【正文】 一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端，它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)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(hù)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(fù)雜的非線性問(wèn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 第二章 微機(jī)繼電保護(hù)的理論基礎(chǔ) 微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成 微機(jī)保護(hù)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(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來(lái)檢測(cè)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(bào)警等判斷的一種安全裝置。其主要功能是采集由被保護(hù)設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號(hào)，并將此信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量。 ⒋ 人機(jī)接口回路 人機(jī)接口回路主要包括鍵盤、顯示器、打印接口以及用于干預(yù)裝置工作的各種按鈕或開(kāi)關(guān)等，其主要功能用于人機(jī)對(duì)話、如調(diào)試、定值調(diào)整、人對(duì)機(jī)器工作狀態(tài)的干預(yù)等。而完成上述分析計(jì)算和比較判斷以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法 稱為微機(jī)保護(hù)算法。抑制模擬量輸入回路的各種誤差所帶來(lái)的各種電子噪聲。當(dāng) 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(shí)，則在 nTst? 及 )( KTsnTst ?? 兩點(diǎn)的采樣值中所含該次諧波成分相等，故兩點(diǎn)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(xué)模型表達(dá)式： )()()( Knxnxny ??? 若一正弦波頻率為 f ，在nTst? 和 )( KTsnTst ?? 兩點(diǎn)采樣，若此兩點(diǎn)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(xué)模型表達(dá)式： ?? ?????????? km m T snT sxKT snT sxTsnT sxTsnT sxnT sxnT sy 0 )()(....)2()()()(即任意時(shí)刻 nTs的輸出是由此時(shí)刻的采樣值與前 K個(gè)采樣值相加而得。該算法假設(shè)輸入信號(hào)為一周期性函數(shù)信號(hào)，即輸入信號(hào)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(hù)裝置中采用變動(dòng)數(shù)據(jù)窗的方法來(lái)協(xié)調(diào)響應(yīng)速度和精度的關(guān)系。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 第三章 微機(jī)變壓器保護(hù) 在微機(jī)繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中，變壓器保護(hù)的研究和開(kāi)發(fā)：一方面，將傳統(tǒng)的保護(hù)原理如比率制動(dòng)和 2次諧波制動(dòng)原理應(yīng)用于微機(jī)變壓器保護(hù)，并借助計(jì)算機(jī)所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)針對(duì)保護(hù)原理的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以提高變壓器保護(hù)的總體性能。變壓器在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，電流由電源側(cè)Ⅰ流向負(fù)荷側(cè)Ⅱ，在圖 (a) 所示的接線中， TA TA2 的二次電流 I I2會(huì)以反方向流過(guò)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(gè)保護(hù)裝置稱為差動(dòng)保護(hù)。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 16 頁(yè) (a) (b) (c) 圖 變壓器差動(dòng)保護(hù)單線原理圖 微機(jī)差動(dòng)電流的獲取方式： ⑴ 在微機(jī)保護(hù)中，變壓器各側(cè)的電流信號(hào)均作為獨(dú)立通道信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，通過(guò)對(duì)各通道電流信號(hào)采樣值進(jìn)行數(shù)字差計(jì)算來(lái)取得差動(dòng)電流。 ⑵ 可通過(guò)數(shù)字計(jì)算進(jìn)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(dòng)特性的差動(dòng)原理 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)通常也是采用分相差動(dòng)方式。計(jì)算過(guò)程可先用采樣值計(jì)算差動(dòng)和制動(dòng)電流的瞬時(shí)值，再計(jì)算這此電流的基波向量，也可先計(jì)算各側(cè)電流的基波向量，再計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流。設(shè) ?maxI 是二個(gè)繞組電流中模值最大的那個(gè)電流向量， ?psI 是另外兩個(gè)電流向量之和，則制動(dòng)電流 rI 可用 ?maxI 和 ?psI 相減后取模值來(lái)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(dòng)電流 ： 12dI I I?? 制動(dòng)電流 ： 12 c o s c o s 0r e sI I I ????當(dāng)時(shí) 0?resI 當(dāng) cos? 0 時(shí) 當(dāng)變壓器正?；蛲獠慷搪窌r(shí)， 1I? 和 2I 的相角差 ? 有： ?? 9090 ??? ? 則 0cos ?? ， 有制動(dòng)電流 resI ，有效防止誤動(dòng)。 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(biāo)積制動(dòng)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(hù)的制動(dòng)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(shí)刻合閘時(shí)，變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵(lì)磁電流，稱為勵(lì)磁涌流。 2dI — 差流中的二次諧波幅值 。 ⒉ 二次諧波原理的實(shí)現(xiàn) 本原理在微機(jī)保護(hù)中利用富氏算法很很容易實(shí)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(hào)說(shuō)明： n 為諧波次數(shù)， N 為每周波采用點(diǎn)數(shù)。 以下介紹作者在研制微機(jī)間斷角原理變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)的一些解決方法。波寬和間斷角的浮動(dòng)測(cè)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(gè)波寬不大的半波 (反向電流輸出 )，此時(shí)間斷角的浮動(dòng)測(cè)量門坎下降較慢，因此實(shí)際測(cè)得的間斷角仍能恢復(fù)至涌流一次波形中的間斷角。