（电机与电器专业论文）基于iec608705103规约的35kv线路测控保护装置通信研究.pdf

a b s 仃a c t a b s t r a c t 1 1 1 er e l a yp r o t e c t i o nd e v i c e sa r ea m o n gt h em o s ti m p o r t a n td e v i c e s w h i c he n s u r e t h es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m r e c e n t l y , w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no ft h et e c h n i q u eo f i n t e g r a t e ds u b s t a t i o na u t o m a t i o n ，i tb e c o m e sau n i v e r s a lr e q u i r e m e n tf o rp o w e r d i v i s i o n si ne v e r yc o u n t r yt or e s e a r c ha n dd e v e l o pt h em i c r o c o m p u t e rd e t e c t i n ga n d c o n t r o l l i n gp r o t e c t i o nd e v i c e s ，w h i c hc o u l di n t e g r a t et h e f u n c t i o n so fp r o t e c t i o n ， m e a s u r e m e n t ，c o n t r o la n dc o m m u n i c a t i o n t i l i st h e s i sf i r s t l yp r e s e n t sab r i e fo ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ef o rd e v e l o p i n g 3 5 k vl i n ep r o t e c t i o nd e v i c e t h ep r o t e c t i o na l g o r i t h ma d o p t e di nt h i sd e v i c ei s d e s c r i b e d w i t ht h ef l o w c h a r ta n dt h el o g i cd i a g r a mo ft h ep r o t e c t i o np u tf o r w a r d m o r e o v e r , s e v e r a lm a j o re l e c t r i cr e m o t ep r o t o c o l se m p l o y e di ns u b s t a t i o na u t o m a t i o n c o m m u n i c a t e ds y s t e m sa r ed e s c r i b e d t h eu n i v e r s a l l ya p p l i e dr e l a yc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l ，i e c6 0 8 7 0 5 10 3 ，i ss p e c i f i e di n 血i sp a p e r ，w h i l et h ef u n c t i o n so ft h e a p p l i c a t i o nl a y e r , t h et r a n s m i s s i o nr e g u l a t i o n so fl i n k t h et h r e e 1 a y e rr e f e r e n c cm o d e l a n dt h ec o m i n u n i c a t i o np i c t u r ef o r m a ta r er e s e a r c h e ds p e c i f i c a l l y , a n dt h er e a l i z a t i o n o f1 0 