【正文】 保護裝置硬件設(shè)計 本 保護裝置硬件系統(tǒng)總體可為 7 個部分，數(shù)據(jù)濾波采用部分， CPU 主電路，開關(guān)量輸入輸出部分，液晶顯示，按鍵電路，通訊電路，電源電路。000低 頻 減 載 投 / 退有 流 （ I m a x 0 . 3 A )U a b 低 壓 閉 鎖 定 值滑 差 閉 鎖 投 / 退D f / d t 滑 差 定 值F 頻 率 定 值低 頻 動 作 信 號（ 顯 示 遠 傳 ）跳 閘保 護 動 作（ 中 央 信 號 ）閉 鎖 重 合 閘amp。 啟動保護的零序電流定值應(yīng) 躲過相鄰線路 出口處三相短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流，同時啟動電流按逐級配合原則整定，即本線路零序過電流保護的保護范圍不能超出相鄰線路的保護范圍。000H W Jamp。 為避免后加速保護誤動作應(yīng)依據(jù) 10kV線路的實際接線情況，重新對電流保護動作電流進行整定計算，即按躲過線路合閘瞬間出現(xiàn)的最大電流原則整定 3LJ、 4LJ的動作電流。斷路器跳閘后，線路重合閘繼電器 ZCH動作，將斷路器重合。三相一次重合閘是同時對 A， B， C三相合閘，充電時間應(yīng)在 15～ 25s。 2 過負荷保護的算法邏輯分析 過負荷保護的定值和整定范圍如表 2 所示： 表 2 過負荷保護的整定 過負荷保護 過負荷定值 ～ 4In 過負荷時限 0s～ 600s 過負荷壓板 投入或退出 過負荷跳閘投退 投入 （作用于跳閘）或退出（作用于告警） 表 2 中過負荷保護定值范圍從 ～ 4In, 整定步長為 。這樣， 當(dāng)下一段線路始端發(fā)生短路時，保護也會起動。對 A段的電流保護要考慮其本身出問題的時候帶來的影響，這個稱為 1段保護，要考慮 B段對 A的影響，就要設(shè)置 2段保護。 可見當(dāng)彈簧未儲能時，斷路器無法及時合閘。當(dāng)TWJ上并聯(lián)的滅磁二極管被軟擊穿后，相當(dāng)于合閘信號一直加在合閘回路上，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 12 開關(guān)跳開后又通過此回路使斷路器自動合上。頻率下降還會造成發(fā)電機的 電動勢下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低，引發(fā)電壓雪崩現(xiàn)象。 線路運行于低電壓工作狀態(tài) 當(dāng)三相電壓不平衡，無功功率欠補，負載變化，或發(fā)生短路故障時，都會出現(xiàn)某一相的線路工作在低電壓狀態(tài)。三相電壓不平衡會使某一相的線路電壓過高，造成線路過負荷運行。 10kV 線 路接地故障原因分析 造成線路接地故障原因包括： ： 人為外拋物或樹木碰觸導(dǎo)線引起單相接地；線路 絕緣子在陰雨天 等 濕度高的天氣，出現(xiàn)對地閃絡(luò)， 一般雨過后即消失。如何正確有效地判斷、查找、處理配電線路故障，縮短停電時間，及時恢復(fù)供電 就尤為關(guān)鍵。主要介紹線路保護的常見故障并結(jié)合 Simulink對短路故障，低電壓等故障進行了仿真，同時對相應(yīng)的微機繼電保護原理和故障判據(jù)進行了詳細分 析。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等方法也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力，將這些人工智能 方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。 2) 保護裝置網(wǎng)絡(luò)化 繼電保護的作用是要保證全 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著電力系統(tǒng)逐步采用光纖通道 (OPGW)， 20xx年后光纖差動逐步成為線路保護主保護。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第一章 緒論 2 1988年我國開始研究以 32位數(shù)字信號處理器 DSP為基礎(chǔ)的保護、控制、測量 —體化微機裝置，目前已研制成一種功能齊全的 32位大模塊， —個模塊就是 —個小型計算機。微機繼電保護的對象一般包括發(fā)電機，電動機，變壓器和線路。在軟件設(shè) 計方面，研究了輸電線路發(fā)生的各種主要故障，采用 MATLAB 仿真對故障進行了模擬，程序用 C 語言編程方法，按照不同的功能采用模塊化設(shè)計。本文采用微機控制方法設(shè)計了 1 套線路保護裝置，對 10kV線路故障和非正常運行狀態(tài)進行判斷和保護。繼電保護 研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。 