這兩種情況的共同特點(diǎn)是間斷角前有一個(gè)波寬不大的半波，不會(huì)滿足波寬 ?140?W? 的條件，因此比率差 動(dòng)繼電器不會(huì)開(kāi)放并造成誤動(dòng)。以上介紹了利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)間斷角原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)的一些技術(shù)措施， 利用波形對(duì)稱法來(lái)躲過(guò)勵(lì)磁涌流 ⒈ 工作原理 本文采用一種波形對(duì)稱算法，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分開(kāi)來(lái)。 ⒉ 變壓器 空載合閘時(shí)勵(lì)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(duì)稱，則方向不對(duì)稱的波形不滿足(335)式。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 23 頁(yè) 圖 勵(lì)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(guò)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(dǎo)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(lì)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(dòng)保護(hù)用的電流互感器相應(yīng)也有 Y?? 接線，如圖 所示?，F(xiàn)對(duì)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(fù)半波時(shí)間上相差 ?60 ，由它們產(chǎn)生的涌流便是兩個(gè)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(jiàn)，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(jiàn)圖 。 第 4 段 4T ： ?? 180~150 ， ?30 內(nèi) 1I 有數(shù)值， 2I 為間斷角，完全不對(duì)稱。文中用的兩個(gè)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(gè)特點(diǎn)，設(shè)定恰當(dāng)采樣頻率和計(jì)算門坎，用差電流導(dǎo)數(shù)的前半波和后半波作對(duì)稱比較，就可以區(qū)別勵(lì)磁涌流和故障電流。 經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)勵(lì)磁涌流，符合對(duì)稱條件的角度范圍最多 ?60 ，另 ?120 內(nèi)不對(duì)稱 。但該差動(dòng)保護(hù)存在一些問(wèn)題，主要有 : 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 28 頁(yè) ⑴ 采用無(wú)功就地自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，電容的反饋電流將流向故障點(diǎn)，該反饋電流作為差流的一部分對(duì)差動(dòng)保護(hù)有影響，可能使二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。 ,而間斷角差動(dòng)保護(hù)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(jī)保護(hù)中的模數(shù)變換回路具有很高的轉(zhuǎn)換精度 。 變壓器差動(dòng)電流的 3 種典型波形 ,如圖 所示。在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，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?，F(xiàn)代變壓器由于制造技術(shù)和材料的改進(jìn)，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(dòng)保護(hù)必須等到二次諧波含量衰減到整定值以下才能動(dòng)作，因此保護(hù)跳閘時(shí)間較慢 (大于 200 ms)。 ⒊ 波形對(duì)稱原理 相比上述兩種原理，波形對(duì)稱原理實(shí)現(xiàn)的變壓器保護(hù)有以下特點(diǎn)： （ 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(hù)能夠瞬時(shí)動(dòng)作。波形對(duì)稱原理很容易解決這一問(wèn)題。 總之，選擇各種保護(hù)時(shí)要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷要求選用，做到因地制宜。主保護(hù)包括高靈敏度的工頻變化量比率差動(dòng)、穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)、差動(dòng)速斷、零序比率差動(dòng)和過(guò)激磁保護(hù) ,后備保護(hù)配置靈活、完善 ,其跳閘出口采用整定方式。 32 位 CPU進(jìn)行保護(hù)的邏輯運(yùn)算及出口跳閘，同時(shí)完成事件記錄、錄波、打印、保護(hù)部分的后臺(tái)通訊及與人機(jī) 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(dòng)元件動(dòng)作，同時(shí) CPU 板對(duì)應(yīng)的保護(hù)元件動(dòng)作后才能跳閘出口；否則無(wú)法跳閘。 工頻變化量差流起動(dòng)： d thdtd III ???? 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 33 頁(yè) md IIII??? ???????? ...21 工頻變化量差流起動(dòng)元件不受負(fù)荷電流影響，靈敏度很高，起動(dòng)定值由裝置內(nèi)部設(shè)定。 零序電流起動(dòng)： 當(dāng)零序電流大于整定值時(shí)動(dòng)作。等等 變壓器差動(dòng)各側(cè)電流相位差補(bǔ)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(hào)就不同，致使它們的飽和特性和勵(lì)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(dá) 16倍。 RCS978穩(wěn)態(tài)比率縱差差動(dòng)保護(hù)設(shè)置兩個(gè)按相判別的特性，一個(gè)為比率制動(dòng)特性可調(diào)的靈敏的三折線特性，另一個(gè)有固定特性的高值高比率特性。采用差電流五次諧波進(jìn)行過(guò)激磁閉鎖。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 35 頁(yè) 為避免區(qū)內(nèi)故障時(shí) TA飽和延緩或誤閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng) ,裝置設(shè)有一高比率、高啟動(dòng)定值的比率差動(dòng)保護(hù) ,只經(jīng)過(guò)差電流二次諧波涌流判據(jù)閉鎖 ,利用其本身的制動(dòng)特性抗區(qū)外故障時(shí)的 TA飽和 ,而在區(qū)內(nèi)故障 TA飽和時(shí)能夠快速動(dòng)作。它利用其比率制動(dòng)特性抗區(qū)外故障時(shí) TA 的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和，而在區(qū)內(nèi)故障 TA 飽和時(shí)能可靠正確動(dòng)作。 當(dāng)過(guò)激磁倍數(shù)大于 ,解除五次諧波閉鎖。 ⒉ 利用波形畸變識(shí)別勵(lì)磁涌流 故障時(shí)，差流基本上是工頻正