3 - p r o t o c o lo n3 5 k vl i n ep r o t e c t i o nd e v i c ei sp r e s e n t e d t h es o f t w a r ei sb a s e do n t h ep r o g r a m m i n go f v c + + 6 0 w h i l es q ls e r v e ri sa d o p t e da st h ed a t a b a s es e r v e r f i n a l l y ，e x r e r rt e s t sa r ei m p l e m e n t e do nt h ed e v i c e t h er e s u l ts h o w st h a tt h e d e v i c ec o u l dr e a l i z et h ef u n c t i o n so fb a s i cp r o t e c t i o n ，r e m o t ec o n t r o l ，r e m o t es i g n a l i n g a n dr e m o t em e a s u r i n g c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l m i c r o c o m p u t e rp r o t e c t i o n d e v i c e s ，i ta l s ob e a r st h em e r i t so fh i g h e rm e a s u r e m e n ta c c u r a c y f a s t e ra n dm o r e r e l i a b l ea c t i o n sa n dt h ea b i l i t vt oc a r r yo nd i s t a n t a n c ec o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：l i n ep r o t e c t i o n ，1 0 3p r o t o c o l ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，s e r i a lp o r t ， r s 4 8 5 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：立 兰至日期：! ! ! ! ：兰 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：宝 兰里导师签名： 日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 微机保护技术网络通信概述 微机保护经过近2 0 年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积 累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益人大提高了电力系统运行管理水平。9 0 年代 初由于面临不断加剧的市场竞争压力，国内的电力企业为了提高企业的运营效率，纷纷采取 减员增效措施，大力推行中低压变电站少人职守或无人职守，这对变电站的远方控制和监视 提出了新的要求，利用计算机技术和网络通信技术实现变电站自动化成为必要。 在具有变电站层、间隔层、现场层的分层分布式自动化系统中需要传输的信息有：设备 层与间隔层间的信息交换：间隔层内部的信息交换；间隔层之间的通信：间隔层和变压站层 的通信；变电站层的内部通信。组建网络时必须选择一种通信协议，使得网络之间的用户能 互相交流。根据保护装置内部各模块及其信息传输的特点，应用丁装置内互连的网络应符合 以下要求：1 ) 应采用总线型网络，保证各模块间信息的灵活传递：2 ) 应采用各节点平等的 通信模式，以保证保护的速动性；3 ) 当电力系统故障，网络负载加重时，应有先进的报文检 测机制，保证网络通信的实时性。 