输电线路微型机继电保护算法综述及零序方向继电器仿真毕业设计说明

目 录引言.1第一章绪论 .21.1 微机继电保护的发展21.2 微机保护装置的特点21.2.1 维护调试方便21.2.2 可靠性高灵活性大、体积缩小31.2.3 易于获得附加功能性能较好3第 二 章 110KV 输 电 线 路 微 机 保 护 技 术 综述32.1 输电线路微机保护的发展方向42.1.1 计算机化42.1.2 网络化52.1.3 保护、控制、测量、数据通信一体化52.1.4 智能化62.2 输电线路微机保护的类型72.2.1 导引线纵联差动保护72.2.2 输电线路载波保护72.2.3 微波保护72.2.4 光纤纵差保护8第 三 章 PSL621C 线 路 微 机 保 护 装 置 分析123.1 功能及原理123.1.1 启动元件123.1.2 选相元件133.1.3 距离保护133.1.4 零序保护203.1.5 重合闸继电器213.1.6 失灵启动223.1.7 合闸加速保护233.1.8 交流电压电流异常判断233.1.9 过流保护253.1.10 低周减载、低压减载25第 四 章 微 机 保 护 主 要 元 件 的 基 本 原理274.1 微机型零序电流方向保护概念274.1.1 保护电流元件配置274.1.2 零序保护整定原则及其作用274.1.3 零序方向过流保护的原理与特点284.2 方向纵联元件基本原理304.2.1 基于补偿电压的突变量方向判别原理304.2.2 正序电压补偿式方向元件324.2.3 负序电压补偿式方向元件324.2.4 零序电压补偿式方向元件324.3 启动元件的基本原理334.3.1 三相同时刻采样值启动元件304.3.2 零序电流辅助启动元件344.3.3 起讯元件344.3.4 静稳破坏检测元件344.4 距离元件的基本原理354.4.1 突变量距离元件354.4.2 相间距离元件384.4.3 接地距离元件394.5 零序方向过流元件的基本原理404.6 过流元件的基本原理414.7 选相元件的基本原理414.7.1 突变量选相41第 五 章微 机 保 护 中 零 序 方 向 元 件 算 法 研 究 与 仿真445.1 零序方向过流保护的原理与特点445.2 直接移相原理的序分量滤过器455.2.1 正序电压零序补偿方案455.3 使用 MATLAB 软件进行仿真465.4 零序方向元件动作判据优缺点分析645.5 记忆电压零序补偿方案65结论 .67参考文献 .68辞 .69引 言随着电子技术和计算机技术的发展，电力系统的继电保护也突破了传统的继电保护形式，出现了电力系统微机保护。目前，我国的微机保护技术已趋于成熟，各种类型的微机保护装置已在全国各大电力网络中投入运行。为此本设计特对 110KV 电压等级下输电线路涉及到的微机保护进行阐述。本设计的题目是110KV 输电线路微型机继电保护算法综述及零序方向继电器仿真，即对 110KV 输电线路的继电保护的整定。这里主要介绍的是微机保护在 110KV 输电线路中的算法及应用，容包括：微机保护的发展介绍、典型微机继电保护装置的技术分析、零序电流整定及计算方法分析等几部分。电力系统继电保护的形式和原理在不断更新，但总体的设计原则是相同的，都要满足保护的基本要求。电力系统中输电线路保护作为保证电网运行安全的主要自动控制设备，其性能的改善和提高一直受到科研和运行部门的高度重视。近十多年以来，随着计算机技术的不断进步，特别是微机技术的成熟与应用，高压输电线路保护已由传统的电磁式保护、晶体管保护，集成电路保护进入到微机保护时代，成为继电保护系统发展的主要方向。目前，继电保护向计算机化、网络化方向发展，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化对继电保护提出了艰巨的任务，也开辟了研究开发的新天地。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在高压、超高压电网保护中无可替代的优势。近年来，随着我国国民经济的快速发展，电力建设的步伐也在不断加快。西电东送、南北互供、全国联网的格局正逐步形成。高压和超高压电网规模的不断扩大，网络结构日趋复杂，电网运行安全问题日益突出，对继电保护的性能提出了新的更高要求。与此同时，线路保护新原理研究的不断深入，运行经验的不断积累，以及计算机技术的快速发展，使得研制开发功能更加完善、智能化水平更高的新型微机高压线路保护成为可能。因此，利用线路保护原理研究的新成果，以高性能硬件平台为基础，研究和开发性能更好的高压线路微机保护是当前一项具有重要理论和现实意义的研究课题。由于编写人员的理论知识和实践经验所限、编写时间仓促，设计中难免存在欠缺的地方，敬请老师予以指出，本人将不胜感激。第一章 绪 论继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施。