35kV输电线路电流电压保护设计.doc

. . 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 微机继电保护微机继电保护课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：35kV35kV 输电线路电流电压保护设计（输电线路电流电压保护设计（2 2） 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： . . . . 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式课程设计（论文）报告的内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用 A4 纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括： 封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等） 设计(论文)任务及评语 中文摘要 （黑体小二，居中，不少于 200 字） 目录 正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） 参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000 字周数。 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 标题“目录”（小二号、黑体、居中） 章标题（小四号字、黑体、居左） 节标题（小四号字、宋体） 页码（小四号字、宋体、居右） 6、正文格式 页边距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm，左侧装订； 字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小 四号字、宋体； 行距：20 磅行距； 页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。 示例：（五号宋体） 期刊类：序号作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次. 图书类：序号作者 1,作者 2,作者 n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次. . . 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号学生姓名专业班级 课程设 计（论 文）题 目 35kV 输电线路电流电压保护设计（2） . . 课程设计（论文）任务 系统接线图如图： 课程设计的内容及技术参数参见下表 设计技术参数工作量 ,25,3/37 1 G XkVE ,10,15 32 GG XX L1=L2=60km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=30km, LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km, ,2 . 1 I rel K rel K15 . 1 rel K 最大负荷电流 IB-C.Lmax=110A, IC-D.Lmax=70A, ID-E.Lmax=35A, 电动机自启动系数 Kss=1.5，电流继电 器返回系数 Kre=0.85。 最大运行方式：三台发电机及线路 L1、L2、L3 同时投入运行；最小运行 方式：G2、L2 退出运行。 一、整定计算 1.确定保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电 抗。 2.进行 C 母线、D 母线、E 母线相间短路的最大、 最小短路电流的计算。 3.整定保护 1、2、3 的电流速断保护定值，并计 算各自的最小保护范围。 4.整定保护 2、3 的限时电流速断保护定值，并 校验灵敏度。 5.整定保护 1、2、3 的过电流保护定值，假定母 线 E 过电流保护动作时限为 0.5s，确定保护 1、2、3 过电流保护的动作时限，校验保护 1 作 近后备，保护 2、3 作远后备的灵敏度。 二、硬件电路设计 包括 CPU 最小系统、电流电压数据采集、开 关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。 三、软件设计 说明设计思想，给出参数有效值计算及故障 判据方法，绘制流程图或逻辑图。 四、实验验证 给出实验电路及实验结果，分析实验结果同 理论计算结果的异同及原因。 续表 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系统接线图 . . 进度计划 第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：等值电抗和短路电流计算、电流 I 段整定计算及灵敏度校验。 第三天：电流 II 段、III 段整定计算及灵敏度校验。 第四天：硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分）。 第五天：硬件电路设计（控制输出、报警显示部分）。 