在微机继电保护装置网络通信中不同类型和i 特性的信息要求传送的时间差异很大，其具 体内容如下： 1 经常传输的监视信息：1 ) 为监视变电站的运行状态，需要传输母线电压、电流、有功功 率、无功功率、功率因数、零序电压、频率等测量值，这类信息需要经常传送，响应时间需 满足s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n 数据采集与监视控制系统) 的要求、 一般不宜大于l 2 s ：2 ) 为计鼙用的信息，如有功电能量和无功电能量，这类信息传送的时 间间隔可以较长，传送的优先级可以较低；3 ) 为刷新变电站层的数据库，需定时采集断路器 的状态信息，继电保护装置和自动装置投入和退出的工作状态信息。可以采用定时召唤方式， 以刷新数据库；4 ) 为监视变电站的电气设备的安全运行所需要的信息，例如变压器、避雷器 等的状态监视信息，变屯站保安、防火有关的运行信息。 2 突发事件产生的信息：1 ) 系统发生事故的情况f ，需要快速响应的信息，例如：事故时 断路器的位置信号，这种信号要求传输时延最小，优先级最高：2 ) 正常操作时的状态变化信 息( 如断路器状态变化) 要求立即传送，传输响应时间要小，自动装置和继电保护装置的投 入和退出信息，要及时传送；3 ) 故障情况下，继电保护动作的状态信息和事件顺序记录，这 些信息作为事故后分析事故之用，不需要立即传送，待事故处理完再送即可；4 ) 故障发生时 的故障录波，带时标的扰动记录的数据，这些数据量大，传输时占用时间长，也不必立即传 送；5 ) 控制命令、升降命令、继电保护和自动设备的投入和退出命令，修改定值命令的传输 不是固定的，传输的时间间隔比较长；6 ) 随着电子技术的发展，在高压电气设备内装设的智 能传感器和智能执行器，高速地和自动化系统单元层的设备交换数据，这些信息的传输速率 取决于正常状态时对模拟量的采样速率，以及故障情况f 快速传输的状态量。 3 各层次之间和每层内部传输信息的时间要求： 设备层和间隔层，l 1 0 0 m s ； 间隔内各个模块间，1 1 0 0 m s ； 间隔层的各个间隔单元之间，1 l o o m s ； 间隔层和变电站层之间1 0 1 0 0 0 m s ： 东南大学倾l 学位论文 变电站层的各个设备之间，1 0 0 0 m s 变电站和控制中心之间， 1 0 0 0 m s 。 1 2 几种常用的网络通信方式 1 2 1 r s 一4 2 2 ，4 8 5 通信方式 r s - 4 2 2 a 标准是一种以平衡方式传输的标准，所谓平衡，是指般端发送和双端接收传 送信号要用两条线，发送端和接收端分别采用平衡发送器和差动接收器，r s - 4 2 2 独立有发送 器，平衡连接电缆，电缆终端负载和接收器组成。它通过平衡发送器把连接电平变换成电位 差，完成始端的信息发送；通过筹动接收器，把电位羞变成逻辑电平，实现终端的信息接收。 r s 4 2 2 由于采用了舣线传输，人人增强了抗共模干扰的能力，因此最大数据速率可达1 0 m b i t s ( 传送1 5 m 时) 。若传输速率降到9 0 k b i t s 时，则最大距离可达1 2 0 0 m 。该标准规定电路中 只许有一个发送器，可有多个接收器。 r s 4 8 5 与r s 4 2 2 a 一样，也是一种平衡传输方式的串行接口标准，它和r s 4 2 2 a 兼容， 并且扩展了r s 4 2 2 a 的功能。两者主要差别是，r s 4 2 2 a 为全双工，r s 4 8 5 为半双工； r s 4 2 2 a 采片j 两对平衡差分信号线，r s 4 8 5 只需其中的一对：r s - 4 2 2 a 只允许电路中有一 个发送器。而r s 4 8 5 标准允许在电路中可有多个发送器，因此，它是一种多发送器的标准。 r s - 4 8 5 标准抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远。采用双绞线。不用m o d e m 的情况下， 在1 0 0 k b i t s 时，可传送的距离为1 2 k m ，若速率降到9 6 0 0 b i t s ，则传送距离可达1 5 k m 。它 允许的最大速率可达1 0 m b i t s ( 传送t 5 m ) 。r s 4 8 5 允许平衡电缆上连接3 2 个收发器胺收 器对。 目前，在变电站自动化系统中，微机保护、微机监控和其他微机型的自控装置间的通信， 大多数通过r s 4 2 2 r s 4 8 5 通信接口相连，实现监控系统与微机保护和自动装置间的相互 交换数据和状态信息。这与变电站原来的二次系统相比，已有很大的优越性。可节省大量连 接电缆，接线简单、可靠。在3 5 k v 变电站和i1 0 k v 终端变电站等小中型变电站，r s - 4 2 2 和 r s4 4 8 5 可作为主要网络采川【1 1 1 2 1 1 4 0 1 。 