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基于虛擬儀器的變壓器保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2024-11-16 01:24本頁面
  

【正文】 LabVIEW 的組成 LabVIEW 提供了 3 大類操作選板,即控件模板、控制模板和工具模板 ,這些選板集中反映了該軟件的功能與特征。擴(kuò)展了 LABVIEW 的使用范圍 據(jù)統(tǒng)計(jì),使用 LabVIEW 設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng),一般可以比純文本編程語言減少 25%~80%的開發(fā)時(shí)間,效率提高 4~10 倍。 ( 6)支持多種系統(tǒng)平臺(tái) :LABVIEW 支持多種系統(tǒng)平臺(tái),在Windows98/20/XP、 Power Macintosh、 Linux 等系統(tǒng)平臺(tái)上, NI 公司都提供了相應(yīng)版本的軟件,并且平臺(tái)之間開發(fā)的應(yīng)用程序可直接進(jìn)行移值。 ( 5)面向?qū)ο蟮木幊陶Z言: LABVIEW 又是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言 —G語言,程序代碼是框圖的形式。 ( 4) 靈活的程序調(diào)試手段 :用戶可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn),單步執(zhí)行源碼,在源代碼的數(shù)據(jù)流 上設(shè)置探針,在程序運(yùn)行中觀察數(shù)據(jù)流的變化。這樣, LABVIEW 中程序的執(zhí)行次序是由被連接的功能節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流控制的,而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言 (如 C 語言 )中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)LABVIEW 中被并行機(jī)制所代替,從本質(zhì)上講,它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式。從基本的功能函數(shù)到高級(jí)分析庫 ,幾乎涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中所需要的全部函數(shù)。也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。所以它易學(xué)易用,特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和 使用。 LabVIEW 的特點(diǎn) ( 1) 圖形化的編程語言 : LABVIEW 與其它計(jì)算機(jī)語言相比,有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn) :其它計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行,而LABVIEW 采用圖形化編程語言 —G 語言,產(chǎn)生的程序是框圖的形式,它采用 “所見即所得 ”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面,還提供了面板上所必需的許多顯示和控制對(duì)象,如旋鈕、表頭、圖表等。因此,即使沒有太多的編程經(jīng)驗(yàn),初學(xué)者也可很快的學(xué)會(huì) LabVIEW 編程。它與 C 語言、 BASIC 語言等 傳統(tǒng)編程語言有著諸多相似之處,如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具,以及模塊化的編程特點(diǎn)等。在由 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境下編寫的代碼就是 G 語言代碼。 LabVIEW 是又被稱為 G 語言, G 語言是圖形化編程語言( Graphical Programing Language)的縮寫。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。自 1986 年 版本問世至今已經(jīng)升級(jí)到 版本。此外,距離 Ⅰ 段的保護(hù)范圍不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響,其他 兩段受到的影響也比較小,因此,保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。在 220kV 及以上電壓的網(wǎng)絡(luò)中,有時(shí)候不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行的要求,因而,不能作為主保護(hù)來用。 