第六天：软件设计（有效值计算、故障判据）。 第七天：软件设计（绘制流程图或逻辑图） 第八天：实验验证及分析。 第九天：撰写说明书。 第十天：课设总结，迎接答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 . . 摘 要 电能是现代社会中最重要、最方便的能源。在输送电能的过程中,电力系统希 望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,正确地整定计算及保护线 路的各种继电装置的可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点，极大限度的降低电 力系统的停电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。 选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。 力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。只有简单的保护装置不能达到目的 时，才考虑采用较复杂的保护装置。对于 35KV 的单侧电源供电网常采取三段式电 流保护的保护方式。 由于 WL1 段位于单侧电源的最靠近电源侧，所以必须进行 I、 II、 III 段保护; 对 WL2 段只进行 I、III 段保护。WL2 段由于 II 段不能保护下一段，只能保护本条 线路全长。因此对 WL2 段进行 III 段保护作为 WL2 段主保护拒动的近后备和 WL3 段的线路保障和断路器拒动的远后备。对 WL3 段只进行过电流保护作为主保护，而 WL2 段 III 段为其远后备保护。 关键词：电流；电压；整定；微机； . . . . 目 录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 输电线路电流保护整定计算.3 2.1 电流 段整定计算.3 2.1.1 动作电流的整定.3 2.1.2 灵敏度校验.4 2.1.3 动作时间的整定 .5 2.2 电流段整定计算 .6 2.3 电流段整定计算.7 第 3 章 硬件电路设计.10 3.1 微机保护的硬件组成.10 3.1.1 微机保护的特点.10 3.1.2 微机保护装置的硬件结构 .11 第 4 章 软件设计.12 第 5 章 实验验证及分析.13 第 6 章 课程设计总结.15 参考文献.16 附件.17 . . 第 1 章 绪论 电力系统在运行中，可能发生各种故障和异常运行状态。故障和异常运行状态 都可能在电力系统中引起事故。较其他电气元件，输电线路是电力系统中最容易发 生故障的一环。故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障区段，使非故障区 段正常供电，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。实现这些功能的就要 靠继电保护装置。随着微机技术的发展及现代社会对供电可靠性的提高，微机保护 装置正日益普遍的用于电力系统中。 无论传统继电保护还是现代微机保护，其基本任务都是：当电力系统被保护元 件发生故障时，保护装置应能自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切 除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；当电 力系统被保护元件出现异常运行状态，能根据运行维护的条件，而动作于发出信号， 减负荷或跳闸。可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运行，阻止故障的扩 大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电保护装置，提高整 定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定运行的要求，理应 得到我们的重视。 对电力系统继电保护的基本要求：动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满 足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。继电保护动作的选择性是 指保护动作装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小， 以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。分别是：快速的切除故障可以提高 电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小 故障元件的损坏程度。因此，在故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障； . . 