毕业论文-输电线路、变压器微机保护的综述

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE II -输电线路、变压器微机保护的综述摘要近年来微机保护在电力系统中的运用越来越广泛，微机保护具有可靠性高、使用方便及工艺结构的优越性等特点。使得其为电力系统中的重要组成部分。研究微机保护的工作原理及对输电线路和电气设备的保护是继电工作者的重要工作。本文首先对微机保护的发展历程做了简单介绍。介绍了微机保护的四个发展阶段。接着对微机保护的硬件装置、微机保护软件基础做了简单介绍。对于硬件结构主要介绍了微机保护对输电线路、变压器的硬件结构结构。软件部分不仅介绍了数字滤波器、保护算法、保护逻辑三类程序，还有微机保

2、护的保护逻辑程序。对微机保护逻辑程序框图原理的主程序和中断程序做了些介绍。接下来是讲微机保护在电力系统中的运用。主要讲述微机保护对输电线路和变电器的保护。介绍了输电线路的微机保护硬件和软件构成，还有线路微机保护的功能。对于变电器微机保护主要介绍其变压器微机保护电流平衡调整、变压器主体保护、主变压器后备保护及其特点。关键词 微机保护；微机保护软件原理；微机保护硬件配置；变压器；输电线路In Microprocessor-based protectionAbstractIn recent years, more extensive use of microprocessor-based prote

3、ction in the power system, computer protection with high reliability, easy to use and process structure of superiority and other features. Making it an integral part in the power system. Study of microprocessor-based protection works and the protection of transmission lines and electrical equipment

4、is to relay the important work of the workers. Firstly,a brief introduction to the course of development of the microprocessor-based protection. Describes the four stages of development of computer protection. Then, on the hardware devices of the computer protection, computer protection software inf

5、rastructure to do a brief introduction. Hardware structure of a typical structure of the computer protection device. The software part of not only the digital filter, the protection algorithm to protect the logic of three types of procedures, as well as microcomputer protection protection logic prog

6、ram. Do a brief introduction to the main program and interrupt routines of the computer block diagram of the principle of protection of the logic program.Next about the use of microprocessor-based protection in the power system. Focuses on computer protection of transmission lines and change electri

7、cal protection. Microprocessor-based protection of transmission line hardware and software structure, as well as the function of the line of microprocessor-based protection. Transformer microcomputer protection of Transformer Computer Protection current balance adjustment, the transformer main prote

8、ction, back-up protection and features of the main transformer.Keywords Microprocessor-based protection；Computer protection software principle；Computer protection hardware configuration; Transformer; Transmission linePAGE II- - PAGE IV -目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328562521 摘要 PAGEREF _Toc328

9、562521 h I HYPERLINK l _Toc328562522 Abstract PAGEREF _Toc328562522 h II HYPERLINK l _Toc328562523 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328562523 h 1 HYPERLINK l _Toc328562524 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc328562524 h 1 HYPERLINK l _Toc328562525 1.2我国线路微机保护的发展历程 PAGEREF _Toc328562525 h 1 HYPERLINK l _Toc328562526 1.2.1输电线路微机保

10、护的发展趋势 PAGEREF _Toc328562526 h 2 HYPERLINK l _Toc328562527 1.3我国变压器微机保护的历程 PAGEREF _Toc328562527 h 3 HYPERLINK l _Toc328562528 1.3.1变压器微机保护发展趋势 PAGEREF _Toc328562528 h 3 HYPERLINK l _Toc328562529 第2章 微机保护软件原理 PAGEREF _Toc328562529 h 5 HYPERLINK l _Toc328562530 2.1保护算法及其类型和任务 PAGEREF _Toc328562530 h

11、5 HYPERLINK l _Toc328562531 2.2微机保护的滤波器 PAGEREF _Toc328562531 h 6 HYPERLINK l _Toc328562532 2.3继电保护算法 PAGEREF _Toc328562532 h 6 HYPERLINK l _Toc328562533 2.3.1半周积分算法 PAGEREF _Toc328562533 h 6 HYPERLINK l _Toc328562534 2.3.2傅氏变换算法 PAGEREF _Toc328562534 h 7 HYPERLINK l _Toc328562535 2.3.3解微分方程算法 PAGER

