10KV箱式变电站自动保护装置设计

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸编号:GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY毕业设计（论文）说明书题目 10KV箱式变电站自动保护装置设计学院： 机电工程学院专 业：电气工程及其自动化学生姓名：学 号：扌指导教师单位:姓 名：职 称：实验师题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件幵发桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸箱式变电站是世界上一种主要由高压开关设备和配电变压器以及低压变电装置构 成的变电站，随着我国市场经济的迅猛发展，国家在城市乡镇电网的建设和改造中，要 求高压能够直接进入负荷中心，形成高压受电 一变压器降压

2、一低压配电的供电格局。供 配电要向着节地、节电、紧凑型、小型化、安全、无人值守的方向发展，箱式变电站（简称箱变）正是拥有这些特点的最佳产品，所以在城乡电网中得到广泛应用。箱式变电站 的自动保护装置是在实现中无人值班看守的主要装置，它可以在系统发生故障时候，自 行处理，并且发出故障信号与记录故障信息等功能。自动保护装置是通过两次互感器的 作用然后把高压电变成0-5V的电压，接着再通过交流采样和采样保持，最后通过A/D转换电路变换成微机可以处理的数字信号，再通过一定算法，判断系统是否发生故障或 则不正常现象，当故障发生时，发送跳闸信号和报警信号等动作，从而实现箱式变电站 的自动保护工作。本课题的主

3、要内容，二次系统的电路微机继电保护设计其中包括电流速断保护、电流延时速断保护、过电流保护、过电压保护、低电压保护 和电流电压变换电路设计、数 据采集电路设计，以及箱式智能控制设计，报警、人机对话、通信等电路的设，完成一 套完整的箱式变电站自动保护装置。10kv箱式变电站的高压侧额定电压是 10kv，低压 侧额定电压是0.4kv。关键词：箱式变电站、数据采集、自动保护、微机继电保护桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸AbstractBox-type substation is a high-voltage switchgear, distributen transformers and lo

4、w-voltage substation equipment, with the development of market economy, the state in urba n and rural power grid con structi on and tran sformati on. Required high voltage directly to the load cen ter, formed un der high pressure - The step-dow n tran sformer - power supply low voltage power distrib

5、ution pattern Section for distribution to land, energy saving, compact, small, safe, un atte nded directi on, box type tran sformer substati on (referred to as Box cha nge) is the best product with these features, so get in urban and rural power grid widely used. Box-type substati on automatic prote

6、cti on device is the mai n guara ntee to achieve un atte nded, it can be whe n a system failure, automatic process ing, and sig nal and record functions. The role of the two tran sformers by the high-pressure tran sformatio n into a 0-5V voltage, duri ng the excha nge sample and hold, last, A / D co

7、n verter circuit tran sforms in to a computer to han dle the digital sig nal, through a certa in algorithm to determ ine whether the system failure or unu sual sce ne, whe n the failure to send trip sig nals and alarm sig nals etc, and to achieve box-type substatio n automatic protectio n.This topic

8、s of mai n content, sec ond times system of circuit computer followi ng electric protectio n desig n which in cludi ng electric velocity broke n protecti on, and curre nt exte nded speed broke n protect ion, and had curre nt protect ion, and had voltage protecti on, and low voltage protect ion and c

9、urre nt voltage tran sform circuit desig n, and data acquisiti on circuit desig n, and box type in tellige nt con trol desig n, alarm, and in teractive, and com muni cati ons, circuit of set, completed a full of box type substati on automatically protect ion device. 10kV rated voltage 10kV high-volt

10、age side of the box-type substation, Iow-voltage side voltage rati ng is 0.4kv.Key word: box-type transformer substation Data Acquisition、Automatic protection、 Microcomputer relay protect ion桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录1 绪论 11.1弓I言 11.2电力系统继电保护的作用及对它的要求 11.2.1微机继电保护的概念及其作用 11.2.2电力系统对继电保护的基本要求 21.2.3自动装置