继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或者不正常运行状态的反应能 力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短 路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反 应；保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故 障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不该动作的情况下，则不应该误动 作。 电力系统继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的。首先是与电力系统对 运行可靠性要求的不断提高密切相关的。熔断器就是最初出现的简单过电流保护。 这种保护时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电 设备的功率发电机的容量不断增大，发电厂变电所和供电电网的结线不断复杂化， 单纯采用熔断器保护难以实现选择性和快速性要求，于是出现了作用于专门的断流 装置的过电流继电器，利用继电器和断路器的配合来切除故障设备。19 世纪 90 年 代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式电磁式过电流继电器。20 世纪 初继电器开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认定是继电保护技术发展的 开端。 20 世纪 50 年代以前继电保护装置都是由电磁型，感应性或电动型继电器组成 的，统称为机电式继电器。20 世纪 50 年代，由于半导体晶体管的发展，开始出现 了晶体管式继电保护装置。20 世纪 80 年代后期，标志着静态继电保护从第一代向 第二代的过渡。再 20 世纪 60 年代末，就提出用小型计算机实现继电保护的设想。 70 年代后半期，出现了比较完善的微型计算机保护样机，并投入到电力系统中试运 行。80 年代微型计算机保护在硬件结构和软件技术方面已趋向成熟，并在一些国家 推广应用，这就是第三代静态继电保护装置。微型计算机保护具有巨大的计算分析 . . 和逻辑判断能力，有很强的存储记忆功能，可实现和完善各种复杂的保护功能。进 入 20 世纪 90 年代以来，在我国已得到广泛的应用，受到电力系统运行人员的欢迎， 已成为继电保护装置的主要型式。 在电力系统中，配电系统同电力用户的关系最密切，最直接、配电系统的安全 可靠供电直接关系各行各业的生产、千家万户的生活、甚至于人们的生命安全。因 此在配电系统中对继电保护有很高的要求。传统上采用独立的装置，有专门人负责， 希望继电保护装置能快速有效地检出，切除、隔离故障，并能快速恢复供电。配电 系统中的继电保护装置与整个电力系统的继电保护一样，历经了电磁型、晶体管型、 集成电路型、微机型的发展过程。至今，不同形式的保护还在配电系统中广泛存在 并发挥作用。对于微机型继电保护装置由于其性能的优越运行可靠，越来越得到用 户的认可而在配电系统中大量使用。同时，由于用户不断提高的要求和制造厂家的 努力，继电保护技术在配网中得到很大的发 展，并且超越原有的行业范围，走向多 功能智能化，而传统意义上的独立的继电保护装置正在消失。 本设计的总体思路是首先收集资料，确定设计方案。然后对等值电抗和短路电 流计算、电流 I 段整定计算及灵敏度校验。电流 II 段、III 段整定计算及灵敏度校验。 接着对硬件电路经行设计其中包括最小系统、数据采集、状态检测、控制输出、报 警显示等部分。再对软件经行设计其中包括对有效值计算、故障判据及其流程图的 绘制。最后进行实验验证及产生实验现象的分析。 . . 第 2 章 输电线路电流保护整定计算 电流、电压保护装置是反应相间短路基本特征（既反映电流突然增大，母线电 压突然降低），并接于全电流、全电压的相间保护装置。整套电流、电压保护装置 一般由瞬时段、定时段组成，构成三段式保护阶梯特性。 三段式电流、电压保护一般用于 110kV 及以下电压等级的单电源出线上，对于 双电源辐射线可以加方向元件组成带方向的各段保护。三段式保护的、段为主 保护，第段为后备保护段。段一般不带时限，称瞬时电流速断，或瞬时电流闭 锁电压速断，其动作时间是保护装置固有的动作时间。段带较小延时，一般称为 延时电流速断或延时电流闭锁电压速断。段称为定时限过电流保护，带较长时限。 对于 610KV 线路一般采用两段式保护。两段式保护的第一段为主保护段，第二段 为后备保护段。 电流、电压保护简单可靠，有一定反映弧光电阻的能力，因此，当保护性能满 足要求基本要求时，应优先采用。 2.1 电流 段整定计算 2.1.1 动作电流的整定 电流速断保护（电流保护 I 段）：根据继电器保护速动性的要求，保护装置动 作切除故障的时间，必须满足稳定和保证重要用户供电的可靠性，原则上总是越快 越好，因此力求装设快速动作的继电保护，电流速断保护就是这样的保护不可能保 护线路的全长。 对 P1 进行整定（WL1 段）I 段整定计算无时限电流速断保护为了保证其保护的 . . 选择性一般情况下只保护被保护线路的一部分，对于单侧电源供电线路，在每回线 路的电源侧均装设电流速断保护，在输电线路上发生短路时，流过保护安装地点的 短路电流计算式为如下所示，对于 AB 段线路 = IBd )3( min. LXX Ex s1min. A km km kv 2 . 1347 354 . 01 3 35 =A，其中 )2( min.Bd I 2 3 2 3 1max. LXX E s X 41.1029 354 . 