， ?30 內(nèi) 1I 有數(shù)值， 2I 為間斷角，完全不對稱。文中用的兩個特例條件是在大量的涌流分析結(jié)果中選出的最不利的情況。利用這個特點，設(shè)定恰當采樣頻率和計算門坎，用差電流導數(shù)的前半波和后半波作對稱比較，就可以區(qū)別勵磁涌流和故障電流。 經(jīng)過大量的實驗證實，對勵磁涌流，符合對稱條件的角度范圍最多 ?60 ，另 ?120 內(nèi)不對稱 。但該差動保護存在一些問題，主要有 : 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 28 頁 ⑴ 采用無功就地自動補償措施的變壓器，往往在低壓側(cè)裝有定容量的電力電容器組，在低壓側(cè)出口差動范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時，電容的反饋電流將流向故障點，該反饋電流作為差流的一部分對差動保護有影響，可能使二次諧波制動的差動保護延時動作。 ,而間斷角差動保護中的涌流閉鎖判據(jù)仍取間斷角 ?65?d? 。若門坎取得太小 ,則涌流間斷角處的電流幅值很小 ,這就需要微機保護中的模數(shù)變換回路具有很高的轉(zhuǎn)換精度 。 變壓器差動電流的 3 種典型波形 ,如圖 所示。在變壓器內(nèi)部故障時，以下情況下均可能出現(xiàn)二次諧波電流： ① 電流互感器 CT 的飽和。現(xiàn)代變壓器由于制造技術(shù)和材料的改進，飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在 1. 2 到 1. 3，甚至低至 1. 15，在此情況下，涌流的最小二次諧波可能低至 7%。而二次諧波原理的變壓器差動保護必須等到二次諧波含量衰減到整定值以下才能動作，因此保護跳閘時間較慢 (大于 200 ms)。 ⒊ 波形對稱原理 相比上述兩種原理，波形對稱原理實現(xiàn)的變壓器保護有以下特點： （ 1）變壓器空載合閘至內(nèi)部故障或外部故障切除轉(zhuǎn)化為內(nèi)部故障，保護能夠瞬時動作。波形對稱原理很容易解決這一問題。 總之，選擇各種保護時要根據(jù)實際的系統(tǒng)運行狀態(tài)和負荷要求選用，做到因地制宜。主保護包括高靈敏度的工頻變化量比率差動、穩(wěn)態(tài)比率差動、差動速斷、零序比率差動和過激磁保護 ,后備保護配置靈活、完善 ,其跳閘出口采用整定方式。 32 位 CPU進行保護的邏輯運算及出口跳閘，同時完成事件記錄、錄波、打印、保護部分的后臺通訊及與人機 CPU的通訊。硬件自檢內(nèi)容包括 RAM、 E2PROM、跳閘出口三極管等。只有在管理板相應(yīng)的起動元件動作，同時 CPU 板對應(yīng)的保護元件動作后才能跳閘出口；否則無法跳閘。 工頻變化量差流起動： d thdtd III ???? 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 33 頁 md IIII??? ???????? ...21 工頻變化量差流起動元件不受負荷電流影響，靈敏度很高，起動定值由裝置內(nèi)部設(shè)定。 零序電流起動： 當零序電流大于整定值時動作。等等 變壓器差動各側(cè)電流相位差補償和平衡 變壓器兩側(cè)額定電壓不同，裝設(shè)在兩側(cè)的電流互感器型號就不同，致使它們的飽和特性和勵磁電流也不相同。即變壓器各側(cè) TA二次電流相位由軟件自調(diào)整 ,各側(cè)電流平衡系數(shù)調(diào)整范圍可達 16倍。 RCS978穩(wěn)態(tài)比率縱差差動保護設(shè)置兩個按相判別的特性，一個為比率制動特性可調(diào)的靈敏的三折線特性，另一個有固定特性的高值高比率特性。采用差電流五次諧波進行過激磁閉鎖。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 為避免區(qū)內(nèi)故障時 TA飽和延緩或誤閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動 ,裝置設(shè)有一高比率、高啟動定值的比率差動保護 ,只經(jīng)過差電流二次諧波涌流判據(jù)閉鎖 ,利用其本身的制動特性抗區(qū)外故障時的 TA飽和 ,而在區(qū)內(nèi)故障 TA飽和時能夠快速動作。它利用其比率制動特性抗區(qū)外故障時 TA 的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和，而在區(qū)內(nèi)故障 TA 飽和時能可靠正確動作。 當過激磁倍數(shù)大于 ,解除五次諧波閉鎖。 ⒉ 利用波形畸變識別勵磁涌流 故障時，差流基本上是工頻正