【正文】 4. 可靠性容易提高 ⑴ 數(shù)字元件的特性不容易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；⑵ 自檢能力強(qiáng)，可用軟件方法檢測主要元件、部件工況以及功能軟件本身。 6．保護(hù)的內(nèi)部動(dòng)作過程不象模擬式保護(hù)那樣直觀 微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)以及各種新方法和新理論在繼電保護(hù)中的廣泛應(yīng)用， 微機(jī)保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向網(wǎng)絡(luò)化、綜合自動(dòng)化和智能化發(fā)展。微機(jī)保護(hù)的硬件已由第一代單CPU 硬件結(jié)構(gòu)和第二代多單片機(jī)的多 CPU硬件結(jié)構(gòu)發(fā)展到以高性能單片機(jī)構(gòu)成的第三代硬件結(jié)構(gòu)，其具有總線不需引出芯片，電路簡單的特點(diǎn)，抗干擾性能進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。 DSP 與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器 。將數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅里葉變換算法的計(jì)算時(shí)間，可以完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理的功能和傳統(tǒng)的繼電保護(hù)功能。微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)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(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn) 行。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。實(shí)際上，保護(hù)裝置就是一臺(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。 ⒋ 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也開始。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)方法則可迎刃而解。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 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)，按照給定算法來檢測電力系統(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。除此以外，還包括人機(jī)接口和通信系統(tǒng)。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)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量。 CPU執(zhí) 行存放在 EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至 RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)功能。 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關(guān)等，其主要功能用于人機(jī)對話、如調(diào)試、定值調(diào)整、人對機(jī)器工作狀態(tài)的干預(yù)等。 ⒌ 通信回路 機(jī)間通信和遠(yuǎn)動(dòng)。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。這三者之間往往是互相矛盾的，因此應(yīng)根據(jù)保護(hù)的功能性能指標(biāo)（如精度動(dòng)作時(shí)間）和保護(hù)系統(tǒng)硬件的條件（ CPU的運(yùn)算速度存儲(chǔ)器的容量）的不同，采用不同的算法。抑制模擬量輸入回路的各種誤差所帶來的各種電子噪聲。 1． 差分濾波器 差分濾波器的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式： )()()( Knxnxny ??? ，它是一個(gè) K 階差分方程，其數(shù)據(jù)窗長 度為 K（或 KTs）。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。 差分濾波器有如下特點(diǎn)： ⑴ 差分濾波器能消除直流分量。 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。 于是有 121mfPKTs ?? 加法濾波器有如下特點(diǎn)： ⑴ 與差分濾波器比較，數(shù)據(jù)窗 短，為工頻周期的一半。 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。欲消除 m次諧波，數(shù)據(jù)窗長度應(yīng)取1)1( mfPTsK ?? （ P=1， 2， ? ） 積分濾波器是一個(gè)低通濾波器，它對低頻分量的響應(yīng)幅度較大，對高頻分量 抑制能力較強(qiáng)，頻率越高衰減越大，特別是那些積分區(qū)間正好為其周期的整數(shù)倍的頻率成分的衰減是無窮大。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。 mmms XX ?cos2? ； mmmc XX ?sin2? 所以： mcmsm XXX 2222 ?? msmcm XXtg ?? ⒈ 全波富立葉算法 根據(jù)富氏級(jí)數(shù)原理，當(dāng)已知周期函數(shù) )(tx 時(shí)，可以求其 m 次諧波分量的正弦和余弦系數(shù) ?? Tms m w tdttxTX 0 s in)(2 ； ?? Tmc m w tdttxTX 0 c os)(2 式中 T為 )(tx 的周期，對于基波分量（ m=1）的正弦和余弦系數(shù)為： ?? Ts w tdttxTX 01 sin)(2 ； ?? Tc w tdttxTX 01 c os)(2 求上面的積分可以采用矩形法，設(shè)每周采樣 N 點(diǎn)， 則： NknknxNX Nks ?2)s i n()(2 101 ??? ??? 