03 3 35 km km kv Ex=。输电线路的额定线电压。为保证选择性，保护装置的启动电流应 3 Un n U 按躲开下一条线路出口处（B 点短路时，通过保护的最大短路电流（最打运行方式 下的三相短路电流）来整定。即从而 P2 后发生各种短路时，保护 P1 不动作，即 max. max. Bdreldop IKII 起动电流 （取）AIKI Bdrelop 64.1616 )3( max. 2 . 1 rel K 对 P 进行整定（WL2 段）：段整定计算启动电流：通过保护的最大短路电流 2 （最打运行方式下的三相短路电流）来整定 A026.709855.5902 . 1 )3( max. 2 . Cdrelop IKI 2.1.2 灵敏度校验 保护范围（灵敏度）校验按规定，在最小运行方式下，速断按保护的范围的相 对值时，为合乎要求，即)%2015(% b l )%2015(%100% min AB b l l l 当系统为最大运行方式三相短路时保护范围最大，当系统为最小运行方式两相 . . 短路保护范围最小，因此求保护范围是考虑最小运行方式： = op I )2( max.Bd I ds X XX E max. 2 3 其中代人上式得保护范围： min1l XXd =18.1km) 2 3 ( 1 max. 1 mins OP x X I E X l) 2 ( 1 max. 1 s OP n X I U X 则=15%满足要求。%l% 7 . 51 35 1 . 18 动作时限 t=0.5； 对 P 进行整定（WL2 段）灵敏度（保护范围） 2 为保证在最小运行方式下，速断按保护的范围的相对值合乎要求，即 )%2015(%100% min BC b l l l 保护范围=19.2043km) 2 ( 1 max. 2 . 1 mins OP Un X IX l 其中15%40 48 2043.19 sen K max. Cdrelop IKI 动作时限 t=0； 2.1.3 动作时间的整定 通常过电流保护的时限特性分以下两种：定时限特性，当短路电流大于保护装 置的启动电流时，保护装置动作。保护装置的动作时限是固定的，与短路电流的大 小无关。保护的这种特性称为定时限特性；反时限特性，当短路电流较保护装置的 动作电流大得不多时，保护装置的动作时限与短路电流的大小成反比。但是在短路 . . 电流很大的情况下，保护装置的动作时限受短路电流大小的影响很小，甚至完全不 受短路电流大小的影响。 保护装置的时限大小是从用户至电源逐级增长的，即；为了保证1234tttt 保护动作的选择性，每个时限之间应有一定的时间间隔，用时限阶段表示，即t 1212 2323 3434 ttt ttt ttt 这样构成的时限特性称为阶梯时限特性。按阶段时限特性选择保护动作时限的 这种时限选择原则叫阶梯原则。当 k2 点发生短路时，保护装置 4 较其他保护装置先 动作而切除故障线路；保护装置 1、2、3 在短路故障切除后立即返回。同理，当 k1 点短路时，保护装置 3 动作于跳闸，而保护装置 1、2 均不跳闸，只有当它们的下一 级保护装置或断路器拒动时才动作。 2.2 电流段整定计算 限时电流速断（电流保护段）：由于无时限电流速断不能保护线路的全长， 因此考虑增加一段新的保护用来切除本线路的上速断范围以外的故障，同时也能作 为速断的后备，这就是限时速断，称为 II 段电流保护，由于要求限时电流速断保护 必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下 一条线路出口处发生短路使，它就会误动作，为了保证动作的 选择性，就必须使保 护的动作有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关，为尽量缩小时限，首 先规定其整定计算原则为限时电流的速断的保护范围不超过下条线路电流速断的保 护范围；同时动作时限比下一条电流速断保护高出一个t 的时间段。 II II 段整定计算：由于无时限电流速断不能保护线路的全长，因此考虑增加一段 . . 新的保护，用来切除本线路的上速断范围以外的故障，同时也能作为无时限速断保 护的后备保护，这就是限时电流速断保护。称为 II 段电流保护，由于要求限时电流 速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去， 这样当下一条线路出口处发生短路使，它就会误动作，为了保证动作的 选择性，就 必须使保护的动作有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关，为尽量缩小 时限，首先规定其整定计算原则为限时电流的速断的保护范围不超过下条线路电流 速断的保护范围；同时动作时限比下一条电流速断保护高出一个t 的时间段。 流过下一条线路保护安装地点的短路电流为 = ICd )3( min. ds n XX U min. 3 A kv 855.590 4 . 0)4835(1 3 35 = )2( min.Cd IA XX U ds n 42.483 3 2 3 max. （1）、起动电流 动作电流按躲过下一条线路的无时限电流速断保护的动作电流进行整定， 1op I 则 2 1oprelop IKI 而 ； )3( max. 1Cdrelop IKI2 . 1 rel K1 . 