12、EF _Toc328562535 h 8 HYPERLINK l _Toc328562536 2.3.4移相算法 PAGEREF _Toc328562536 h 8 HYPERLINK l _Toc328562537 2.3.5序分量滤波器算法 PAGEREF _Toc328562537 h 9 HYPERLINK l _Toc328562538 2.4微机保护逻辑程序框图原理 PAGEREF _Toc328562538 h 9 HYPERLINK l _Toc328562539 2.4.1微机保护主程序框图原理 PAGEREF _Toc328562539 h 10 HYPERLINK l _

13、Toc328562540 2.4.2开放中断与等待中断 PAGEREF _Toc328562540 h 12 HYPERLINK l _Toc328562541 2.4.3采样中断服务程序原理 PAGEREF _Toc328562541 h 12 HYPERLINK l _Toc328562542 2.5微机保护运行的工作设计原则 PAGEREF _Toc328562542 h 14 HYPERLINK l _Toc328562543 2.6 本章小结 PAGEREF _Toc328562543 h 15 HYPERLINK l _Toc328562544 第3章 输电线路、变压器的微机保护硬

14、件结构 PAGEREF _Toc328562544 h 16 HYPERLINK l _Toc328562545 3.1输电线路微机保护硬件结构 PAGEREF _Toc328562545 h 16 HYPERLINK l _Toc328562546 3.2变压器微机保护硬件结构 PAGEREF _Toc328562546 h 17 HYPERLINK l _Toc328562547 3.3 本章小结 PAGEREF _Toc328562547 h 19 HYPERLINK l _Toc328562548 第4章 微机保护在输电线路中的应用 PAGEREF _Toc328562548 h 20

15、 HYPERLINK l _Toc328562549 4.1.线路微机保护的软件结构 PAGEREF _Toc328562549 h 21 HYPERLINK l _Toc328562550 4.2超高压线路微机保护的功能 PAGEREF _Toc328562550 h 22 HYPERLINK l _Toc328562551 4.2.1启动元件 PAGEREF _Toc328562551 h 23 HYPERLINK l _Toc328562552 4.2.2方向元件 PAGEREF _Toc328562552 h 23 HYPERLINK l _Toc328562553 4.2.3距离元件

16、 PAGEREF _Toc328562553 h 23 HYPERLINK l _Toc328562554 4.2.4过流元件 PAGEREF _Toc328562554 h 24 HYPERLINK l _Toc328562555 4.2.5选相元件 PAGEREF _Toc328562555 h 24 HYPERLINK l _Toc328562556 4.2.6震荡闭锁元件 PAGEREF _Toc328562556 h 25 HYPERLINK l _Toc328562557 4.2.7重合闸及后加速 PAGEREF _Toc328562557 h 25 HYPERLINK l _To

17、c328562558 4.2.8其他辅助功能 PAGEREF _Toc328562558 h 26 HYPERLINK l _Toc328562559 4.2.9高压输电线路保护电容电流补偿方式 PAGEREF _Toc328562559 h 26 HYPERLINK l _Toc328562560 4.3中低压线路保护 PAGEREF _Toc328562560 h 26 HYPERLINK l _Toc328562561 4.3.1电流速断保护 PAGEREF _Toc328562561 h 26 HYPERLINK l _Toc328562562 4.3.2限时电流速断保护 PAGERE

18、F _Toc328562562 h 27 HYPERLINK l _Toc328562563 4.3.3定时限过流保护 PAGEREF _Toc328562563 h 27 HYPERLINK l _Toc328562564 4.3.4反时限过电流保护 PAGEREF _Toc328562564 h 28 HYPERLINK l _Toc328562565 4.4监控信息 PAGEREF _Toc328562565 h 28 HYPERLINK l _Toc328562566 4.5本章小结 PAGEREF _Toc328562566 h 29 HYPERLINK l _Toc32856256

19、7 第5章 变压器微机保护 PAGEREF _Toc328562567 h 30 HYPERLINK l _Toc328562568 5.1微机变压器保护的特点 PAGEREF _Toc328562568 h 30 HYPERLINK l _Toc328562569 5.2变压器的过流保护 PAGEREF _Toc328562569 h 30 HYPERLINK l _Toc328562570 5.3变压器微机保护电流平衡调整 PAGEREF _Toc328562570 h 31 HYPERLINK l _Toc328562571 5.3.1微机主变压器保护TA接线原则 PAGEREF _To

20、c328562571 h 31 HYPERLINK l _Toc328562572 5.3.2电流平衡调整系数 PAGEREF _Toc328562572 h 31 HYPERLINK l _Toc328562573 5.4变压器的差动保护 PAGEREF _Toc328562573 h 32 HYPERLINK l _Toc328562574 5.5变压器本体主保护 PAGEREF _Toc328562574 h 33 HYPERLINK l _Toc328562575 5.6主变压器后备保护 PAGEREF _Toc328562575 h 34 HYPERLINK l _Toc328562