11、与继电保护的关系 31.3继电保护的发展及微机保护的特点 31.3.1继电保护的发展过程 31.3.2微机保护装置的特点41.3.3线路主保护、后备保护整定原则 52供配电系统微机保护综述 82.1供配电系统主要功能 82.2硬件实现方案 92.2.1微机继电保护装置92.2.2计算机监控系统112.3软件实现方案 142.3.1微机继电保护软件设计 152.3.2监控系统软件功能 153主要器件的选择 163.1 SEPAM1000+20综合继电保护系统 163.1.1Sepam 1000+$20 系列的特点 163.1.2Sepam 1000+$20 系列模块化连接 173.2 CV-1高

12、压断路器 183.3 C4监控系统 193.4其他主要设备 193.4.1 高压配电柜 KYN28 12193.4.2低压配电柜 GCK194 10KV变电站自动保护装置设计 205软件设计及参数整定 255.1保护装置软件的基本功能 25桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸5.2自动保护装置软件的主流程 255.3采样中断程序流程 275.4线路的三段式电流保护整定 285.4.1启动元件285.4.2判别元件285.4.3方向闭锁元件285.4.4低电压闭锁元件286系统制作 296.1硬件部分 296.2软件部分与数据整定 306.3数字核心部分 326.3.1AT89S52 介绍3

13、26.3.2AT89S52引脚的功能介绍336.3.3主电路及其报警电路 366.4电路板制作与调试 366.4.1电路板的制作366.4.2硬件与软件调试 377结论 38谢辞 39参考文献 40附录 41附录1模拟电路原理图 41附录2模拟电路pcb图 42附录3模拟电路主程序 43附录4模拟电路0809采集程序 45附录5模拟电路显示程序 48桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共48页1绪论1.1引言随着国民经济的不断发展，用电用户对供电质量的要求越来越高，国家在城乡电网 建设和改造中，要求高压直接接入负荷中心，因此加强电网建设和改造成为电力系统中 又一工作重心，所以依靠科学

14、技术的发展，采用现代化的手段来对电网进行管理势在必 行。变电站是电力系统组成的一个重要部分，是电力网中线路的连接点，其作用是变换 电压、汇集和分配电能。变电站可否正确运行直接关系到电力系统的稳定和安全问题， 所以对变电站进行监控和保护有着相当重要的意义。高压受电一变压器降压一低压配电已经随着市场经济的发展成为了新的供电格局， 供配电向节约占地、节约用电、小型化、紧凑型、安全可靠、灵敏性、快速性、无值守 人的方向发展，箱式变电站正式具有这些众多特点的最优变电站，在现在的供电系统中 广泛使用。10K V箱式变电站在实际运用中被大量使用， 由于此种级变配电站在配电网中的承接 上下的作用，怎么提高该级

15、变配电站运行的可靠性和稳定性，成为电网提供高质量的用电的关键之处。其中10KV箱式变电站微机保护为变电站的安全控制做出了重大的贡献。 本课题主要讲述10K V箱式变电站微机保护的基本内容。1.2电力系统继电保护的作用及对它的要求1.2.1微机继电保护的概念及其作用社会的发展使人们的生活与电的关系越来越紧密。确保电力系统运行的安全可靠， 是每个电力工作者的第一任务。电力系统可否安全可靠地供电，由组成电力系统的各个电气元件能否正常运行来决定。而且电力系统的组成元件数量众多，结构不同，覆盖的 地域广，运行情况复杂，任何一个元件出现故障或者不正常运行都将影响电力系统的正 常供电。电气元件最常见的故障是

16、各种形式的短路，短路故障一旦发生，对电力系统将造成 极大的危害，例如： 很大的短路电流在故障点燃起的电弧将故障元件损坏。 短路电流流过一些非故障元件（如发电机、变压器、母线等）引起的发热和电动力将损坏这些非故障元件。 故障点附近的电压大大降低，使电力用户的正常工作和生活遭到破坏。 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解和崩溃。系统的不正常运行状态是指系统中的电气元件并无故障，但是因为某种干扰，参数 偏离正常值。这些非正常运行状态若不及时处理，就有可能发展成故障。我们虽然不可能避免电力系统中的电气元件发生故障或者非正常运作，但是我们可桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第