而自 1984 年我国第一套微机保护样机通过鉴定以后，便有许多不同型号的微机保护装置即被生产，以适应电力系统生产的需要，微机保护以其优越的性能得到广泛的应用。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。1.1 微机继电保护的发展微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，具有极大的灵活性，也因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护模式无法实现的新功能。许多传统保护模式存在的技术问题，在微机保护中找到了解决的办法。可靠性是继电保护的生命，微机保护采用了许多传统保护无法实现的抗干扰措施，有效地防止了保护的误动和拒动。目前，微机保护的平均无故障时间长达十万小时以上，这说明了微机保护是十分可靠的。传统的继电保护装置，调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，而微机保护几乎不用调试。因此，微机保护不象传统保护那样，逐台做各种模拟试验来检测保护装置的功能。并且微机保护具有自诊断能力，能对硬件和软件进行检测，一旦发现异常就会发出报警。随着大规模集成电路技术的发展和微机的广泛应用，我国的微机保护装置价格已和传统保护价格持平或更低，在性能价格比方面更具优势。微机是一个智能装置，可实现多种功能，微机保护装置的多功能化也提高了其经济性。且由于微机保护装置的功耗较传统保护装置的功耗小，其运行维护费用较低。1.2 微机保护装置的特点电力系统微机保护装置之所以能被推广和应用，是因为它具有传统继电保护无法比拟的优越性。微机继电保护装置具有以下特点：1.2.1 维护调试方便目前国大量使用的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂保护，例如距离保护，调试一套常常需要一周，甚至更长的时间。究其原因， 这类保护装置是布线逻辑的，保护的每一种功能都有相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护装置是否完好，就需要把所具备的各种功能通过模拟试验来校核一遍。微机保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之，它是一个只会做几种单调的、简单操作的硬件，配以软件，把许多简单操作组合完成各种复杂功能的。因而只要用几个简单的操作就可以 检验微机的硬件是否完好。或者说如果微机硬件有故障，将会立即表现出来，如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。实际上如果经检查，程序和设计时的完全一样，就相当于布线逻辑的保护装置的各种功能已被检查完毕。一般微机保护装置都具有自检功能，对硬件各部分和存放在 EPROM 中的程序不断进行自动检测，一旦发现异常会发出警报。通常只要接上电源后没有警报，就可确认装置完好。1.2.2 可靠性高灵活性大、体积缩小计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。由于计算机保护的特性主要有软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能。从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。一套微机保护装置，可以实现多种保护功能，例如一套 WXB11 型保护装置，配置了四个硬件完全相同的 CPU 插件，分别完成高频保护、距离保护、零序保护、综合重合闸等功能。因此在组屏时，体积要缩小，便于现场的按装维护。1.2.3 易于获得附加功能性能较好应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。例如保护各部分的动作顺序和动作时间记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。还可以提供故障点的位置。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。由于计算机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。第二章 110KV 输电线路微机保护技术综述2.1 输电线路微机保护的发展方向2.1.1 计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了 3 个发展阶段：从 8 位单 CPU 结构的微机保护问世，不到 5 年时间就发展到多 CPU 结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从 8 位 CPU，发展到以工控机核心部分为基础的 32 位