21、576 5.6.1复合电压闭锁方向过电流保护 PAGEREF _Toc328562576 h 34 HYPERLINK l _Toc328562577 5.6.2变压器零序保护 PAGEREF _Toc328562577 h 34 HYPERLINK l _Toc328562578 5.7变压器微机保护的优越性 PAGEREF _Toc328562578 h 34 HYPERLINK l _Toc328562579 5.8本章小结 PAGEREF _Toc328562579 h 35 HYPERLINK l _Toc328562580 总结 PAGEREF _Toc328562580 h 36

22、 HYPERLINK l _Toc328562581 致谢 PAGEREF _Toc328562581 h 37 HYPERLINK l _Toc328562582 参考文献 PAGEREF _Toc328562582 h 38 HYPERLINK l _Toc328562583 附录 PAGEREF _Toc328562583 h 39- PAGE 10 - PAGE 48 -绪论课题背景自从20世纪60年代末期，计算机开始从离线分析电力故障系统和进行继电保护整定计算阶段，逐步进入直接构成计算机保护装置阶段。这在继电保护领域中是一个重大转折，从此继电保护进入微机保护的发展阶段。到了70年代初

23、期，计算机的制造技术出现了重大突破，使得以微处理器为核心的微型计算机进入了实用阶段，从而带来了微机型继电保护的研究高潮。到90年代的中后期，微机型继电保护装置已经开始在电力系统中得到广泛应用。1.2我国线路微机保护的发展历程我国计算机继电保护研究起步较晚。到70年代末期才开始从事这方面的研究和探索。起初是由华北电力大学、华中理工大学、西安交通大学、天津大学等院校和南京自动化研究所的继电保护科研人员在吸取国外先进研究成果的基础上研制出了不同型式、不同原理的微机保护装置。在1984年由华北电力大学研制的一套微机距离保护MDP-1型经运行后通过了科研鉴定，其型号即通常说的“01”型，于1987年投入

24、批量生产。揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的发展开辟了道路。在我国微机保护的初始阶段，微机保护装置的主要特点是采用单CPU结构及多电路转换的ADC模数变换模式。进入 20世纪 90 年代以后，微机型保护在我国已得到大量应用，成为了继电保护装置的主要形式。微机型保护具有强大的数字计算和逻辑判断能力以及优良的信息记忆能力，为传统保护原理的改善以及新原理的应用提供了良好硬件支持。此外，微机型保护易于实现较完善的硬件自检和软件自检功能，有助于提高其抗干扰能力和运行的稳定性。随着计算机技术、网络通讯技术的飞速发展，微机保护的智能化水平不断提高，故障录波、事件记录、故障测距以及数据通讯等辅助

25、功能也得以在保护中实现，这极大地简化了保护的运行维护管理，同时也为事故分析和事故后的处理提供了极大方便。由于微机型保护装置具有的巨大优越性和潜力，因而已取代传统的模拟式保护，成为继电保护的主流形式。应用于输电线路的保护方式主要有两种：即阶段式保护（如零序电流保护、距离保护等）和纵联保护。阶段式保护仅利用输电线路一侧的电气量来确定故障发生的范围，为保证保护动作的选择性及考虑各种误差因素的影响，这类保护的原理通常采用阶段式特性，因此不能实现全线无延时保护的要求。纵联保护是当线路发生故障时，两侧保护借助于通道交换信息使两侧同时跳闸来实现全线范围内的快速切除故障的保护方式。由于它只反映输电线路内部故障

26、，又称输电线路的单元保护。根据保护动作原理的不同，线路纵联保护又分为方向纵联保护、距离纵联保护和差动纵联保护三大类。方向纵联保护和距离纵联保护均通过本侧就地电气量信号，对故障方向（范围）进行分析判断，然后利用通道将本侧判断结果传送到对侧。每侧保护根据两侧保护的判断结果经过逻辑比较，来区分是区内还是区外故障；而差动纵联保护则是利用通道将本侧电流的波形信号或数据信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流之差的差电流结果来区分是内部还是外部故障。1.2.1输电线路微机保护的发展趋势继电保护的任务就是检测故障信息、识别故障信号，并由此决定保护的动作行为。因此，故障信息的识别、处理和利用是继电保护技术发展的