17、2页共48页以预防系统事故的发生。如果在加强电气设备的检修和维护的同时， 在电力系统中的每 个电气元件上加装一个有效的装置， 当电气元件发生故障或者非正常运行的时候， 此种 有效装置可以快速准确的切断元件故障的供电或则发出警报信号， 则可以大大减少事故 发生的概率。这种作用的装置在电力系统当中被叫做继电保护装置。其作用在于： 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。 当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理， 或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见继电保护是任何电力系统必不可

18、少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。1.2.2电力系统对继电保护的基本要求微机继电保护在电力系统中如果要起到以上所说的作用，则应该在技术上须满足 以下四个基本要求：选择性选择性指的是微机继电保护在动作的时候，对故障元件从电力系统中切出具有选择性，从而能够保障非故障元件任然可以继续安全工作， 避免故障造成的停电范围扩大。 在电力系统中，为了安全可靠的切出故障，一个电器元件上一般安装有几套保护装置，在电力系统中我们称这些保护分别为主保护、后备保护、辅助保护。主保护：反映在被保护元件上的故障，并能在相对短的时间内作出切除故障动作 的保护。后

19、备保护：在主保护不起作用的时候，做出切除故障动作的后补保护。一般情况下主保护的动作时间在12s内，后备保护根据其特点，动作时间相应调 整。速动性速动性指的是保护装置的动作时间应该尽可能短。这样可以 使系统电压恢复快，减少对广大用电用户的影响。 降低电气设备在故障中的损坏程度。 防止故障进一步扩大。 有利于恢复闪络处绝缘强度，自动重合闸的成功率得以提高。但是，我们也不能一味的追求保护作用的快速性，应该根据实际情况，按照系统稳定性的要求和微机继电保护整定配合的需求来确定保护的动作时间。灵敏性灵敏性指的是继电保护对其保护范围中发生的故障或者不正常运行状态的反映能力。灵敏度高，说明继电保护装置反映故障

20、的能力强，可以加速保护的起动。对反映故障参数大于整定值而动作的保护桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第3页共48页Klm =保护范围末端发生金属性短路时故障参数的最小计算值/保护的整定值对反映故障的参数小于整定值而动作的保护Klm=保护的整定值/保护范围末端发生金属性短路时故障参数的最大计算值对各种保护的灵敏系数要满足规程的要求。可靠性可靠性指的是保护在需要动作的时候，不能不动作；在不需要动作的时候，不能 误动。通常来说继电保护的可靠性决定于保护装置的品质和调试的水平。除了以上四个基本的要求外，在实际的选用中，还必须考虑到经济性，在能实现电 力系统安全运行的前提下，尽量采用投资少、维护费

21、用低的保护装置。1.2.3自动装置与继电保护的关系电力系统自动装置是一种为了提高供电可靠性、保证电能质量、提高电能生产和分 配经济以及减轻劳动强度的自动装置。 微机继电保护是一种速度而又有选择性地切除故 障元件的自动装置，显然继电保护从它发明开始就是作为自动装置而应用的。继电保护的重要性和他之后的发展让继电保护成为了一个独立的学科。随着科学技术的发展，继电保护和自动装置又渐渐的组合在一起，虽然它们各自依然有其独立性，但是他们的区分却开始淡化了。现在的微机保护大多数集成了自动装置，这并不是为了其实现多功能运作，而是为 了提高它的保护性能。这种集成了自动装置的微机保护装置之所以拥有多功能的特点，

22、得益于微机保护的组成，其组成采用了多单片微机系统的硬和软件的资源共享的特点。 继电保护功能要采集的系统基本参数基本都是一样的，数据采集部分使用的硬、软件程 序也都是一样的，它们之间的区别在于数据处理和程序逻辑部分的不同。显然，继电保 护装置只需要添加小部分自动装置的功能的数据处理和逻辑判断功能部分。但是，我们不能说这样微机保护和自动装置就可以互相取代。因为微机保护装置的重要性，无论什么时候都要注意保持继电保护的可靠性和独立性。除了继电保护装置要求功能可以相对独立外，自动装置中的一些重要控制装备，例 如备用的电源的自动投入，还有自动跟踪消弧圈也得独立设置， 其数据采集部分不依赖 于通信网络。1.