1 rel K 则 =1.2 1.1 590.855=779.9286A 1relop KI rel K )3( max.Cd I （2）、灵敏度效验 保护安装的灵敏性，是指在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保 护装置的反应能力。其高低用灵敏系数来衡量。即 不满足要求，重新选择与仍不满足要5 . 132 . 1 9286.779 41.1029 )2( min. op Bd sen I I K rel K rel K . . 求，因此需要重新整定。 考虑与相邻线路的 II 段配合（BC 段） =264A220 2 relop KI ，满足要求。5.1899.3 264 41.1029 )2( min. op Bd sen I I K （3）、动作时限 为了保证选择性，限时电流速断保护应比下一条线路无时限电流速断保护的动 作时限高出一个时间阶段，即t 5 . 0 2 1 ttt 2.3 电流段整定计算 3 定时限过电流保护（电流保护段）。虽然无时限电流速断保护可以无时限 的切除故障电路，但它不能保护线路的全长，限时电流保护虽然可以较小的切除线 路全长上任意一点的故障，但它不能做相邻线路故障的后备，因此引入定时限过电 流保护，又称三段电流保护，它是指启动电流按照躲过最大负荷电流来整定的一种 保护装置。 III 段整定计算：定时限过电流保护反应电流增大而动作，它要求能保护本条线 路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路的主保护据动的近后备，也作为下一 条线路保护和断路器的远后备。其保护范围应包括下一条线路或设备的末端。另外， 过电流在最大负荷时，保护不应该动作。 (1)动作电流 按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自启动电流下继电器能可靠返回 max.L I 来进行整定 . . A529.323220 85 . 0 175 . 1 max. L re relss op I K KK I (2)灵敏度校验 要求对本条及下一条线路或设备相间故障都能有反应，其反应能力用灵敏系数 衡量。本条线路的近后备的灵敏系数规定为 近后备 满足要求。5.118.3 529.323 41.1029 本条.min. op d sen I I K 下一条线路远后备灵敏系数规定为 远后备 满足要求。 2.149.1 529.323 42.483 下一条.min. op d sen I I K (3)整定时间 由于电流 III 段保护的范围很大，为保证动作的选择性，其保护动作延时应比下 一条线路的电流 III 段的动作时间长一个时限阶段，即t ；1 2 1 ttt 下一条线路电流段的动作延时 2 t 对 P 进行整定（WL2 段）：III 段整定计算，因为 AB 段的 III 段保护不仅保护其本 2 条线路的全长，而且保护 BC 段的全长，这与 BC 段的 II 段的保护功能相同，从经 济性方面考虑，不再对其进行 II 段保护。直接进行 III 段保护 (1)启动电流 AI K KK I L re relss op 59.310220 85.0 12.1 max. (2)灵敏度 作为本条线路的近后备： ，满足要求5 . 1624 . 1 64.297 42.483 .min. op d sen I I K . . 作为下条线路的远后备 满足要求。2.1243.1 64.297 370 .min. op d sen I I K 对 P3 进行整定(WL3 段)对其进行 III 段定时限过电流保护。 (1)启动电流 按躲开被保护线路的最大负荷电流 ，且在自启动电流下继电器能可靠返回来进 行整定 AI K KK I L re relss op 64.297220 85 . 0 115 . 1 max. (2)灵敏度 作为末端只需考虑作为本条线路的近后备即可，而不考虑远后备的灵敏度校验。 不满足，所以 只要对 WL3 进5.1739.0 64.297 220 本条.min. op d sen I I K 行过负荷保护。 对 WL3 过负荷保护 动作电流 AI kK K I N TAre rel rop 220 . 式中 可靠系数，取 1.05； rel K 返回系数，取 0.85； re K 电流互感器的变比； TA K 电缆线路的额定电流。 N I 过负荷保护一般以长延时动作于信号，左右stp10 . . 表 2.1 各点短路时电流大小即整定电流的列表： 第 3 章 硬件电路设计 3.1 微机保护的硬件组成 3.1.1 微机保护的特点 微机保护充分利用了计算机技术上的两个显著优势：高速的运算能力和完备的 存贮记忆能力，以及采用大规模集成电路和成熟的数据采集，A/D 模数变换、数字 滤波和抗干扰措施等技术，使其在速动性、可靠性方面均优于以往传统的常规保护， 而显示了强大生命力，与传统的继电保护相比，微机保护有许多优点，其主要特点 如下： 1.改善和提高继电保护的动作特征和性能，正确动作率高。主要表现在能得到 常规保护不易获得的特性；其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护；可引进自 动控制、新的数学理论和技术，如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等， 其运行正确率很高，已在运行实践中得到证明。 2.