【正文】 90年代開始我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù) 進(jìn)入 微機(jī)保護(hù)時(shí)代。繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng) 中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。 這套線路保護(hù)裝置采用 ATmega128 芯片作為控制核心，硬件電路主要包括芯片外圍電路，模擬信號(hào)處理和采樣電路，開關(guān)量輸入輸出電路，電源電路和 RS485 通信電路等?？紤]到戶外復(fù)雜的電磁環(huán)境，在硬件電路中還進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，本文詳細(xì)闡述各部分電路的組成和功能。近年來隨著微型計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算速度不斷加快，可靠性也大為提高，微機(jī)繼電保護(hù)被廣泛使用。微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)的 各個(gè)方面及各種電壓等級(jí)上均有較大的發(fā)展，如線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 1994年推出 LFP90 WXH15高頻方向原理技術(shù)，逐漸運(yùn)行成熟，線路保護(hù)主保護(hù)采用高頻方向、高頻距離原理為主，高頻相差原理逐漸推出。 1) 微機(jī)控制化 電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了對(duì)保護(hù)的基本功能要求外，還要求具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強(qiáng)大的通信能力與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語(yǔ)言編程例如 C語(yǔ)言編程等。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而可能造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。 第二章：線路故障與微機(jī)保護(hù)原理分析。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 線路保護(hù)的原理分析 5 第二章 線路保護(hù)的原理分析 1 0 kV 電網(wǎng)線路涉及面廣，是重要的公用基礎(chǔ)設(shè)施。 4. 跌落式熔斷器、隔離開關(guān)弧光短路故障：跌落式熔斷器熔斷件熔斷引起 熔管爆炸或拉弧引起相間弧光短路；線路老化或過載引起隔離開關(guān)線夾損壞造成相間短路。功率損耗為 : ? ?2 23 2 1 8I R I R?? (25) 2) 線路電壓過高引起線路過負(fù)載。 負(fù)載在非正弦電壓作用下電網(wǎng)中由于大量非線性設(shè)備的投運(yùn)，或是電路中的非完全正弦電勢(shì)的存在都會(huì)產(chǎn)生高次諧波，使得總電流有效值比基波電流值大得多，從而導(dǎo)致 線路的過負(fù)荷運(yùn)行。 3)電力系統(tǒng)頻率下降使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的無功消耗增加，從而使系統(tǒng)電壓下降。這些機(jī)械觸點(diǎn)式電磁繼電器經(jīng)檢驗(yàn)調(diào)整后幾乎不會(huì)出現(xiàn)故障，但這些電磁繼電器線圈上都并聯(lián)有消除線圈反電勢(shì)的滅磁二極管。 斷路器 彈簧未儲(chǔ)能 彈簧在任意伸長(zhǎng)為 x 時(shí)的彈性勢(shì)能為 ： 212PE kx? (27) 在 斷路器合閘之前，首先通過儲(chǔ)能電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，再將動(dòng)能通過壓縮彈簧的形式儲(chǔ)存在彈簧里，當(dāng)合閘命令到達(dá)時(shí)，通過一系列的機(jī)構(gòu)釋放彈簧里的能量使斷路器合閘。在主線上由于變壓器將主線分為了 A， B， C，三段。因此 ,它的保護(hù)范圍就必然會(huì)延伸到下一段線路的始端去。研究證明過負(fù)荷產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，在這一加熱過程中溫度按指數(shù)時(shí)間常數(shù)上升。重合閘裝置在動(dòng)作后，均應(yīng)能夠自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好下一次再動(dòng)作，但動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的設(shè)定。 若線路故障發(fā)生在過電流保護(hù)范圍內(nèi)，電流繼電器 3LJ、 4LJ動(dòng)作接點(diǎn)閉合，起動(dòng)時(shí)間繼電器 2SJ，經(jīng)過整定時(shí)間后 2SJ1閉合，有選擇地使斷路器跳閘切除故障。此外， 10kV線路停電后，接于其上的變壓器二次側(cè) 負(fù)荷未全部斷開，線路合閘瞬間，這部分負(fù)荷電流迭加在變壓器勵(lì)磁涌流上，也增加了重合閘后加速保護(hù)誤動(dòng)作的可能性。000amp。 