1 2 2 现场总线通信方式 国际上在8 0 年代中期就提出了现场总线，并制定了相应的标准。比较著名的有：德国制 定的过程现场总线p r o f i b u s ( p r o c e s sf i e l db u s ) 标准、由现场总线基金会提出的f f ( f i e l d b u sf u n d a t i o n ) 、美国e c h e l o n 公司推出的l o n w o r k s 局域网络、德国b o s c h 公司推出 的c a n ( c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ) 总线等。 根据国际现场总线基金会f f 的定义，所谓现场总线( f i e l db u s ) 是一种全数字的双向多 站点通信系统。现场总线是基丁微机化的智能现场仪表，实现现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化的、智能、双向、多变量、多点、多站的通信网络。它按国际 标准化组织i s o 和开放系统土连o s i 提供了网络服务，有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力 强、通信速率快、造价低、维护成本低等特点。 现场总线除了具有l a n 的一些优点外最主要的是它满足了工业过程控制所要求的现 场设备通信的要求，已提供了互换操作，使不同厂家的设备可互连也可互换，并可统一组态， 使所组成的系统适应性更广泛。现场总线的开放性，使片 户可方便地实现数据共享p j 。 2 第一章绪论 1 2 3以太网通信方式 以太网( e t h e m e t ) 采用总线拓扑结构，同轴电缆或双绞线为传输媒介，采用i e e e 8 0 2 3 标准。媒体访问方式为载波监听多路访问冲突检测( c a r d e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t h c o l l i s i o nd e t e c t ，c s m a c d ) 方式，不支持带优先级的实时访问。这种网络有很多商业化的 网络产品，有如卜许多突出的优点： 1 _ 可靠性高，由于采用总线删的网络拓扑结构，不像环形网那样中间任一节点失效便对全网 造成危害，因而可靠性较高。 2 灵活性好，网上增、减节点1 r 常方便任一节点的退出不会影响其他节点的正常通信。 3 传输速率高，传输速率可达1 0 1 0 0 m b p s 。 4 软、硬件支持件好，硬件上有许多以太网控制芯片，软件上有w i n d o w s 、u n i x 等均支持以 太网。 5 实时性问题，虽然c s m a c d 方式不支持优先级访问，但由于网络通信的速率高，只要 设计时注意避免数据的长帧结构，将长帧分成几个短帧，进行分组传输，就可保证当一 个节点占有媒体时，网内其他信息要发送的站点等待的时间最短。基于以上分析变电 站自动化系统中的控制室一层的岗域网宣采用以太网，不过，还需要为其开发相应的实 时点对点通信软件。 以太网将是今后变电站自动化系统通信的发展趋势”1 。 1 3 几种常用电力系统网络通信协议 1 3 1 c d t 协议 循环式远动规约( c d t 规约) 适用于点对点的远动通道结构及以循环字节同步方式传送 远动信息的远动设各肃1 系统，本规约采剧可变帧长度、多种帧类别循环传送，变位遥信优先 传送，重要遥测量更新，循环时间较短，区分循环鼙、随机量和插入量，采用不同形式传送 信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。 由于c d t 具有对通道的技术要求低、规约简单易懂、单帧信息量人、通道或系统故障复 位后能自行回复通讯等优点，在电力监控系统中得到了更为广泛的应用。 网络通讯协议一般由底而上分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示 层和应用层等，根据不同的应用可以实现部分或全部的分层。在此r s 4 8 5 网络中只实现了4 层：物理层、数据链路层、传输控制层和应用层。 1 物理层 r s - 4 8 5 网络物理层采f 【： j 差分信号传输方式，提高了传输电平，并支持最多3 2 个从设备共 享通讯信道。