27、基础，不断发掘和利用故障信息对继电保护的进一步发展有着十分重要的意义。基于故障分量的继电保护原理的研究和应用在继电保护技术的发展历程中一直占用重要地位。在模拟式保护中，以故障分量为基础的零序电流保护、负序电流保护以及差动电流保护得到了广泛使用，并取得了良好的运行效果。在微机保护中，由于计算机具有的数据计算和存储能力，使得故障分量的获取更为方便，从而极大地推动了基于故障分量的保护新原理的发展。自上世纪 80 年代，人工智能技术的理论和方法取得了突破性进展，人工智能技术在继电保护领域的应用研究引起了人们的极大兴趣。人工智能就是由计算机来表示和执行人类的智能活动，如判断、识别、理解、学习、规划和问题

28、求解等。人工智能技术被广泛地应用于求解非线性问题，较之于传统方法有着不可替代的优势，迄今，国内外已开发出多种人工智能工具，包括：专家系统（ES）、人工神经网络（ANN）、模糊集（FS）、启发式搜索（HS）等，相关技术在电力系统中的应用研究也逐步展开，其中人工神经元网络技术在继电保护中的应用研究受到了广泛关注。当代继电保护技术的发展，正在从传统的模拟式、数字式探索进入信息技术领域。计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的信息交互手段。到目前为止，所有的继电保护装置只能利用被保护设备

29、的一侧或多侧电气量信息、保护动作特性和定值，特别是后备保护的特性和定值大多是按预设的“最严重情况”考虑，因此，极大降低了保护在其它故障情况下的工作性能。尤其严重的是，一旦某处保护动作异常且相邻保护失去配合，或者系统发生连锁性复杂故障，可能导致整个电网保护系统的崩溃，造成全网性的重大停电事故，给国民经济和社会生活带来极大危害。为了从根本上解决上述问题，继电保护的设计与运行不应仅局限于被保护设备本身，而应从保证整个电力系统安全稳定运行的角度，构建具有全局性的“系统保护”。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统

30、的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。微机保护的网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保发展的必然趋势。1.3我国变压器微机保护的历程变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它在整个电力系统中起着能量和电压转换的作用。电力变压器能否安全运行，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。由于电力变压器的重要性及其本身的贵重价值，一旦发生故障而遭到破坏，影响范围大，破坏系统的正常运行，将造成严重后果，在经济上必然带来重大的损失。在我国，自20世纪80年代以来，微型计算机及其应用

31、技术发展很快，在电力系统继电保护和自动装置的领域里产生了深远的影响。虽然我国在变压器微机保护方面的研究工作起步较晚，但进展迅速，并卓有成效。从硬件的角度来划分，我国的电力变压器微机保护的发展大体上经历了三个阶段:第一阶段是单CPU硬件结构，特点是采用单个CPU结构及多路转换的ADC模数转换模式;第二阶段是多CPU硬件结构，数据采集系统为VFC电压一频率转换原理的计数式数据采集系统。软件的设计方面，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件，对保护的跳闸回路，具有完善的抗干扰措施，防止拒动和误动的措施;第三阶段为以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不引出芯片，

32、电路简单的特点，抗干扰能力进一步加强，完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的支持。1.3.1变压器微机保护发展趋势随着计算机技术和通信技术以及各种新方法和新理论在变压器微机保护中的广泛应用，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。网络化。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。综合自动化。继电保护、操作控制和监测的集成化趋向称之为变电所综合自动化实际上，保护装置就是一台高性能多功能的计算

33、机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端，它可从网络上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。智能化。近年来，人工智能技术如自适应控制、神经网络、遗传算法 进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也开始 可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。微机保护软件原理微机保护软件主要是数字滤波器、保护算法、保护逻辑三类程序组成的。微机软件保护的流程是先数字滤波器先滤除噪声或不利于保护工作的信号，然后对数字滤波的输出作数据分析、运算，得到被保护设备运行

34、的各类参数，最终进入保护逻辑程序作出判断和处理。三类保护程序经常相互穿插在一起，一般保护算法中含有数字滤波功能；保护逻辑程序中插有保护算法，而保护算法中常带有逻辑判断。各类数字处理设备中都具有数字滤波功能，而微机保护就是一种数字处理设备，而且其滤波特性直接影响保护的精度和速度等性能，因此数字滤波对保护是很重要的。保护算法可以看成一种数字滤波器，而数字滤波的方法就是一种算法。2.1保护算法及其类型和任务在微机保护中，模拟电压和电流输入信号经过离散采样和模数变换后，计算机将这些数字信号进行分析、运算、判断，以实现各种继电保护功能的方法，称为保护算法。微机保护的算法按算法的目标可分为两类；（1）遵循