可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加 低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。 3.工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准；装置体积小， 单位（A） WL1WL2WL3 Id )2( min. 1029.41590.85220 )3( max.d I1347.2483.42 op I264709.026_ op I779.93_ op I1616.64310.59 . . 减少了盘位数量；功耗低。 4.可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用 年限的影响，不易受元件更换的影响；且自检和巡检能力强，可用软件方法检测主 要元件、部件的工况以及功能软件本身。 5.使用灵活方便，人机界面越来越友好。其维护调试也更方便，从而缩短维修 时间；同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性、结构。 6.可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系 统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。 3.1.2 微机保护装置的硬件结构 微机继电保护的主要部分是微机，因此，除微机本体外，还必须配自电力系统 向计算机输入有关信息的输入接口和计算机向电力系统输出控制信息的输出接口。 此外计算机还要输入有关计算和操作程序，输出记录的信息，以供运行人员进行分 析事故，即计算机还必须有人机联系部分。 微机保护装置硬件系统如图 3-1 所示，一般包括以下几部分。 图 3.1 微机保护装置硬件系统流程图 . . 1. 模拟量输入系统 由于微机系统是一种数字电路设备，只能识别数字量，所以就需要将来自 TA,TV 的电流，电压这一类模拟信号转换为相应的微机系统能接受的数字信号。 2. 微机系统 微机系统是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器，只读存储器，随机存 取存储器以及定时器，“看门狗”等。微机系统用来分析计算电力系统的有关电量 和判定系统是否发生故障，然后决定是否发生跳闸信号。 3. 开关量输入输出系统 开关量输入输出回路由若干个并行接口适配器、光电隔离器件及有触点的中间 继电器等组成。 4. 人机对话接口回路 该回路主要功能用于人机对话，如调试、定值整定、工作方式设定、动作行为 记录、与系统通信等。人机对话接口回路主要包括打印、显示、键盘及信号灯、音 响或语音告警等。 5. 电源 微机保护的电源是一套微机保护装置的重要组成部分。通常采用逆变稳压电源， 一般集成电路芯片的工作电压为 5V,而数据采集系统的芯片通常需要双极性的15V 或12V 工作电压，继电器回路则需要 24V 电压。 电路原理图如图 3.2 所示 . . 图 3.2 硬件电路原理图 第 4 章 软件设计 微机保护系统的软件分为接口软件和保护软件两大部分。 1. 接口软件 接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。调试 方式下的执行监控程序，运行方式下执行运行程序。由接口面板上的工作方式或显 示器上显示的菜单选择执行哪一部分程序。 监控程序主要就是键盘命令处理程序，是为接口插件及各 CPU 保护插件进行调 节和整定而设置的程序。 接口的运行程序由主程序和定时中断服务程序构成。主程序只要完成巡检，键 . . 盘扫描和处理，及故障信息的排列。定时中断服务程序包括软件时钟程序，以硬件 时钟控制并同步各 CPU 插件的软时钟，检测各插件启动元件是否动作的检测启动程 序。 2. 保护软件的配置 各保护软件的 CPU 插件的保护软件配置为主程序和中断服务程序。主程序通常 由三个基本模块：初始化和自检循环模块，保护逻辑判断模块和跳闸模块，故障处 理模块。对于不同原理的保护，一般而言，前后两个模块基本相同，而保护逻辑判 断模块就随不同的保护装置而相差甚远。 中断服务程序一般包括定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。在 不同的保护装置中，采样算法有些不同或因保护装置有些特殊要求，使得采样中断 服务程序部分也不尽相同。不同保护的通信规约不同，也造成程序的很大差异。 3. 微机保护软件的三种工作状态 软件保护一般都有三种工作状态：运行，调试和不对应状态。不同状态时程序 流程也就不相同。有的保护没有不对应状态，只有运行状态和调试两种工作状态。 设计中所用程序见附件。 第 5 章 实验验证及分析 微机保护是用数学运算方法实现故障量的分析，测量，和判断的。而运算的基 础是若干个离散的，量化了的数字采样序列。因此，微机保护的一个基本问题是寻 找适当的离散运算方法，使运算结果的精度能满足工程要求。微机保护装置根据模 数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析，运算和判断，以实现各种继电保 . . 护功能的方法称为算法。 按算法的目标可分为两大类：一类是根据输入电气量的若干点采样值通过数学 式或方程式计算出保护所反应的量值，然后与给定值进行比较。