r s - 4 8 5 物理层被很多r ：业总线如c a n 、p r o f i b u s 所采用。 2 数据链路层 数据链路层接收上层的数据帧并进行重新封装，生成网上设备可以识别的数据链路帧。 同时它还要接受网上的数据链路帧，进行crc 校验、接收处理。数据链路层进行封装时， 在上层数据帧前加上帧头，再对数据包进行crc 校验。 通讯格式：起始位1 位，停l e 位1 位，数据位8 位，无校验位，波特率可选。 3 东南大学硕【学位论文 3 传输控制层 为了确保发送帧止确到达，主机要对数据传输进行必要的连接控制。主机与从机通讯时， 首先要设定一个1 0 0 m s 的超时计数器。主机发完一帧数据后复位超时定时器，如果在l o o m s 内没有收到从机的应答帧或者数据帧，主机会重发一次。第二次如果还没，主机则会报错。 4 应用层 应用层将用户程序生成的命令字和数据报转换成下层所能识别的格式，同时对捕捉到的 命令字和数据包递交应用用户程序进行解释、处理。它完成用户程序和通讯程序的衔接。 c d t 规约传输方式简单、功能单一、易懂便于实现，这是它的优点。但它的传输的速 度慢，该协议一般采用标准的计算机串行口进行数据传输，波特率一般为3 0 0 6 0 0 b i f f s ，只 能传送5 1 2 路遥信量汞12 5 6 路遥测虽，信息容量小，难以适应变电站自动化技术的发展，另 外，c d t 属于一种循环式传输规约，通信线路中总是在传送信息，而这些信息主站并不一定 需要。这就造成了极人的信道资源浪费，有用信息的传输效率也就很低”j 。 1 3 2 i e c6 0 8 7 0 - 5 1 0 3 协议 1 0 3 规约是在i e c6 0 8 7 0 5 系列标准的基础上，采用f t i 2 帧格式，对物理层、链路层、应 用层、用户进程作了大量的具体的规定和定义。 1 0 3 规约使用的网络模型是增强性能结构，仅用到i s o o s i 基本参考模型的全七层结构 中的三层，即物理层、链路层、应用层。 1 物理层 在变电站自动化系统中，物理层采用光纤传输系统或基于铜线的r s - 4 8 5 总线系统，它提 供一个二进制对称年无记忆传输。标准的传输速率为9 6 0 0 b p s 或1 9 2 0 0 b p s 。 2 链路层 1 0 3 规约所有的传输过程均由主站启动，即轮询问答过程：由主动站向从动站触发一次传 输服务，或者成功完成，或者报告差错，之后才能开始下一轮的传输服务。1 0 3 规约采用的链 路服务级别为三级。 3 应用层 为用户提供服务，是用户的窗口，它的服务直接提供给应用进程。应用层包含一系列应 用功能，它包含在源和目的之问麻用服务数据单元a s d u 的传送中。规约数据单元由规约控制 信息和服务数据单元组成，由t 1 0 3 规约未采用应用规约控制信息a c p i ，所以在应用层中的应 用规约数据单元a p d u * 1 1 应用服务数据单元a s d u 及链路服务数据单元l s d u 是一样的，因此 在1 0 3 规约中可将应用服务数据单元a s d u 当作链路删户数据。 1 0 3 规约具有层次清晰、结构严谨、报文格式简洁和良好的通用性与开放性等优点。但它 属于问答式规约，规约规定只能采用非平衡方式传输，主站问，子站答，由于不允许主动上 报，1 0 3 规约对事故的响应速度慢，尤其是当通道的传输速率较低的情况下，这个问题令比 较突出【”1 。 1 3 3 i e c 一6 1 8 5 0 规约 i e c 6 1 8 5 0 国际标准是基丁美国的u c a 2 0 标准，其主要特点是：面向设备，面向对象 4 第一章绪论 建模，面向应用开放的完善的自我描述，采用抽象通信服务接口，网络的应用层协议和网络 传输层协议独立，具有符合电力系统特点的通信服务，信息对象在信息源处惟一定义，数据 对象统一建模，采月jx m l 的配置技术等。典型基于i e c 6 1 8 5 0 标准的变电站内通信系统框 架模型如下。 1 物理层数据链路层 选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路层的主要原因是以太网在技术和市场上已 处于主流地位，另外，随着快速以太网、g 一比特以太网技术逐步成熟，对变电站自动化应用 而言，网络带宽已不再是制约冈素，由冲撞引起的传输延时随机性问题已淡化。 2 网络层4 # 输层 选择事实标准t c w i p 协议作为站内l e d 的高层接口，实现站内i e d 的i n t r a n e t i n t e m c t 化，使得站内l e d 的数据收发都能以t c p i p 方式进行。