【正文】 ??????????? 39 串口通訊電路設(shè)計(jì) ???????????????????? 39 裝置的硬件抗干擾措施 ??????????????????? 40 本章總結(jié) ????????????????? ?????? ?? 41 5 線路微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ???? ?? ?????? ???? 42 微機(jī)保護(hù)軟件的系統(tǒng)配置 ????????????????? 42 軟件系 統(tǒng)概述 ????????????????????? 42 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)構(gòu)成 ??????????????????? 42 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ??????????????????? ? 43 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 ??????????????????? 43 監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ??????????????????? 43 串口通訊軟件設(shè)計(jì) ?????????????? ?????? 44 串口通訊功能 ????????????????????? 44 串口通 訊軟件設(shè)計(jì) ??????????????????? 44 保護(hù)功能程序軟件設(shè)計(jì) ?????????????????? 46 保護(hù)功能軟件實(shí)現(xiàn)功能 ??????????? ?????? 46 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ?????? ??????????? 47 故障處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ????????????????? 50 5 裝置的軟件抗干擾措施 ???????????? ?????? 51 本章總結(jié) ?????????????? ?????????? 52 6裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ??????????? ???????????? 53 裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果??????????? ?????????? 53 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集精度測試??????????? ?? ?? 53 保護(hù)功能測試 ????????????????? ???? 53 本章總結(jié) ??????????????? ?????? ??? 54 7 結(jié)束語 ???????????????? ?????? ??? 55 致謝 ?????????????????? ?????????? 56 參考文獻(xiàn)????????????? ???????????? ? 57 1 1 緒 論 1． 1 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)概述 電力是整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的命脈，也是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的主要能源。變電所的可靠運(yùn)行與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)，其最大特點(diǎn)是發(fā)電、輸配電，用電都必須在同一時(shí)刻完成，因此對整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著極為嚴(yán)格的要求。 輸電線路的保護(hù)是變電所繼電保護(hù)系統(tǒng)中最重要的部分，一旦線路產(chǎn)生故障，將造成供電線路供電的不正常，嚴(yán)重時(shí)甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)的癱瘓。 (2)電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)和方向電流保護(hù)。 (5)重合閘和后加速保護(hù)。 (7)低周減載保護(hù)。它起源于 20世紀(jì) 60 年代中后期，在英國、澳大利亞和美國的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開始進(jìn)行研究的。 1975 年初， 2 英國 GEC 公司應(yīng)用微處理機(jī)于變電所的控制和自動(dòng)重合閘上的情況己有報(bào)道。