23、3继电保护的发展及微机保护的特点1.3.1继电保护的发展过程继电保护的发展过程要与世界工业技术的飞速发展关系密切。继电保护是随着电力系统的发展而同步发展起来的。20世纪初随着电力系统的飞速发展，继电器开始广泛应 用于电力系统的保护，这个时期是继电保护技术发展的正在开始兴起。熔断器是最早的 最简单的电流保护装置。自从20世纪50年代至90年代末，在40多年的时间里，继电桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第4页共48页保护完成了发展的四个阶段，即从电磁式保护装置发展到晶体管式继电保护装置、然后 发展到集成电路继电保护装置、最后再到微机继电保护装置。随着电子技术和计算机技术以及通信技术的飞速发

24、展，人工智能技术像人工神经网 络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在微机继电保护领域中得到的研究应用，继 电保护技术正在向计算机化、网络化、一体化、智能化方向迅速发展。19世纪的最后25年中，作为最早的继电保护自动装置熔断器已开始应用。电力系 统的发展，电网结构的日益复杂，短路容量不断增大，到了20世纪初期产生了作用于断路器上的电磁型继电保护装置。 虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置上， 但谁电子型静态继电器的也在大量推广和生产，只不过是在50年代其他固态元器件和晶体管迅速发展过后才得以实现。静态继电器有比较高的灵敏度和动作速度，不但维护 简单而且寿命长、体积小、消耗功率小等优点

25、，但是较易受环境的温度和外界的干扰的 影响。1965年出现了应用计算机的数字式继电保护。大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用，极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前微 机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段，并已有少量装置正式运行。目前随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装 置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局 出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失 去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力 系统正常运行被破坏时，尽可能将其

26、影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此 外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的 相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电 力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护， 还应研究、推广故障预测技术。1.3.2微机保护装置的特点微机保护主要是由硬件和软件两个部分组成的。硬件主要是包含计算机的输入信号的预处理系统、一台计算机和系统向计算机中输 入信息和计算机向外部输出信息的输入和输出端口、打印机、键盘以及调试整定

27、设备等。而软件主要是通过用汇编语言编写的计算机初始化程序、针对保护原理从而设计的 测量和判断故障的程序、数字滤波程序、计算机硬件和软件的自检程序等等。微机保护具有以下的优点： 一台微机保护装置除了具有保护的功能外，同时还能兼具故障滤波、故障测距或 者重合闸等之内功能。 微机保护装置可以通过用软件设计而改变保护定值和特性以便适应电力系统运 行方式变化的需求。有的时候还可以增加现有硬件的功能从而改变保护的性能，桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第5页共48页并且可以与计算机交换信息。 微机保护装置因为具有自动检测和自诊断功能， 可以自动检测出硬件的故障和对 输入数据进行校验改错，是的检测监视

28、工作变得更加容易，从而使保护可靠性能 大大提高。同时，因为它的硬件和软件的测试是自动进行的， 故不存在大量的调 试工作。 因为一套微机保护装置同时能够具有保护和测距以及滤波等功能；再加上它的体积小、耗电量少、维护工作量小，而微处理器的价格也在慢慢的降低， 这样使得 用户的投资成不也在降低。但是，微机保护同时也存在一些问题： 对于硬件和软件的可靠性的要求比较高，而且硬件很容易被新的硬件淘汰。 它与传统的保护有着根本的差别。传统的保护装置是每个构成部分都是由硬件构成的，保护的连线和张哥动作过程可以直接观察容易理解，使用者对于装置的动作原理和接线以及维护比较容易掌握；但微机保护的软件只有专门的设计人

29、员才 可以改写或者是调试，使用者比较难掌握它的操作和维护的过程。因此，为了适应微机保护装置的普及运用，必须更多的北洋专业化的微机保护的工 作人。1.3.3线路主保护、后备保护整定原则 单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护（1）瞬时（无时限）电流速断保护1）整定计算瞬时电流速断保护（又称第I段电流保护）它是反映电流升高，不带时限动作的一种 电流保护。在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。当系统电源电势一 定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为IEsXs XilEs X

30、s x.式中Es系统等效电源相电势；X s 系统等效电源到保护安装处之间的电抗；X!线路单位公里长度的正序电抗；l短路点至保护安装处的距离，km。电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第6页共48页Iop1式中 I爲=K rel I kB.max保护装置I段瞬时电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流;可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般取1.21.3;IkB.max被保护线路末端B母线上二相短路时流过保护安装处的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周