繼電保護的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)經(jīng)歷了電磁型保護、晶體管保護、集成電路保護、微機保護四個階段 。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)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則迎刃而解。并且 ABB公司于 1998年前后推出的REx5xx系列數(shù)字式 保護裝置就是具有代表性的全面實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬件平臺設(shè)計的 新一代繼電保護 裝 置。 3) 算法 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī) 劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。 本論文的主要章節(jié)如下： 第一章：緒論。 第 五 章：總結(jié) 與改進 。 2. 線路缺陷造成故障：弧垂過大引起碰線或短路產(chǎn)生電動力引起碰線。即： 0??? CBA III (21) 假設(shè)某三相四線制線路總負荷為 3I ，相線及中性線電阻皆為 R ,則三相平衡時線路功率損耗為： 23bP I R?? (22) 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 7 若三相負載不平衡，假設(shè)某相負荷為 2I ，另兩相分別為 ，則中性線電流為： 2 0 . 5 ( 0 . 5 ( 3 / 2 ) ) 0 . 5 ( 0 . 5 ( 3 / 2 ) ) 1 . 5NI I I j I j I? ? ? ? ? ? ? ? (23) 2 2 2 2 227[ ( 2 ) ( 0 .5 ) ( 0 .5 ) ( 1 .5 ) ] ( )4P I I I I R I R? ? ? ? ? ? ? (24) 與平衡時相比．功率損耗增加了 ，可見三相 負載 不平衡造成線損增大。電網(wǎng)線路中由于大 量非線性設(shè)備的投運，或是電路中的非完全正弦電勢的存在都會產(chǎn)生高次諧波。電力線路運行在低頻狀態(tài)下產(chǎn)生的影響包括： 1)頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大 ,對于額定頻率為 50Hz的電力系統(tǒng)，當(dāng)頻率降低到 45Hz附近時，某些汽輪機的葉片可能因產(chǎn)生共振而斷裂，造成重大事故。這些異常情況主要由以下三方面引起： 1) 控制回路中元件的質(zhì)量問題。例如回路不合理引起控制回路間產(chǎn)生迂回寄生回路，致使跳閘位置繼電器或合閘位置繼電器誤動。 繼電保護的原理與邏輯分析 根據(jù)上文分析的線路故障與異常工作狀態(tài)，線路繼電保護裝置需要設(shè)置如下保護功能。 瞬時電流速斷保護最大的優(yōu)點是動作迅速，但只能保護線路的首端。000電 流 保 護 投 / 退I a 過 電 流 定 值I b 過 電 流 定 值I c 過 電 流 定 值跳 閘過 電 流 跳 閘 信 號（ 顯 示 遠 傳 ）保 護 動 作（ 中 央 信 號 ）圖 213 兩段式電流保護的邏輯框圖 過負荷保護的原理與邏輯分析 1 過負荷保護的原理 線路出現(xiàn)過負荷的原因在上文已經(jīng)分析了，三相負載不平衡、線路過電壓或者過電流都 可以造成線路出現(xiàn)過負荷運行。000 圖 214 過負荷 電流保護的邏輯框圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 15 由于本裝置以三相電流的有效值為計算量，如果輸入電流中有諧波分量，也 會計算在內(nèi)，因此要求電路要有低通濾波器，同時在算法上對于采樣電流值 用全波傅立葉濾除諧波和直流分量，確保計算出的有效值準確。000 圖 215 三相一次重合閘邏輯框圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 16 1 后加速保護的原理 后加速 保護 當(dāng)線路發(fā)生故障后 ，后加速 保護有選擇性地動作切除故障，重合閘進行一次重合后回復(fù)供電。000T f h3 sH W J( 斷 路 器 跳 位 ）后 加 速 保 護 投 / 退I a 后 加 速 保 護 電 流 定 值I b 后 加 速 保 護 電 流 定 值I c 后 加 速 保 護 電 流 定 值跳 閘后 加 速 跳 閘 信 號（ 顯 示 遠 傳 ）保 護 動 作（ 中 央 信 號 ） 圖 217重合閘后加速保護邏輯框圖 3 后加速保護誤動作分析與解決方法 大多數(shù) 10kV線路上的用戶變壓器一次側(cè)，在線路停電后并沒有與線路斷開，線路合閘瞬間，這些變壓器都會出現(xiàn)很大的沖擊性勵磁涌流，數(shù)值可達額定電流的 6～ 8倍。