之后，世界各大繼電器制造商都先后推出了各種商業(yè)性微機(jī)保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)逐漸趨于實(shí)用。在電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)技術(shù)方面，日本、美國、英國、德國發(fā)展最快。我國在對微機(jī)繼電保護(hù)的研究 過程中，高等院校和科研院所起了先導(dǎo)的作用。 1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定并在系統(tǒng)中得以應(yīng)用，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。到目前為止，從有關(guān)變電所自動(dòng)化產(chǎn)品方面看。綜上所述，目前國內(nèi)微機(jī)保護(hù)自動(dòng)化工作正處于飛速發(fā)展、蒸蒸日上的階段。其中， DSP由于其獨(dú)特的算法處理功能而 在最近的國內(nèi)外市場上占有主導(dǎo)地位。 目前應(yīng)用最廣泛的處理器。 總的來說，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)單片機(jī)價(jià)格低廉，接 1： 3電路設(shè)計(jì)簡單，擴(kuò)展外圍電路比較容易。 (3)單片機(jī)技術(shù)基本已經(jīng)成熟，可參考的例子和資料非常多，可以縮短開發(fā)周期。論文的具體章節(jié)安排如下： 第一章緒論：主要介紹了線路微機(jī)保護(hù)的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 第三章電力系統(tǒng)故障分析和基于電力系統(tǒng)的非線性濾波：通過建立電力系統(tǒng)故障模型并對單相接地故障進(jìn)行了仿真，最后將 RBF 算法應(yīng)用于非線性濾波仿真。最后介紹了裝置的硬件抗干擾措施。最后介紹了裝置的軟件抗干擾措施。然后詳細(xì)分析了 35KV 線路保護(hù)的故障判據(jù)和原理，介紹了傅氏算法的原理和特點(diǎn)，從精度、速度和系統(tǒng)的要求各方面綜合考慮，最后選擇全波傅氏算法作為裝置的算法。相應(yīng)的保護(hù)功能框圖如圖 2． 1 所示。 小電流告警 在 35KV 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接 地短路時(shí)，故障點(diǎn)僅流過對地的電容 5 電流，數(shù)值很小，這時(shí)電網(wǎng)的線電壓仍然保持對稱，對負(fù)荷的供電基本沒有影響，在這種情況下，可以允許繼續(xù)運(yùn)行 12小時(shí)，不需立即跳閘，但是為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路而影響供電，設(shè)計(jì)小電流告警功能，以便運(yùn)行人員采取措施給予解決。 PT 斷線檢測 裝置設(shè)計(jì) PT 斷線檢測功能，通過檢測三相線電壓和三相電流，當(dāng)有任 意一個(gè)線電壓 30V，同時(shí)有任意一個(gè)相電流 時(shí)，這種狀態(tài)持續(xù) 10s 就判斷為母線 PT 斷線。 35KV 線路保護(hù)的原理和特點(diǎn) 三段式電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)原理 輸電線路發(fā)生短路時(shí)，相電流突然增大，線電壓降低， 當(dāng)故障線路上的相電流大于某一個(gè)規(guī)定值同時(shí)保護(hù)安裝處母線電壓小于某一個(gè)規(guī)定值時(shí)，保護(hù)將跳開故障線路上的斷路器而將故障線路斷電，這就是電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)的工作原理。電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)在 35KV 及以下的輸電線路中被廣泛應(yīng)用。 在圖 2． 2 中，為了反映全線路的短路電流，設(shè) AB線路的電流保護(hù)裝于線路始端母線 A處，在圖上稱做電流保護(hù) 1，顯然電流保護(hù) 1 要可靠動(dòng)作，它的動(dòng)作值 IDZ必須選擇小于或等于保護(hù)范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的最小短路電流。這兩種情況下的短路電流隨故障點(diǎn)位置變化的曲線如圖 2． 2 中的曲線 l 和曲線 2，曲線 1為最大運(yùn)行方式下的曲線，曲線 2為最小運(yùn)行方式下的曲線， 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在其它任何方式下發(fā)生任何類型的短路時(shí)， Id=f(Ld)曲線位于曲線 l和曲線 2 之間。 