这样，监控主站或远方调度中心采 用t c p h p 协议就可以通过厂域网( w a n ) 甚至i n t e m e t 获得变电站内的数据。同时，采用标 准的数据访问方式可以保证站内l e d 具有良好的互操作性。 3 应用层 选择制造报文规范作为廊日层协议与变电站控制系统通信，所有l e d 中基于i e c6 1 8 5 0 建立的对象和服务模型都被映射成m m s 中通用的对象和服务，如数据对象的读、写、定义 和创建以及文件操作等。m m s 对面向对象数据定义的支持，使该数据自描述成为可能，改 变了传统的面向点的数据描述方法。因数据本身带有说明，故传输可不受预先定义的限制， 简化了数据管理和维护r 作。 由于以太网飞速发展这一事实，国际电t 委员会制订了i e c 一6 1 8 5 0 变电站自动化系统标 准，提出了变电站内部采州开放式、全分布、可互操作性的l 业控制以太网络全数字通信 因而，这种嵌入式以太网方案易丁与国际接轨，i e c 6 1 8 5 0 对于现在和将来变电站自动化技 术发展方向都将产生重大的影响，但与其它规约一样它也肯定需要一个现场证明、改进、 被用户接受的过程”“。 1 4 微机保护装置通信国内外研究现状 目前，各变电所自动化设备制造商生产的产品通信接口及通信规约不统一，特别是使用 现场总线的系统，往往采川r 商白行定义的规约，使不同装置之间难以方便地互联。为避免 这一问题，国际电工委员会第5 7t 作组颁布了i e c 6 0 8 7 0 - 5 和i e c - 6 1 8 5 0 等系列通信规约， 我国已作为远动系统通信规约等同采用，作为i e c 成员国，向1 e c 系列规约靠拢是我国电力 系统通信规约发展的趋势。 国内外己经有许多关于i e c 8 7 0 5 1 0 3 规约应用研究的文献报道，赵丽平等介绍了 1 e c 8 7 0 - 5 1 0 3 规约在牵引变电所自动化系统中的应用，例举了1 0 3 规约在牵引变电所综台自 动化系统申的实现方法，根据牵引变电所中的信息特点采用通用分类服务完成了所要求的 全部测量和控制功能j 。孟祥萍等介绍了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护设备信息接口配套标准， 概述了帧格式、物理层、链路层、应用层和用户进程，并以控制系统对芬兰a b b 公司的过 流和接地综合保护设备r e j 5 2 5 的监控为例探讨了1 0 3 规约的应用1 4 “。g o v o r e i n ，m 、d u d e ， i 等介绍了基于i e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 3 通信规约在变电站监视和控制系统中的应用即j 。国内外已经 有许多公司的微机线路保护产描都具有网络通信功能，国内如南瑞继保生产的r s 一9 6 1 2 线路 保护装置，集微机保护和通讯功能于一体。北京四方继保自动化股份有限公司生产的c s c 系 东南大学硕上学位论文 列微机保护装黄有多种高速数据通讯接口完全满足综合自动化的需求。国外的如a b b 开 发的r t u5 6 0 装置，采州各种通信介质与主站通信，如微波、电力线载波、光纤、无线电、 拔号电话线等，支持囤际标准通信规约i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 、i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 、i e c6 0 8 7 0 5 1 0 4 等。通用电气公司( g e ) 生产的d d p 数字配电微机保护系统。它具有保护和保护顺序配合、 测量、重合闸、断路器开断电流累计、人机对话和通讯等功能。 在电力产品进行开发时就采用1 0 3 等国际规约进行通信可以在很大程度上保证电力产 品相互间的兼容性，提高产品的通信性能，更好的理解和应用规约，可以加强国际、国内厂 家之间的交流，使我国屯力产，镐与别的国家电力产品更容易互联，从而使我国生产的电力产 品能早日走出国门。虽然目前国内外已有关于1 0 3 规约的介绍及应用，但总的来说，许多文 献仅介绍了关于1 0 3 规约的知识，并未给出具体的实现，也未见如何在多线程程序中实现1 0 3 规约的研究。 