31、期分量的有效值。2）灵敏系数的校验瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保 护范围| min不应小于线路全长的15%r20%解式（1）得最小保护长度lmin 1V -Xs.max）Xi 2 lopiXs.max系统最小运行方式下，最大等值电抗，X1 输电线路单位公里正序电抗，11/km。解式（2）得最大保护区1 Elmax汁一 Xs.min）X 1 I op1Xs.min系统最大运行方式下，最小等值电抗，-1 ；式中同理,式中K：i通常规定，最大保护范围 lmax -50%l （ l为被保护线路长度），最小保护范围 lmin -（15%20%）1时，才能装设瞬时

32、电流速断保护。（2）限时电流速断保护 由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，因此可增加一段带时限的电流速断保护（又称第U段电流保护）。用以保护瞬时电流速断保护保护不到的那段线路，因此，要 求限时电流速断保护应能保护线路全长。1）整定计算限时电流速断保护的动作电流I爲应大于相邻支路的瞬时电流速断保护的动作电 流1 op 2，即 I op1 I op 2 ，I n = K n 丨 Iop1rel op2式中K；i 配合系数，因考虑短路电流非周期分量已经衰减，一般取 1.11.2。2）灵敏系数的校验其计算公式为IKsenI nop式中 I k.min -k.min在被保护线路末端短路时，流过保护安装

33、处的最小短路电流;桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第7页共48页1 被保护线路的限时电流速断保护的动作电流。规程规定，K sen亠1.3 1.5 o3）时限整定为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限t ,还要与保护2的瞬时 电流速断保护、保护3的差动保护（或瞬时电流速断保护）动作时限t2、t3相配合，即t =t 2 tt “3：t式中t时限级差。对于不同型式的断路器及保护装置，.:t在0.30.6s范围内。（3）定时限过电流保护1）整定计算定时限过电流保护动作电流整定一般应按以下两个原则来确定：A.在被保护线路通过最大正常负荷电流时，保护装置不应动作，即出op1L. max

34、B.为保证在相邻线路上的短路故障切除后，保护能可靠地返回，保护装置的返回电流I re应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自起动电流Is.max，即I re I s.max根据第B条件，过电流保护的整定式为Io；1KrelKss II L .max K re式中K 可靠系数，取1.151.25 ；Kss 负荷自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定，取25;Kre 返回系数，与保护类型有关。电流继电器的返回系数一般取0.850.95 ;I l .max最大负荷电流。2）灵敏系数的校验其计算公式为K _ 丨 k.min K sen m当过电流保护作为本线路主保护的近后备保护时，Ik.min应米

35、用最小运行方式下，本 线路末端两相短路的短路电流来进行校验，要求Ksen -1.31.5 ；当过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，Ik.min应米用最小运行方式下，相邻线路末端两相短路时的短路电 流来进行校验，要求Ksen -1.2 ;作为y,d连接的变压器远后备保护时，短路类型应根据 过电流保护接线而定。3）时限整定为了保证选择性，过电流保护的动作时限按阶梯原则进行整定，这个原则是从用桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第8页共48页户到电源的各保护装置的动作时限逐级增加一个/-I o在一般情况下，对于线路Ln的定时限过电流保护动作时限整定的一般表达式为tn =垢 i）.max *式中

36、tn线路Ln过电流保护的动作时间，S ；t（n1）.max 一由线路Ln供电的母线上所接的线路、变压器的过电流保护最长动作时间，So2供配电系统微机保护综述2.1供配电系统主要功能变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制 与测量回路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故 障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。变配电站综合自动化系统的管理计算机通过通信电缆与安装在现场的所有微机保护 与监控单元进行信息交换。管理计算机可以向下发送遥控操作命

37、令与有关参数修改，随时接受微机保护与监控单元传上来的遥测、遥信与事故信息。管理计算机就可通过对信息的处理，进行存盘保存，通过记录打印与画面显示，还可以对系统的运行情况进行分 析，通过遥信可以随时发现与处理事故，减少事故停电时间，通过遥控可以合理调配负 荷，实现优化运行，从而为实现现代化管理提供了必须的条件。220/380V氐压配电系统的保护现在仍采用低压断路器，因此 220，380V只有监控没 有保护。监控包括电流、电压、电度、频率、功率、功率因数、温度等测量 （遥测），开 关运行状态，事故跳闸，报警与事故预告（过负荷、超温等）报警（遥信）与电动开关远方 合分闸操作（遥控）等三个内容（简称三遥