為了就地供應(yīng)無功損耗，可在一次及二次變電站、配電所及配電線路上，分散安裝無功補償裝置，為了考慮廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 18 動態(tài)補償，可安裝 TSC無功補償裝置或 SVC裝置。 1) 當(dāng)系統(tǒng)任一點單相及兩相接地短路時， 3倍零序電壓 (或電流 )的相量和，即 CBA UUUU ???03 , CBA IIII ???03 零序功率為 0 0 0S IU? 。 本保護裝置中， 當(dāng)頻率下降到設(shè)定的頻率點時，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 23 測量當(dāng)前的頻率變化率，頻率 f , abU 等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)決定具體切負荷量，其中低電壓閉鎖定值固定為 60V，滑差閉鎖定值固定為 5Hz/s。0005 sT V 斷 線 投 退有 流 （ 0 . 3 A )U a b 1 8 vU b c 1 8 vU c a 1 8 v│ U a b U b c │ 1 8 v│ U b c U c a │ 1 8 v│ U c a U a b │ 1 8 v母 T V 線 斷 線 告 警（ 顯 示 遠 傳 ）保 護 異 常（ 中 央 信 號 ）≥ 1 圖 239 TV 斷線 告警保護邏輯圖 本章小結(jié) 本章首先分析了輸電線路中的常見故障與異常運行狀態(tài)，并結(jié)合 Matlab simulink 對故障進行了仿真。液晶顯示和按鍵電路主要用于顯示參數(shù)，菜單翻頁，整定數(shù)值等，通訊電路實現(xiàn)與微機監(jiān)控或保護 管理機通信，接口采用 RS485，總體設(shè)計如圖 31 所示： 模 擬 量 輸 入濾 波 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 高 性 能 處 理。 該保護裝置采用無零序電壓的單組 TV斷線判別方法 ， TV斷線告警 的邏輯分析框圖 如圖 239所示： amp。000amp。 零序電流保護的原理與邏輯分析 1 零序電流保護的原理 當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱運行時，就要出現(xiàn)零序電流。當(dāng)電壓低于低電壓定值時，低電壓保護裝置將啟動保護動作。 2 后加速保護的的整定與算法邏輯分析 表 4 后加速保護 的整定 后加速保護 后加速保護壓板 投入或退出 后加速保護電流定值 ～ 20In 后加速保護時限 0s～ 3s 表 4中 后加速保護 時限 整定 范圍 0s～ 3s, 整定步長為 , 后加速保護廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 17 電流整定范圍 ～ 20In, 整定 步長為 。000amp。000過 負 荷 保 護 投 / 退T f h過 負 荷 告 警 信 號（ 顯 示 、 遠 傳 ）保 護 告 警（ 中 央 信 號 ）跳 閘過 負 荷 告 警 信 號（ 顯 示 遠 傳 ）保 護 告 警（ 中 央 信 號 ）過 負 荷 跳 閘 投 / 退amp。電流 Ⅰ 段保護時限范圍從 0s～ 100s，整定步長為 。 瞬時電流速斷保護和定時限過電流保護由電磁式中間繼電器 (作為出口元件 )、電磁式電流繼電器 (作為起動元件 )、電磁式信號繼電器 (作為信號元件 )組成 。 TV的短路和 TA的斷線都是非常嚴重的事故，會嚴重影響電網(wǎng)的正常運行，這種故障一般不 允許發(fā)生，也不便檢測。 2)設(shè)計回路原理上不合理。 控制回路異常 一 個正常的控制回路操作部分應(yīng)包括能滿足雙重化跳閘；跳合閘命令應(yīng)保持足夠長的時間；有防止多次跳躍動作的閉鎖措施；井對跳合閘回路的完好性應(yīng)能隨時監(jiān)視；能實現(xiàn)液壓氣壓低的閉鎖。由于負載在晝夜之間的變化，當(dāng)負荷高峰時產(chǎn)生低電壓運行情況；也有在同一時間線路起點到中點電壓是滿足要求的，但在廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析 9 線路的終端卻出現(xiàn)了低電壓運行 ， 發(fā)電機由于接地短路引起低電壓運 行仿真電路如圖 25所示 : 1 0 k wABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s e B r e a k e rT e r m i n a t o r 2T