35、常规的模拟型保护的原理，运用计算机的数学和逻辑运算功能来实现的保护。例如，按模拟型保护的相位比较的动作方程式来判断故障是否在动作区内的距离保护，但它并不具体算不出阻抗值。这类多为反应工频稳态电气量的保护。（2）根据输入电气量的若干点采样值，通过一定的数学式或方程式计算出保护原理所反应的量值，然后与定值进行比较的保护。这类算法利用微机能进行数值计算的特点，其动作可以设计得十分灵活。这类算法容易实现反应暂态的、比较复杂原理的保护，目前用的较广的反映工频变化量的各类保护。保护算法的主要任务是从包含有噪音分量的输入信号中，快速、准确地计算出所需的各种电气量参数。所以，保护算法的内容主要是滤波和参数计算

36、。微机保护的算法有很多种，主要考虑的是计算的精度和速度。精度和速度往往是相矛盾的，若要精度高，则要利用更多的采样点。这样就增加了计算工作量，降低了计算速度。反之要提高速度，则需要利用较少的采样点，精度就会降低。保护算法除了要考虑精度和速度之外，还需要考虑的算法的数字滤波功能，滤除影响精度计算的高次谐波分量。总的来说微机保护的任务是寻找一种对保护有效的数字运算方法，使运算满足保护精度的要求下，尽可能的简便快捷地算得被保护设备的运行参数。2.2微机保护的滤波器在微机保护中，滤波器主要分为模拟型和数字型两类滤波器。把模拟型滤波器安排在采样电路之前是为了适应采样话的需要，将大于采样信号最高频率2倍以上

37、的高频信号滤除，以防频率混叠，确保不失真的对输入信号采样。这类用于采样前对模拟信号滤波，通常称为ALF模拟低通滤波器。数字滤波器是是微机保护算法中为了滤除保护算法原理中指定的高频分量及噪声分量、直流分量等影响快速、准确计算的信号。数字滤波器与模拟滤波器相比具有以下突出的有点：滤波精度高。通过加大微机所使用的字长，可以很容易的提高滤波精度。具有较高的灵活性。通过改变滤波器的算法或某些滤波参数，可以灵活地调整数字滤波器的滤波特性，以适用不同的应用场合的要求。稳定性高。模拟器件受环境和温度的影响要比数字型滤波器大得多。数字滤波器完全执行的是算法程序完成的。便于分时复用。采用模拟滤波器时每个输入通道都

38、需要装设一个滤波器，而数字滤波器通过反复调用滤波子程序，使一套数字滤波器滤波即可完成所有通道的滤波任务，并能保证给个通道的滤波性能完全一致。由此可见，微机保护总是采用软件来完成任务。2.3继电保护算法本文继电保护算法主要有半周积分算法、傅氏变换算法、解微分方程算法、移相算法、序分量过滤器算法。2.3.1半周积分算法当被采样的模拟量是交流正弦量时可使用半周积分算法，例如稳态短路电流的采样或后备保护的采样时可使用半周积分算法。该算法的依据是一个正弦量在任意半周期内绝对值的积分为一个常数s，并且积分值s和积分起点初相角无关。任何初始角开始到+的半周期内绝对值积分均为s。据此，半个周期的面积可写成：

39、（21） （22）在半周期面积S常数求出后，可以求出交流正弦量i的有效值。而半周期面积S常数可以通过梯形法求出和算出： （23）式中为第k次采样值，k=0时采样值为 ；N为一个周期的采样点数。只要采样点数N足够多，用梯形近似积分的误差可以做到很小。半周期积分算法本身就有一定的高频分量滤除能力。因为叠加在基波上的高频分量在半周期积分中其对称的正负半周相互抵消，剩余的未被抵消的部分占的比重少，但这种算法不能抑制直流分量。由于这种算法运算工作量较少，对于一些要求不高的电流电压保护可以采用次方法。2.3.2傅氏变换算法半周积分算法的局限性是要求采样的波形为正弦波。当被采样的模拟量不是正弦波而是一个周期