按照式 (22)整定的電流可以保證保護(hù)的選擇性，如果省略裝置和斷路器的動(dòng)作時(shí)間，保護(hù)可以無延時(shí)動(dòng)作，因此將此電流保護(hù)稱做無時(shí)限電流速斷保護(hù)，也叫電流 I段保護(hù)，它的動(dòng)作值選擇原則為：按躲開本線路末端發(fā)生短路時(shí)的最大短路電流整定。最大，無時(shí)限電流速斷保護(hù)的范圍隨著運(yùn)行方式的變化而變化，在最小方式下保護(hù)范圍可能為 0，這是無時(shí)限電流速斷保護(hù)的缺點(diǎn)。這套電流保護(hù)被稱為限時(shí)電流速斷保護(hù)，也叫電流Ⅱ段保護(hù)，電流Ⅱ段保護(hù)的延時(shí)時(shí)間一般為 左右。 在線路上安裝了電流 I 段和電流Ⅱ段保護(hù)以后，整段線路的故障可在 之內(nèi)得到解決，我們稱電流 I段和Ⅱ段保護(hù)為線路的主保護(hù)。 后各保護(hù)也叫電流Ⅲ段保護(hù)，一般是定時(shí)限過電流保護(hù)，在圖 2． 3 中 可以看出Ⅲ段電流的保護(hù)范圍，它的動(dòng)作值整定原則為： ①按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流來整定，即： IⅢ =KⅢ (24) ②與相鄰線路的過電流保護(hù)動(dòng)作值相配合，即： IⅢ = IⅢ (25) 9 其中， KⅢ K是電流Ⅲ段可靠系數(shù)， KⅢ K大于 ， Kzq是電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)， Kzq大于等于 l， Kf為返回系數(shù)， Kf在 0． 9左右， KK為配合系數(shù)，大于或等于 ， 為最大分支系數(shù)， AB 上可能流過的最大電流， IⅢ 1處的電流Ⅲ段整定值， IⅢ 是裝在保護(hù) 2 處的電流Ⅲ段整定值，電流Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作值可以取式 24和式 25中的最大值。 (4)電流電壓聯(lián)鎖保護(hù) 在輸電線路的保護(hù)中，規(guī)定電流 I 段保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)該不小于線路全長的15％，但是當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式 變化較大時(shí)，往往滿足不了系統(tǒng)靈敏度的要求，這時(shí)就要利用線路發(fā)生故障時(shí)母線電壓下降的條件來配合三段式電流的保護(hù)，在裝置中利用同時(shí)判斷電壓的降低和電流增大構(gòu)成電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)，這種保護(hù)既可以反映電流的增大，也可以反映電壓的降低，保護(hù)的測量元件由電流元件和電壓元件共同組成，電流元件和電壓元件的邏輯關(guān)系圖如圖 2． 4 所示： 在電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)中，電流元件的動(dòng)作電流取在主要運(yùn)行方式下，保護(hù)區(qū)末端三相短路時(shí)的短路電流，電壓元件的動(dòng)作電壓取在主要運(yùn)行方式下，保護(hù)區(qū)末端三相短路時(shí)，保護(hù)安裝處母線上的殘余電壓。 按照這種原則整定以后，電壓電流聯(lián)鎖保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作，而且在主要運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍比單獨(dú)的電流速斷和電壓速斷的保護(hù)范圍要大。 輸電線路方向性電流保護(hù)的工作原理 之前分析的三段式電流保護(hù)是以單電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，各段保護(hù)安裝在被保護(hù)線路靠近電源的一端，線路發(fā)生故障時(shí)，電流從母線流向被保護(hù)的線路，但是在實(shí)際中，系統(tǒng)都是多電源網(wǎng)絡(luò)，即在一條線路的兩側(cè)都有供電電源，為了切除線路上的故障，線路的兩側(cè)都應(yīng)該裝設(shè)保護(hù)裝置和斷路器。 在實(shí)際中，由于電流是交流量，不用直接來判斷它的方向，但是當(dāng)故障點(diǎn)一定的時(shí)候，短路電流和保護(hù)安裝處的母線電壓之間的夾角是不變的，所以應(yīng)該利用功率方向元件來判斷，如果設(shè)保護(hù) 2 的短路電流和母線電壓之間的夾角為 1d? ，那么保護(hù) 3的短路電流和母線電壓之間的夾角是 180176。 功率方向元件的動(dòng)作條件如下； 90176。 （ 27） 因?yàn)楣β史较蛟话阌幸粋€(gè)內(nèi)角口，如果考慮功率方向元件的內(nèi)角，則功率方向元件的動(dòng)作方程為： 90176。 （ 28） 對應(yīng)于上式的功率方向元件的動(dòng)作區(qū)如圖 2． 