38、），而没有保护。继电保护根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸越快。根据时间来进行选择性跳闸的称为定时限保护，定时限 在故障电流超过整定值后，经过时间定值给定的时间后才出现跳闸命令。瓦斯与温度等为非电量保护。可靠系数为一个经验数据，计算继电器保护动作值时，要将计算结果再 乘以可靠系数，以保证继电保护动作的准确与可靠，其范围为1. 31. 5。发生故障时的最小值与保护的动作值之比为继电保护的灵敏系

39、数，一般为1. 22,应根据设计规范要进行选择。继电保护装置动作的灵敏性和可靠性以及监控装置的稳定性决定着本系 统的性能。系统总体结构框图如图2. 1所示。RS-485接 口标准旧是一种平衡传输方式的串行接口标准，它和RS-422兼容。它允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器组合单元。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第9页共48页它是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络；具有传输距离远（最大传输距 离1200m）,传输速率快（1200 m时为100kb/s），抗干扰能力强，布线简单等优 点。图2.1总体

40、结构框图RS85 总线网络2.2硬件实现方案2.2.1微机继电保护装置微机继电保护装置一般采用插件式结构，通常包含交流变换插件、模数转换和微处 理器插件、人机管理插件、开关量输入插件、电源插件和继电器插件等。尽管不同厂家的产品采用的微处理器和模数转换方式可能不同，但微机保护装置的结构却基本相同典型的微机保护装置结构框图如图2. 22所示。电压形成串行接口光电隔离4通信低通滤波器（LPF）* S/HMPUROM一 FLASHRAM电压形成十低逋滤T SH3 1波器(LPF)数推采集系统并行接口定时器采样脉冲人机对话 开关量输入 卜打印机人机对话L开关量输入卜打印机亠开关量输出+开关量输出I （跳

41、闸、信号）跳闸、信号）丄逆塑圭燹丄壁鰹逐岂丄 逆翌圭逐華込翌逐制图2.22典型的微机保护装置结构框图桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第10页共48页其中模数转换包括A/D和VF(两种不同万式，其工作原理如图2. 23所示。开关量输入和开关量输出一般都经过光电隔离，以增强抗干扰能力数 据(a)多路转换采样保持的A/ D转换方式(b)VFC数据采集方式图2.23微机保护的两种数据采集方式随着微处理器技术的发展，内部集成的资源越来越多，一个处理器芯片往往就是一 个完整的微处理器系统，使得硬件设计变得非常简单。较复杂的微机保护装置通常采用 多CPUS构。多个保护CPUS过串行通讯总线与人机管理

42、CPU目连。通过装置面板上的键 盘和液晶显示实现对保护CPU勺调试与定值设置。人机管理CPUS计通过现场通信总线与 调度直接连接，便于实现变电站无人值守和综合自动化。表2.1各种保护需要采集的模拟量情况保护名称数量电压模拟量电流模拟量线路保护9UA*UB*UC*UO*UXIA*IB*IC*IO变 压 器变压器纵连差动7或10用于频率跟踪的高压 侧相（线）电压（1 个）两侧（双卷变）三项电流三侧二相电流（二卷变）负序过流+低压过流4接自母线的线电压（任1个）liA*liB*liC低压或复压过流6UA*UB*UCla*lb*lc零序方向过流1变压器中性点引出线上的1过负荷1或3一相1 （双卷变）三

43、侧各一相1 （三卷变）发电机纵差动6横差动1两中心点之间的电流（1个I ）负序过流及单项式低压过流4线电压（任1个）中性点侧IA*IB*IC桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第11页共48页2.2.2计算机监控系统对35kV以下的高压中心配电站主进、出线、母联可采用电力综合仪表来实现遥测、 遥信、遥控功能。该仪表与CT PTft接相连，采集高精度交流信号，经过离散数学计算， 即可测量出各个回路电量参数（测量精度为0. 5%），该仪表具有八路开关量输入，四路 继电器输出，同时带有自检功能，可与综合继电保护装置配合使用。女口：一般在高压10kV 中心配电站的主进、母联以及出线柜中采用电力综合