三相電源單相 短路 故障電路如圖 234所示： ABCABCX / R = 1 0ABCT h r e e P h a s e F a u l t 4ABCabcT h r e e P h a s eV I M e a s u r e m e n tA B CT h r e e P h a s eS e r i e s R L C L o a d 1S co p e 4S co p e 3S co p e 2S co p eI a b cF r o m 1V a b cF r o mNABC5 0 0 k VabcM agPh as e3 P h a s eS e q u e n ce A n a l yze r 1abcM agPh as e3 P h a s eS e q u e n ce A n a l yze r 圖 234 單相接地故障電路 故障點(diǎn)零序電流 和電壓 如圖 235所示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 線路保護(hù)的原理分析 22 圖 235 零序電流 和電壓 波形圖 本裝置采用的是零序 過 電流保護(hù)，當(dāng) 3倍零序電流大于零序電流保護(hù)定值時(shí)， 通過算法判斷是否啟動(dòng)告警或是跳閘 。000≥ 1amp。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 10kV 線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 25 第三章 10kV 線路 微機(jī) 繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)第二章所闡述的各種故障以及相應(yīng)的判據(jù)，本裝置采用高性價(jià)比的ATmaga128 作為處理器進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)濾波采集部分將輸入的電壓電流模擬信號(hào)，經(jīng)過低通濾波和采樣保持，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)行故障判斷和分析。000圖 237低頻減載保護(hù)邏輯圖 控制回路異常告警 控制回路異常告警用于采集斷路器的跳位和合位，當(dāng)控制電源正常，斷路器位置輔助觸點(diǎn)正常時(shí)，跳位或合位這兩個(gè)開入量 中，必有且只能有一個(gè)開入，否則經(jīng) 2s 延時(shí)報(bào)控制回路異常告警信號(hào)，同時(shí)重合閘放電，但不閉鎖保護(hù)。 2 零序電流保護(hù)的 整定與 邏輯分析 表 6 零序電流保護(hù)的整定 零序電流保護(hù) 零序電流定值 ～ 12A 零序電流時(shí)限 0s～ 100s 零序電流壓板 投入或退出 零序電流跳閘投退 投入（作用于跳閘）或退出（作用于告警） 零序電流保護(hù)的邏輯分析框圖如圖 236所示： amp。000T d y低 電 壓 保 護(hù) 投 / 退P T 斷 線U a b 低 電 壓 定 值U b c 低 電 壓 定 值U c a 低 電 壓 定 值跳 閘低 電 壓 跳 閘 信 號(hào)（ 顯 示 遠(yuǎn) 傳 ）保 護(hù) 動(dòng) 作（ 中 央 信 號(hào) ）圖 233 低電壓保護(hù)邏輯分析圖 低電壓保護(hù)的接線反應(yīng)了對(duì)稱的電壓降低，但在電壓互感器 回路斷線時(shí)，低電壓保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。 從以上分析還看到，隨著系統(tǒng)容量的增加，供電范圍的擴(kuò)大，線路上用戶變壓器的增多，電網(wǎng)參數(shù)的改變，應(yīng)當(dāng)適時(shí)調(diào)整保護(hù)定值，以避免各種線路保護(hù)可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。同時(shí)， ZCH起動(dòng)加速繼電器 JSJ，其延時(shí)常開接點(diǎn) JSJ1閉合，為后加速保護(hù)的動(dòng)作 做 好準(zhǔn)備。 2 三相一次重合閘的整定與算法邏輯分析 表 3 三相一次重合閘的整定 Identification of three—phase one shot recloser 三相 一次重合閘 重合閘壓板 投入或退出 重合閘時(shí)限 ～ 10s 表 3中三相一次重合閘的保護(hù)時(shí)限范圍從 ～ 10s, 整定步長(zhǎng)為 。保護(hù)時(shí)限范圍從 0s～ 600s，整定步長(zhǎng)為 。為了保證選擇性的要求，須使其動(dòng)作時(shí)限比下一段線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)大 1個(gè)時(shí)限級(jí)差，其動(dòng)作電流也要比下一段線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流大一些。第 1段為主保護(hù)段，第 2段為后備保護(hù)段。 電壓互感器 TV 斷線 當(dāng)配電網(wǎng)的母線電壓超過 3 kV時(shí)，必須使用電壓互感器 (TV)和電流互感器 (TA)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能參數(shù)的檢測(cè) 。同理若 HWJ上的滅磁二板管軟擊穿就會(huì)發(fā)生斷路器合上后自動(dòng)跳開的現(xiàn)象。 4)電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能，頻率過低時(shí)有些設(shè)備甚至無法工作。當(dāng)電壓下降到額定電壓的 65%～70%時(shí)，無功靜態(tài)穩(wěn)定破壞，將發(fā)生電壓崩潰，造成大面積停電事故。三相電量的不平衡度通常以負(fù)序分量與正序分 量的百分比 21AA %表示。 ：線路隔離開關(guān)、跌落式熔斷器因絕緣老化擊穿 引起；線路避雷器爆炸引起；由于線路絕緣子老化或存在缺陷擊穿引起 10kV線路異常工作狀態(tài)分析與仿真 非正弦電壓、不對(duì)稱電壓、高頻諧波等因素會(huì)使電能質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，同時(shí)也是線路過負(fù)荷的原因。 10kV線路故障分類及其原因分析 10kV 線路常見故障分類 一般來說， 10kV線路常見故障包括： 1 短路故障：短路故障分為 2類：第 1類是線路瞬時(shí)性短路故障（斷路器 重合閘成功）； 第 2類是線路永久性短路故障（斷路器重合閘不成功）。 第三章： 10kV微機(jī)線路保護(hù)的硬件電路設(shè)計(jì)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第一章 緒論 4 4) 功能 一體化 繼電保護(hù)技術(shù)在計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的條件下，繼電保護(hù)裝置實(shí)際上就成為一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，可以從網(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)，也可以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)控制中心和任一終端。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件 是 微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。由于光纖通道抗干擾能力強(qiáng)，解決了高頻相差、高頻距離、高頻方向很難解決的系統(tǒng)振蕩、高阻接地、選相、復(fù)故障等問題，光纖 電流差動(dòng)保護(hù)成為主保護(hù)主流。采用 32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁?A／ D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過 16位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；關(guān)鍵是 32位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度。 線路是電力系統(tǒng)重要的組成部分，但是由于線路容易受到周圍環(huán)境以及自然災(zāi)害的影響下，其發(fā)生故障的可能性很大。 在通信設(shè)計(jì)方面，本文闡述了保護(hù)裝置所采用的 RS485 通信電路和Modbus 通信規(guī)約。電力系統(tǒng)對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，而快速準(zhǔn)確地切除線路故障是保證電網(wǎng)安全的關(guān)鍵。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目 錄 III 目錄 摘要 ..........................................................................................................................I 目錄 ........................................................................................................................III 第一章 緒論 ...........................................................................................................1 論文選題的背景及意義 ..............................................................................1 繼電保護(hù)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 .........................................................................1 線路保護(hù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................................2 現(xiàn)代繼電保護(hù)裝置的發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................3 本論文的主要內(nèi)容和章節(jié) ..........................................................................4 第二章 線路保護(hù)的原理分析 .............................................................................5 10KV 線路故障分類及其原因分析 .............................................................5 10kV 線路常見故障分類 .....................................................................5 10kV 線路短路