本章小 結(jié) ,它可以再多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保證動(dòng)作的選擇性。常規(guī)保護(hù)引入第三相電壓構(gòu)成 RLC 串聯(lián)諧振回路,使故障時(shí)保持故障前相位;微機(jī)保護(hù)直接讀取故障前數(shù)據(jù)。通常引入正序元件,負(fù)、零序電流或電流增量元件及采用短時(shí)開放來監(jiān)視靜穩(wěn)破壞。 當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí),振蕩中心的電壓降低、電流升高;那么處于振蕩中心的阻抗 繼電器因感受到的測(cè)量阻抗降低,所以也必須采取振蕩閉鎖措施,當(dāng)發(fā)生振蕩時(shí)閉鎖保護(hù)。通常采用電壓互感器二次電壓與開口三角電壓比較實(shí)現(xiàn)。min Zf min ,因此,距離保護(hù)較電流、電壓保護(hù)具有較高的靈敏度。 ,但它只能保護(hù)線路全長的 80%~ 85%,因此,兩端合起來就使得在 30%~ 40%的線路長度內(nèi)的故障,不能從兩端瞬時(shí)切除,在一端須經(jīng) 的延時(shí)才能切除。 所以說,正真構(gòu)成一套距離保護(hù)至少包含以下幾個(gè)部分:啟動(dòng)元件、阻抗測(cè)量元件、電壓閉鎖元件、振蕩閉鎖元件、邏輯回路。 在正方出口短路時(shí)可能拒動(dòng),反方向出口短路時(shí)可能誤動(dòng);通常采用使極化電壓帶 “記憶 ”來實(shí)現(xiàn)。并遵循振蕩不消失,閉鎖不解除的原則。微機(jī)保護(hù)采用軟件算法實(shí)現(xiàn)。 ( 216) 距離保護(hù)應(yīng)用中的相關(guān)輔助措施 測(cè)量阻抗 IUZ JJJ ? ,那么當(dāng)因某種原因電壓斷線時(shí),阻抗繼電器將會(huì)誤動(dòng)作,故必須采取電壓斷線閉鎖措施,當(dāng)發(fā)生電壓斷線時(shí)閉鎖保護(hù)。 = IUffmin當(dāng)校驗(yàn)靈敏系數(shù)不能滿足要求是,應(yīng)進(jìn)一步延伸保護(hù)范圍,使之與下一條線路的距離 Ⅱ 段相配合,時(shí)限整定為 1~ ,考慮原則與限時(shí)電流速斷保護(hù)相同。 ( 3)校驗(yàn)距離 Ⅱ 段在本線路末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)。 2 ( 2)躲開線路末端變電所變壓器低壓側(cè)出口處 短路時(shí)的阻抗值,設(shè)變壓器的阻抗為 Zb ,則起動(dòng)阻抗應(yīng)整定為 Zdz39。 1 2 2. 距離保護(hù)第 Ⅱ 段的整定 按以下兩點(diǎn)原則來確定: ( 1)與相鄰線路距離保護(hù)第 Ⅰ 段相配合,并考慮分支系數(shù) K 的影響,可以采用下式進(jìn)行計(jì)算 Zdz39。 距離保護(hù)的整定計(jì)算原則 在距離保護(hù)的整定計(jì)算中,假定保護(hù)裝置具有階段是的時(shí)限特性,并認(rèn)為保護(hù)具有方向性,其原則如下 [ 1] 。當(dāng) AB 相間短路時(shí), UAB =0,記憶回路發(fā)揮作用。 正常運(yùn)行時(shí), UAB 較大, RS 又很大。這就相當(dāng)于把原先的電壓記憶下來,故稱為 “ 記憶回路 ” 。因?yàn)?wL=1/wc,電路呈純阻性,所以當(dāng)出口短路時(shí), UJ=0。此時(shí),任何具有方向性的繼電器將因加入的電壓為零而不動(dòng)作,從而出現(xiàn)保護(hù)裝置的 “ 死區(qū) ” 。 死區(qū)及消除死區(qū)的方法 當(dāng)在保護(hù)安裝點(diǎn)正方向發(fā)生相間短路時(shí),故障環(huán)路的殘余電壓將降低到零。這就是為什么要有三個(gè)阻抗繼電器并分別接于不同相間的原因。 由此可見,在 AB 兩相短路的情況下,只有 J 能準(zhǔn)確的測(cè)量短路阻抗而動(dòng)作。 Ic Ib Ia L A B C Z 22 三相短路時(shí)測(cè)量阻抗的分析 如下圖所示, 設(shè) AB 間短路為例,則故障環(huán)路的電壓 UAB 為 UAB =UA —UB =IA Z1 l —IB Z1 l =(IA —IB )Z1 l ( 29) 因此,繼電器 J 的測(cè)量阻抗為 ZJ1 =IIU BA AB?=Z1 l ( 210) 和三相短路時(shí)的測(cè)量阻抗相同,因此, J1 能動(dòng)作。 相間短路阻抗繼電器的 “0”接線方式 三相短路時(shí)三相是對(duì)稱的,三個(gè)繼電器 J1 ~ J2 的工作情況完全相同,因此,可以為例分析之。 ,也就是保護(hù)范圍不遂故障類型的變化而變化。主要有: ① .短路點(diǎn)的過渡電阻; ② .電力系統(tǒng)振蕩; ③ .保護(hù)安裝處與故障點(diǎn)之間有分支電路; ④ . CT,PT 的誤差; ⑤ . PT 二次回路斷線; ⑥ .串連補(bǔ)償電容。 ( 3)起動(dòng)阻抗 :它表示當(dāng)繼電器剛好動(dòng)作時(shí),加入繼電器的電壓 UJ 和電流 IJ 的比值。 全阻抗繼電器:圓的半徑。 總結(jié)三種阻抗的意義: ( 1)測(cè)量阻抗 ZJ : 由加入繼電器的電壓 UJ 和電流 IJ 的比值確定。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí), ?J =?d ,因此應(yīng)該調(diào)整繼電器的最大靈敏角使 ?lm =?d ,以便繼電器工作在最靈敏的條件下。當(dāng) ?J等于 Zzd 的阻抗角時(shí),繼電器的起動(dòng)阻抗達(dá)到最大,等于圓的直徑,此時(shí),阻抗繼電器的保護(hù)范圍最大,工作最靈敏,因此,這個(gè)稱為繼電器的最大靈敏角。 方向阻抗繼電器的特性是以整定阻抗 Zzd 為直徑而通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)圓,圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū),圓外不動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗正好位于圓周上 時(shí),繼電器剛好動(dòng)作,對(duì)應(yīng)此時(shí)的阻抗就是繼電器的起動(dòng)阻抗 由于這種特性是以原點(diǎn)為圓心而做的圓,因此,不論加入繼電器的電流與電壓之間的角度 ?J為多大,繼電器的起動(dòng)阻抗在數(shù)值上都等于整定阻抗,即 Zjdz. =。 單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個(gè)電壓 UJ (可以是相電壓或線電壓 )和一個(gè)電流 IJ (可以是相電流或兩相電流之差 )的阻抗繼電器, UJ 和 IJ 的比值成為繼電器的 測(cè)量阻抗 ZJ ZJ = IUJJ ( 25) 各類繼電器及特性: 全阻抗繼電器的特性是以 B 點(diǎn)(繼電器安置點(diǎn))為圓心,以整定阻抗 Zzd 為半徑所做的一個(gè)圓。 阻抗 繼電器 阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件,其主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的阻抗,并與整定值進(jìn)行比較,已確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。 為了作為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù),同時(shí)也作為 距離I、 II 段的后備保護(hù),還應(yīng)該裝設(shè)距離保護(hù)第 III 段 [1] 。 2 ( 23) 引入可靠系數(shù) Kk ,則保護(hù) 2 的起動(dòng)阻抗為 ZdZ39。當(dāng)保護(hù) 1第 I 段末短路時(shí),保護(hù) 2 的測(cè)量阻抗 Z2 為 Z2 =ZAB +Zdz39。為了切除本線路末端 15%~ 20%范圍以內(nèi)的故障,就需要設(shè)置距離保護(hù)第 II 段。 1 2 ZAB 。第 I 段本應(yīng)保護(hù)線路的全長,即保護(hù)范圍為全長的 100%,然而實(shí)際上卻是不可能的,因?yàn)楫?dāng)下段線路出口處短路時(shí),第 I 段不應(yīng)動(dòng)作,為此,其起動(dòng)阻抗的整定 值必須躲開這一點(diǎn)短路時(shí)所測(cè)量的阻抗 ZAB ,即 Zdz39。為了滿足速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求,目前廣泛使用具有三段動(dòng)作范圍的階梯型時(shí)限特性,如上圖所示,分別稱為距離保護(hù)的 I、 II, III段。當(dāng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處近時(shí),其測(cè)量阻抗小,動(dòng)作時(shí)間短;當(dāng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時(shí),其測(cè)量阻抗增大,動(dòng)作時(shí)間增長,這樣就保證了有選擇性的切除故障線路。 距離保護(hù)是反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離(或阻抗),并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。為此,就必須采用性能更加完善的保護(hù)裝置。主要是三段式距離保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法,分模塊介紹了保護(hù)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,以及功能結(jié)構(gòu)、可視效果等。有關(guān) LabVIEW 的編程基礎(chǔ),編程環(huán)境。 