1 5 本文研究的目的、意义和主要内容 1 本文研究的f i 的 在分析变电站通讯结构的基础上，重点研究装置保护算法及当前较为。泛应用的r s - 4 8 5 总线，并利用r s 4 8 5 总线米实现3 5 k v 线路保护装置的串口通信，选用电力行业标准 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约作为智能远程终端单元与变电站之间的远动通信规约，对规约的应削层 功能、链路传输规则进行了详细的研究，目的是研制出基于d s p 的3 5 k v 线路测控保护装置， 并使能装置实现远科通信。 2 本文研究的意义 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约是由i e c 制定，已在全世界很多地方推，应用，具有国际先进性和 通用性，推广使用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约，可以有效地加强电力产品的国际交流与合作。本装 置在开发中就采用了i e c 6 0 8 7 0 。5 10 3 规约作为网络通信协议，在实际设计和应用中，碰到了 许多软、硬件上的问题，在解决问题过程中，提高了自己的科研能力，同时积累了设计和编 程经验，在对r s ，4 8 5 和i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 研究的基础上，获得了一些实际开发经验和一些心 得，提高了对规约的理解。 3 本文研究的主要内容 本课题组经过年的研究，从摄初的开发到后期的升级，直至现在趋丁产品的研制，开 发了一套基于微机监控的线路保护装置，本文着重研究了其通讯的实现，主要工作包括： ( 1 ) 对1 0 3 规约平| i 串口通信进行了详细的分析和研究。 ( 2 ) 将1 0 3 规约与r s 一4 8 5 总线相结合，设计了能实现1 0 3 规约的应用层和链路层的功能。 又能在r s - 4 8 5 总线上传输数据的网络通信程序。 ( 3 ) 以v c + + 语言为i ：具开发变电站层主控单元的通信软件，完成初始化、总召唤、时钟 同步以及对智能终端的控制等功能。 ( 4 ) 以c 语言开发钾能终端的通信软件，完成和主站通信的功能。 ( 5 ) 对装置采用的算法进行改进，并增加了部分保护功能。 - 6 - 第_ 二章3 5 k v 线路保护装置保护算法设计 第二章3 5 k v 线路保护装置保护算法设计 2 1 装置硬件概况 装置硬件结构由以f i 个摸块组成：单片微机系统模块、信号输入模块、人机接口模块、 输出通道模块、通讯模块以及电源模块，系统框蚓如图2 - l 所示。 图2 - 1 微机线路保护装置硬件框图 3 5 k v 等级的线路是不接地或小电流接地系统，通常相问短路配置为三段过电流保护，接 地短路配置为零序电流保护，通常还配置低压减载、低频减载等。在本装置中保护配置包括 三段过电流保护、反时限过l b 流保护、三相一次自动重合闸、低压减载、低周减载以及后加 速功能3 耶4 】【3 7 3 8 1 。 装置采用加强型单元机箱，主要插件设计通过母板转接固定，其中模拟量输入板、c p u 板、开关量输入输出板直接通过插件插在母板上，开关电源和显示控制面板通过转接线连到 母扳上，如图2 2 所示，何丁母板后面的机箱上下有塑料凹槽。用于固定四个插件显示和 控制面板通过螺钉l 刊定丁机箱上，液晶m u 通过螺钉同定于显示面板上。 2 2 装置软件概况 本装置软件基丁uc o s 实时多任务操作系统，软件采用1 + 3 模式，保护采样计算及保护 判断在中断级完成，任务绒包括三个任务：下位机侦听处理任务、人机界面处理任务、测量 计算任务。改进后的程序代码较原有程序代码结构更加清晰命名更符合规范，一个模块对 应一个文件，分工明确。 7 东南大学硕士学位论文 i显示和控制面扳 l母扳 lj ll ” 模 拟 c 量开 p 输关 输u入 电 扳输源 扳 出 板 图2 - 2装置总体结构图 1 采样保护中断 周期中断函数，主要用米激发d s p 采样模块和外围采样芯片分别对保护值和测量值采 样，然后对相应的保护采样值进行计算，弗调用保护判断和动作函数，而把相应的测量采样 值放到缓冲区，同时簧标志何以等待测量计算任务计算各种测量参数由于本文所介绍的线 路保护装置为”点采样，所以此周期中断的周期是8 3 3 u s 。 2 侦听处理任务 接收处理上位机的两类信息：一类是周期响应信息，如套询、校时命令、动作事件信息、 遥信变位信息和s o e 事什信启。