另一类算法，他是 直接模仿模拟型保护的实现方法，根据动作方程来判断是否在动作区内，而不计算 具体的数值。虽然这种算法所依循的原理和常规的模拟型保护相同，但通过计算机 所特有的数学处理和逻辑运算，可以使某些保护的性能有显著提高。例如，为实现 距离保护，可根据电压和电流的采样值计数出复阻抗的模和幅角或阻抗的电阻和电 抗分量，然后同给定的阻抗动作区进行比较。这一类保护利用了微机能进行数值计 算的特点，从而实现许多常规保护无法实现的功能。这种数字式距离保护的动作特 性的形状可以非常灵活，不像常规保护的动作特性形状决定于一定的动作方程。继 电保护的类型很多，然而，不论哪一类保护的算法，其核心问题归结到底是算出可 表征被保护对象运行特点的物理量。如电流和电压的有效值相位，阻抗等，或者算 出他们的序分量，基波分量和某次谐波分量的大小和相位等。利用这些基本的电气 量的计算值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。 因为微机保护的算法比较繁琐，考虑到自己所学知识的有限和本次设计的要求， 在这里对微机保护的算法就只做大概的了解，不具体分析了，希望老师能够谅解。 但微机保护的算法对以后工作来说还是很重要的，所以在以后的自学和工作中还是 会重点学习和钻研的。微机保护常用算法主要有正弦函数模型三采样值算法；周期 函数模型等。 验证采取仿真形式，结果如图 5.1 所示 . . 图 5.1 仿真结果图 第 6 章 课程设计总结 电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。 它们之间的区别主要在于不同的原则来选择起动电流由于电流速断不能保护线路全 长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而又选择性 地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段 式电流保护。输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可 以了。 具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可 以三者同时采用。无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时 限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上， 装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限 . . 电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护 。 综上所述，无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定 的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作 电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电 流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原 则。它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。 这次继电保护课程设计，使我进一步的巩固了所学的专业理论知识，通过学习 我明白了继电保护装置是电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身 发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或 者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设 备，对以前模糊的地方也有了较清晰的认识。这次课程设计，使我积累了此类设计 的宝贵经验，这将对我以后求职必将有利，总之，本次设计中，我受益匪浅。 参考文献 1 贺家李, 宋丛矩. 电力系统继电保护原理M. 北京: 中国电力出版社,1994. 2 马长贵，高电网继电保护原理M.北京：水利电力出版社，1987. 3 毛锦庆,电力系统继电保护实用技术问答第二版M.北京：中国电力出版社 1999. 4 范锡普,发电厂电气部分M.北京:中国电力出版社,1987. 5 许建安,电力系统微机继电保护M.北京:中国水利水电出版社，2001. 6 何仰赞，温增银.电力系统分析第三版M.武汉:华中科技大学出版社，2002. 7 陈悦,电气工程毕业设计指南电力系统分册M.北京:中国水利水电出版社，2008. 8 芮静康,现代工业与民用供配电设计手册M.北京:中国水利水电出版社，2004. 9 胡虔生，胡敏强.电机学M.北京:中国电力出版社，2005. 10 刘介才，工厂供电第四版M.北京:机械工业出版社，2004. 11 西北、东北电力设计院电力工程设计手册第二册M，上海科学技术出版社出版，1981 12 许建安,继电保护技术M中国水利水电出版社，2004 年 . . 13 钟大文, 电力工程电气设计手册（电气一次部分）M.水利电力出版社，1989 年 14 卓乐友，董柏林电力