首先,介紹了距離保護(hù)的作用原理,阻抗繼電器和它的接線方式,重點(diǎn)研究了距離保護(hù)的整定值計(jì)算原則和對(duì)線路短路時(shí)各個(gè)相電流的變化情況進(jìn)行阻抗繼電器的相應(yīng)動(dòng)作。如果使用虛擬儀器,將大大提高實(shí)驗(yàn)效率,降低試驗(yàn)成本。 本課題研究的意義 電力系統(tǒng)中的設(shè)備昂貴,安全穩(wěn)定運(yùn)行要求高,這就需要一套能夠模擬電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況的軟件系統(tǒng),為試驗(yàn)保護(hù)方案的和測(cè)試器件性能創(chuàng)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可以很好的解決這一難題。通過增減硬件電路、修改部分軟件,還可以重新配置原有的儀器,創(chuàng)建新的儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比,采用虛擬儀器技術(shù)研制同一個(gè)項(xiàng)目,不僅可以縮短儀器開發(fā)周期,降低儀器成本,而且還可以提高儀器性能。它們引進(jìn)和吸收 NI 等公司的產(chǎn)品方面做了一系列有益的工作,并在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品及設(shè)計(jì)平臺(tái)上取得了許多優(yōu)秀的成果。 作為儀器領(lǐng)域中新興的技術(shù),虛擬式儀器的研究開發(fā)已經(jīng)過了起步 階段。 Labview 是美國 NI( National Instrument)公司推出的一種基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái),自 1986 年問世第一個(gè)版本以來,就以圖形化的編程理念在工業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。近年來,虛擬儀器技術(shù)逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)測(cè) 量、電力系統(tǒng)監(jiān)控以及電力系統(tǒng)的仿真和教學(xué)中 [ 2] 。根據(jù)專家預(yù)測(cè),到 2020年我國將有 50﹪的儀器為虛擬儀器。到 21世紀(jì)初,全球已有超過 25000用戶在使用虛擬儀器技術(shù),其中不乏國際知名的大公司,像 Nokia、 Siemens、 Tektronix等。自問世以來,經(jīng)過幾十年的不斷和發(fā)展,虛擬儀器也有了不斷地豐富 。 在虛擬儀器中,硬件是軟件賴以運(yùn)行的物理環(huán)境,它僅僅是為了解決信號(hào)的輸入和輸出,軟件才是儀器的核心,用戶只要通過調(diào)整或修改儀器的軟件,便可方便地改變或增減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模,甚至儀器的性質(zhì)。同樣,它也為傳統(tǒng)的 院??蒲信c教學(xué)帶來巨大變化,是近年來在國內(nèi)迅速推廣的一種測(cè)量儀器和系統(tǒng)的概念及相關(guān)軟件,它具有功能強(qiáng)大、編程靈活、人機(jī)界面良好的特點(diǎn),在測(cè)量技術(shù)和儀器工程科學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今儀器儀表界, “軟件就是儀器 ”、 “軟件就是系統(tǒng) ”的觀念已經(jīng)被人們普遍接受。虛擬儀器的強(qiáng)大功能和靈活特性,使得它在儀器測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。 虛擬儀器的出現(xiàn)徹底改觀了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備更改麻煩、升級(jí)困難的問題,也破除了傳統(tǒng)儀器的功能由廠家定義、用戶無法改變的模式。 虛擬儀器概述 虛擬儀器概念 虛擬儀器技術(shù)首先由 NI(National Instruments)公司提出,它是以計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為核心,以自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)值分析技術(shù)為支撐,以各專業(yè)學(xué)科為應(yīng)用背景的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)。從 80 年代初期,部分電力研究院及高校開始著眼微機(jī)保護(hù),并在20 世紀(jì) 80 年代末至 20 世紀(jì) 90 年代中期,微機(jī)保護(hù)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的階段,在電力系統(tǒng)的各
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