等；另一类是上位机的菜单命令信息，包括取事件、取定值、 遥控命令、取遥信状态、取全遥测苗等。 3 人机界面处理任务 根据当前的键值，决定液晶显示。人机界面主要分为定值信息、设置参数、手动操作、 测量信息、开入信息利事件信息六个一级菜单能够完成对整定值的设置、启动密码的设置、 时间日期的设置、手动合闸、手动分闸、查看事件记录、查看开入端子状态以及查看当前测 量值的信息等。 4 测量计算任务 主要完成对测餐值的计算，包括计算测氧电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、 频率、零序电流等。任务的优先级最低，测量值更新速度约为3 0 m s 。 2 3 装置采用的保护原理 2 3 1 三段式电流保护 根据电力系统的二构特0 l 和运行要求电流保护可分为电流速断保护、限时电流速断保 护和定时过流保护等。构成这些保护的基本元件是电流继电器在机电式继电保护中电流继 电器有自己独立的结构形式，而在微机保护中这些基本元件就由软件来实现，本装置三段式 电流保护采用的保护分别为【b 流速断保护、限时电流速断保护和反时限过流保护。 8 - 第一章3 5 k v 线路保护装簧 ! 1 5 护算法设计 l f电流速断保护( j 段) 1 1 4 1 【l5 】 为了满足电力系统稳定和保证重要用户的供电可靠性，在简单、可靠和保证选择性的前 提下，原则上保护装置动作切除故障的时间总是越短越好。因此，在各种电气元件上应力求 装设快速动作的继电保护。对于仅反应于电流增人而瞬时动作的保护，称为电流速断保护。 2 限时电流速断保护( i i 段) 1 4 1 1 1 5 1 当电流速断保护不能保护本线路的全k 时，需要考虑增加一段新的保护，用来切除本线 路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时电流速断保护。对该保护 的要求，首先是在任 隋况r 都能保护本线路的全长，并且有足够的灵敏性和最小的动作时 限。正是由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，因此，称之为限时电流速 断保护。为了保证选择性，限时电流速断的保护范同不能超过f 一条线路速断保护的范围， 限时电流速断保护的l u 流整定值应与相邻线路的电流速断保护配合。 3 反时限过流保护( i i i 段) 1 1 4 1 由于定时限过流保护越靠近电源，保护动作时限越长，对切除故障是不利的。为能使i i i 段电流保护缩短动作时限，第l j i 段可以采用反时限过电流保护。本装置的反时限过流保护提 供一般反时限、非常反叫限州极度反时限3 种动作特性供选择。 2 3 2 低频减载保护 频率是电能质鼙的基本指标之一，在正常情况f 系统的频率应保持在5 0 h z ，运行频率和 它的额定值问允许蓐值限制在o 5 h z 以内。为保证重要用户的生产和电力系统的稳定运行， 可以采用分布式低周减载装置，即当线路上的低周元件测出本线路频率在一段时间内低于定 值时，将本线路断开，减小负荷，有利于系统频率恢复到一定值以保证系统的稳定运行和 重要负荷的正常工作m i 。 2 3 3 重合闸和后加速保护 电力系统中的故障，大多数是送电线路的故障，架空线路的故障大多是“瞬时性”的， 当线路被继电保护迅述断开以后电弧即行熄灭，此时，如果把断开的线路断路器再合上， 就能够恢复正常的供l “。为此在电力系统中采t j 了自动重合闸【l ”。 单侧电源送电线路上采刖三相一次重合闸。当线路上发生相间短路时，保护动作跳开三 相并起动重合闸回路，经延时后，重合闸台三相。若合闸成功，线路恢复正常运行；若重合 于永久性故障上，保护跳开二相，这时重合闸就不再动作。 重合闸后加速一般简称为“后加速”。所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择 性地动作，然后进行重台。如果重合于永久性故障上，则在断路器重合后，焉加速保护动作， 瞬时切除故障”。 2 4 装置改进保护算法设计 装置原采用三数据窗消元的改进半波傅氏算法，并且仅做了速断功能，现本文根据装置 实际情况改为全波傅氏算法，本装置保护是在中断级做的，每采一个点，就要进行一次保护 9 东南大学硕士学位论文 计算和判断，每个周波采2 4 点，每次采点间隔为8 3 3 u s ，每次计算总是取最近采样的2 4 点， 相比于改进半波傅氏算法全