44、仪表与综合继电保护装置进行配合 使用，来实现高压10kV中心配电站的监测与保护要求，具体接线如图 2.24所示。由图2. 4可知：（1）CT PTft接接人电力综合仪表测量回路中，即可测量出该回路的电量 参数。实现该回路的“遥测”；桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第12页共48页（2）该仪表的八路开关量输入分别米集该柜:他旧VMaBYMbBYNcBBEDaLncnOJaco0 nnnnnnn n图2.24电力综合仪表与综合继电保护装置的接线图说明：综合继电保护装置输出继电器I 供接地故障跳闸信号。综合继电保护装置输出继电器| 供过电流跳闸报警信号。综合继电保护装置输出继电器I 供电流速

45、断跳闸信号。综合继电保护装置输出继电器I 供综合继电保护器内部故障跳闸信号。B内的辅助点（端子为68，69）引至电力综合仪表，提C内的辅助点（端子为80. 81）iJI至电力综合仪表,E内的辅助点（端子为74, 75）弓1至电力综合仪表。F内的辅助点（端子为70, 72）弓1至电力综合仪表,中断路器的分合闸状态、手车工作位置、电机储能状态以及接地刀闸位置，同时对 综合继电保护装置中的故障跳闸信号和内部故障进行采集、分析，给予报警，并显示该 回路的故障类型。实现该回路的“遥信”；（3）该仪表的继电器输出分别接至断路器的分、合闸线圈上，实现断路器的远程控制，即断路器的“遥控”。0.4kV低压主进、

46、母联同样采用电力综合仪表来实现“三遥”功能。该仪表与CT母线直接相连，采集高精度交流信号，测量该回路的实际电量，实现遥测，同时对主进、 母联开关的断路器合、分闸状态，框架式开关的位置以及故障报警等开关量实现遥信，桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第13页共48页并对断路器实现远程遥控。具体接线方式与图 2. 4基本相同。根据电力综合仪表的功能特点也可实现低压配电出线回路的“三遥”功能，因配电 室低压出线回路较多，故采用该仪表分散安装于开关柜内，分别对各回路实现“三遥” 功制”。模块集中组屏，可方便电力管理者对低压站出线回路集中管理。1、遥信利用开关量采集输入模块采集各出线回路开关分合闸状

47、态、开关故障报警信号、失 压报警信号、过压报警信号以及框架式开关的位置，并对变压器的风机状态、高温、超 高温信号等开关量实现监控，一个单独模块可采集 16路开关状态。具体接线方式如图2. 25所示：芈1芈芈*端子R11US K551R5911Rib1F1H11-11+11-1SMAT-R 1艸HL1新番器收恋/8J1图2.25开关量采集模块接线原理图2、遥测(1) 通过电流量输人采集模块采集各出线回路的各相电流，单个模块可采集16回路 电流。具体接线方式如图2.26所示。每一个回路可以由电流量输入模块采集该回路的电流，并根据测量的实际电压、功 率因数等来计算该回路的实际用电量。(2) 通过模拟

48、量输入模块采集变压器的温度信号、湿度信号以及液位信号等模拟量 信号(各个模拟量信号需有4,-,20mA或O一5V输出)桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第14页共48页SMAT-1100端子电流量输入4 STAb35361+191-201+3S4A0000AC/DC 22CVRS485+通讯图2.26电流量采集模块接线原理图3、遥控通过继电器控制输出模块分别对低压各出线回路 （带有电动操作机构、失压 脱扣器的开关1实现开关的远程分、合闸功能。单个模块共有 16路继电器输出。具体接线方式如图2.27所示。SMAT-C100继电器输出5678HCO-TQAC/DC 220VY O-MJ/DC