6所示： 功率的計(jì)算不但和電流、電壓的夾角有關(guān)，還和保護(hù)安裝處電流、電壓的大小有關(guān)，當(dāng)保護(hù)安裝處附近發(fā)生短路時(shí)，母線電壓很小甚至為 0，這樣功率 P變的很小，功率方向元件由此會(huì)失去判斷的根據(jù)，我們把保護(hù)安裝處附近一段區(qū)域稱為“死區(qū)”，為了消除死區(qū)，我們將電流和電壓采取 90176。接線是指在三相對稱的情況下，加入保護(hù)的電流和電壓的相位相差 90176。采用 90176。 12 單相接地報(bào)警原理 35KV 電網(wǎng)是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的電 流很小，而且三相線電壓仍然保持對稱，對負(fù)荷的供電基本沒有影響，在一般情況下，允許再運(yùn)行 12 小時(shí)，不必立即跳閘，但是這時(shí)其它兩相的對地電壓要升高 3倍，為防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路而對負(fù)荷供電造成影響，應(yīng)該及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施給予清除。 在圖 2． 7 中可以看出，系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，三相對地有相同的電容 C0，每一相都有一個(gè)對地電容電流，這三個(gè)電流之和為 0，假設(shè) A 相發(fā)生單相接地短路， A相對地電壓為 0，其它兩相對地電壓變?yōu)樵瓉淼?3 倍，對地電容電流也變?yōu)樵瓉淼?3 倍 ，我們用 Ib和 Ic來表示非故障相的對地電流，則可以得出： Ib=UBDjω C0 Ic=UCDjω C0 (29) 此時(shí)，從接地點(diǎn)流回的電流 Id= Ib+Ic= 03UC?? ，為正常運(yùn)行時(shí)三相對地電容電流的算術(shù)和。 總結(jié)以上分析的結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論： (1)發(fā)生單相接地故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓。 (3)故障線路上，零序電流為整個(gè)系統(tǒng)非故障線路對地電容電流之和，數(shù)值比較大，電容性無功功率方向是從線路流向母線。半波傅氏算法和全波傅氏算法類似，其計(jì)算公式如式 (219)和 (220)： 1142si nNnKka X knNN???? ? (219) 1142c osNnKkb X knNN???? ? (220) 在衰減的非周期分量的影響下，傅氏算法的計(jì)算誤差比較大。 由以上分析可以得到總結(jié)： 1．任何一種算法的精度和速度都是與采樣點(diǎn)數(shù) (也就是采樣頻率 )直接相關(guān)的，采樣頻率越高，精度越高，響應(yīng)速度越慢，采樣頻率越低，精度越低，響應(yīng)速度 15 越快。 3．全波傅氏算法的數(shù)據(jù)窗為一個(gè)周期，響應(yīng)速度比較慢，但運(yùn)算精度相對較高，半波傅氏算法的數(shù)據(jù)窗縮短為半個(gè)周期，響應(yīng)速度相對較 快，但運(yùn)算精度有所下降。 本章總結(jié) 本章主要設(shè)計(jì)了 35KV 線路保護(hù)的功能配置方案和故障判據(jù)，分析了 35KV線路微機(jī)保護(hù)功能配置、特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)原理，最后詳細(xì)分析了傅氏算法的工作原理和特點(diǎn)，從算法的精度、速度和系統(tǒng)的功能要求各方面綜合考慮，確定全波傅氏算法作為主保護(hù)板的算法。為了驗(yàn)證裝置設(shè) 計(jì)的功能判據(jù)的正確性，在本章中，通過建立電力系統(tǒng)故障模型并且以最常見的故障一單相接地故障為例，對小電流系統(tǒng)進(jìn)行了故障仿真分析，最后將 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用于非線性濾波。 電力系統(tǒng)運(yùn)行故障分析 電力系統(tǒng)是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電力設(shè)備按照一定的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成的一個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)，一般我們將電能通過的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，如高壓輸電線路、變壓器、電容器等等。電力系統(tǒng)的一次設(shè)備在運(yùn)行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計(jì)制造缺陷等原因會(huì)發(fā)生如短路、斷線等故障。各種類型的短路包括三相短路、