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 NknknxNX Nkc ?2)c os ()(2 101 ??? ??? 求出基波分量的正弦和余弦系數(shù)后，則基波分量的復(fù)數(shù)形式為： )(21 111 cs jXXX ??? ； cs XXX 12121 21 ?? 電流電壓計(jì)算出各自基波分量的正弦和余弦系數(shù) sI1 、 cI1 、 sU1 、 cU1 后，再用下式求測量阻抗 2121 11111111)()(sccsscsscc II IUIUjIUIUIUZ ? ??????? 2121 1111 sc sscc II IUIUR ??? 2121 1111 sc cssc II IUIUX ??? 當(dāng)輸入信號(hào)為周期性信號(hào)時(shí)，采用該算法可準(zhǔn)確求出信號(hào)中的基頻分量有很好的濾波能力，但數(shù)據(jù)窗需要一個(gè)周波，響應(yīng)時(shí)間較長。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。 從精度來看，由于半波富氏算法的數(shù)據(jù)窗只有半周期，其精度比全波富氏算法差。有的保護(hù)裝置中采用變動(dòng)數(shù)據(jù)窗的方法來協(xié)調(diào)響應(yīng)速度和精度的關(guān)系。當(dāng)故障達(dá)到一周時(shí)，調(diào)用全波富氏算法程序，這時(shí)，保護(hù)范圍復(fù)原。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 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，重點(diǎn)針對保護(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。在繼電保護(hù)的發(fā)展過程中，有著獨(dú)特的地位，至今廣泛應(yīng)用于電氣主設(shè)備和線路保護(hù)中。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)。 如果故障發(fā)生在 TA1 和 TA2 之間的任一部分（如 k2點(diǎn)），且母性Ⅰ和Ⅱ均接有電源，則流過TA1 和 TA2 一 二次側(cè)電流方向如圖 (b)所示，于是 I1和 I2按同一方向流過繼電器 KD 的線圈，即 I=I1+I2使 KD動(dòng)作，瞬時(shí)跳開 QF1和 QF2。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 (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)，通過對各通道電流信號(hào)采樣值進(jìn)行數(shù)字差計(jì)算來取得差動(dòng)電流。此外，也有利于對各側(cè)電流信號(hào)采樣值分別進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，消除由于 TA變比標(biāo)準(zhǔn)化所帶來的誤差。 ⑵ 可通過數(shù)字計(jì)算進(jìn)行電流相位調(diào)整。對于計(jì)算機(jī)差動(dòng)保護(hù)， Y/△ 變壓器的 Y 側(cè) TA 仍可采用 Y 形接線，通過數(shù)值計(jì)算來完成 Y/△ 變換，從而可以消除這類不平衡環(huán)流的影響，同時(shí)也為 TA 斷線的檢測判斷提供了有利條件。 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。對于雙繞組變壓器，如規(guī)定其兩側(cè)分別記為Ⅰ側(cè)和Ⅱ側(cè)，那么按照大型變壓器通常采用的三段折線式比率制動(dòng)特性要求，其基波向量可表示成下述動(dòng)作判據(jù)或算法。計(jì)算過程可先用采樣值計(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。當(dāng)然，制動(dòng)電流也可按照常規(guī)保護(hù)中的做法來表示。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 相減后取模值來表示。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁 利用標(biāo)積制動(dòng)區(qū)分內(nèi)外故障 ⒈ 基本原理 所謂標(biāo)積就是電氣設(shè)備兩側(cè)電流絕對值1I、2I和他們之間相位差 ? 的余弦值之積， 即： ?cos21 ?? II 以上即為標(biāo)積制動(dòng)量。 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)。 在很大外部短路電流下， TA 可能飽和，二次電流幅值減小，比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的不平衡電流急劇增大而制動(dòng)電流反而減小，可能造成誤動(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。 考慮到突然甩負(fù)荷調(diào)解器失靈等引起過電壓，變壓器發(fā)生過勵(lì)磁，同時(shí)注意到變壓器調(diào)壓分浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁 接頭的切換，都將產(chǎn)生較大的不平衡電流，為防止縱差保護(hù)誤動(dòng)，宜將最小動(dòng)作電流 0?opI 作適當(dāng)增加。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。因此計(jì)算出差流中的二次諧波分量，如果其值較大就可以判斷是勵(lì)磁涌流。 2dI — 差流中的二次諧波幅值 。 二次諧波原理簡單明了，在常規(guī)保護(hù)中有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)比常規(guī)保護(hù)更容易。 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：