49、 22CVo oII1+191-罚1+1-3940AC7DC 220V图2.27继电器控制输出模块接线原理图现场管理机在本系统中位于中央管理机与各模块之间，作为一级底层控制单元，增加系统的可靠性。其功能是：进行现场调试，利用现场管理机动性对各模块进行现场参 数整定，独立完成现场显示工作，并将信号整理后通过ILS485通讯线发送给中央管理机， 同时接受中央管理机所下达的命令。可作为中央管理机的备用机，具有显示功能、自检 功能。2.3软件实现方案该变配电系统软件设计方面主要分为微机继电保护和监控系统两部分。这部分的软件实现各厂家在产品的设计实现过程中均已编写好程序，这里不作简单的重复，大概予桂林电

50、子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第15页共48页以介绍。2.3.1微机继电保护软件设计微机型继电保护实验装置的软件设计有三方面的内容：（1）实现微机保护数据采样和预处理的 DS程序，包括半周积分算法、全周傅氏算 法、解微分方程算法等多种算法，不同算法的精度和速度有所差别，在实验时可以灵活 选用；（2） 保护逻辑判断原理程序，所有实现各种保护原理的程序都存放在PCIO 4中高速 存取的CF卡上，不同保护原理对应不同的程序模块；（3） 实验微机操作平台的辅助教学软件采用多媒体技术，把采样数据处理成表单或 曲线图的形式，将动作过程处理成动画形式，可以帮助实验人员获得直观、形象的感性 认识，加深对抽

51、象的继电保护实验原理的理解，同时内部的信号分析工具，还可以显示 电气量的向量关系、信号的频谱等，便于研究人员进行深入的离线分析。2.3.2监控系统软件功能变配电站计算机监控系统所安装的监控软件是基于 Win dows环境下的电力系统专用 组态软件，能够运行在Microsoft晰11dOW$9xNT 2000、XF平台上。给用户提供的是 全中文界面，简洁的画面设计、灵活的组态方式，高性能 DDE区动程序，支持诸多工控 产品，并遵循开放式数据库联接（ODBC标准。允许通过第三方，如 MicrosoftAccess ， SQL Server，Oracle等访问本系统数据库。因而它带给您的是像 Wor

52、d Excel等软件轻 松、实用、高效的工作环境。系统软件功能：（1）显示功能显示变配电站实际开关柜体图、一次系统图，并在一次系统图上显示各开关的分、 合状态；显示各配电回路的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电 度、频率以及功率因数等电量参数；显示各开关的分、合状态和事故报警类别等；显示各回路电量参数的实时曲线图；显示变压器的运行状态以及高温、超高温报警；显示其他工艺设备的运行状态及故障情况。（2）报警功能状态报警：当变配电系统的开关出现过载跳闸、 短路故障跳闸以及综合继电保护装 置内部故障时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路 名称、事故类别

53、。超限报警：当变配电系统的各电量参数出现超过额定值时或其他工艺设备超限运行 时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第16页共48页三相不平衡系数报警：当变、配电系统的三相电流或三相电压值出现不平衡时(可自定义范围)，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路 名称。(3) 控制功能在变配电站总值班室中央管理机处，可以通过鼠标器控制各种高、低压开关(带有电动操作机构或者带有交流接触器)的合闸和分闸；同时也可实现电气闭锁功能，以防 止具有闭锁回路的开关误操作；在中央管理机处鼠标下达操作命令时具有密码识别功

54、能，只有操作人员输入正确密 码时才可下达操作命令。(4) 统计和打印功能统计和打印所监控的所有电流值、电压值、功率值、频率值、功率因数值以及这些参数一天24小时变化曲线；统计和打印各断路器运行状态变化时间及故障报警时间和类别；统计和打印各断路器的操作时间及操作人员代码；统计和打印有功电度、无功电度的一天24小时内单位小时用电量及电量棒图，同时具有峰谷计费功能。(5) 历史记录值班室计算机软件能将所监测并统计的各种电量参数、各断路器或开关的状态变化 时间、报警故障类别、操作人员代码和时间、开关机时间等永久保存，以便对整个变、 配电系统的运行情况进行分析。(6) 通讯功能系统内部遵循KS485!讯协议。与上位机通讯遵循 RS485或TCP/口通讯协议。(7) 自检功能本系统具有完善的自诊断功能。当系统发生故障时，诊断功能将提供详细的故障信 息，以便及时排除故障。3主要器件的选择在本设计采用微机继电保护装置后，在高压侧采用常熟开关有限公司CV 1高压断路器，配合施奈