40、性时间函数时，一般采用傅氏变换算法。以电流为例，一个周期性函数I（t）用傅里叶级数展开为各次谐波的正弦相和余弦相之和，即： （24）式中，n为自然数，n=0,1,2表示谐波分量次数。电流的基波分量可以表示为 （25）它的一般表达式为 （26）将用和角公式展开并做比较，可以得到 （27）根据傅氏级数的逆变换原理可得 （28）在用微机计算和时，通常采用有限离散方法算得，即将i（t）用各采样点数值代入，通过梯形法求和来代替积分法。令，可得： （29） （210）式中N为一周采样点数；为第k次采样值；、分别为k=0和k=N时的采样值。最后可以算得基波的有效值和相角 （211） （212）与半周积分算法

41、相比较，傅氏变换算法可以计算周期性时间函数，还可以算出初始相位角，其积分运算结果同样具有数字滤波功能而且运算工作量也不大。2.3.3解微分方程算法解微分方程算法主要用于微机距离保护中计算阻抗，该方法利用电力线路中电压微分方程关系式。求解二元一次方程的未知数；短路故障线路阻抗R和线路电感L串联电路来表示，下列微分方程式成立 （213）式中R和L分别为故障点到保护安装处线路正序电阻和正序电感；u和i分别为保护安装处采样到的电压和电流瞬间时值。式中已忽略输电线路分布电容，实际上该电容具有滤除电压、电流中的高频分量的作用。因此，忽略该电容的作用会造成计算误差。为了克服这误差，在采样计算电压和电流前应经

42、低通数字滤波以消除高频分量对计算误差的影响。此外，这种算法还受电网频率在事故时发生的影响，从而使得算法在较大的低频范围内准确地计算故障线路路障的R和L。2.3.4移相算法移相保护也是微机保护的基本算法之一。较常用的有直接移相法，傅氏移相法等。最简单的移相是直接移相算法。该算法是取不同时刻的采样值就可直接移相。直接移相虽然简单，但只能移相的整数倍，调整级差为。除了直接移相还有傅氏移相法，它可以不受数据窗和采样频率限制，能移相任意角度。基波的复函数表达式为 (214)将移相任意角，只要将乘以就可以实现，其算法为（215）当为一定值时，和均为已知数，也就能算出移相后的值。2.3.5序分量滤波器算法微

43、机保护的序分量滤波器的应用比较广泛，因为负序和零序分量只有在故障时才会明显增大，而正序分量则明显减少，这些都是判断故障的信息。它们的变换不受负荷电流的影响，这是序分量滤波器的优点。以电压为例，对称分量的基本公式可以写为 （216）式中；，它们和组成模为1、相位差120的对称分量，称为运算子，用采样值表示时，可以改为（217）从式（217）中可以知道，只要、是已采样得到的采样序列，经过移相120后，就可以得到各序分量的序列值。2.4微机保护逻辑程序框图原理微机保护逻辑程序分为主程序和各种中断服务程序两大部分。主程序一般由三大模块构成：初始化和自检循环程序；保护逻辑判断程序；保护跳闸和后加速处理程

44、序。中断服务程序有采样中断、通信中断、定时器中断、电源异常中断等。保护程序流程都有其各自的特色，它们相互关联，构成一个软件系统。由于微机保护程序采用流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作和逻辑关系，所以在说明保护软件原理时总是采用程序流程框图来表达保护的工作原理、各个量之间的逻辑关系。通常程序流程按顺序执行或循环切换执行，在进入循环流程时，每循环一次循环次数N=N+1，程序将按N值切换流程方向。2.4.1微机保护主程序框图原理微机保护主程序见图（21）的保护逻辑判断模块，因各保护逻辑原理不同而差距较大，这里主要针对初始化和自检循环。图 21 微机保护主程序逻辑图2.4.1.1初始化“初

45、始化”是指保护装置在上电或按下复位键时首先执行的程序，它主要是对单片微机及可编程扩展芯片的工作方式、参数的设置，以便在后面的程序中按预定的方案工作。初始化有初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统初始化三个部分。初始化（一）是对单片微机及其扩展芯片的初始化，使保护输出的开关量出口初始化，赋予正常值，你保证出口继电器均不动作。初始化（一）是运行与监控程序都需要用到的初始化程序。初始化（一）后通过人机接口液晶显示器显示主菜单，由工作人员选择运行或调试工作方式。初始化（二）包括采样定时器的初始化、控制采样间隔时间、对RAM区中所有运行时要使用的软件计计数器及各种标志位清零等程序。初始化完成后，开始对

46、保护装置进行全面自检。若装置不正常则显示装置故障信息，然后开放串行口中断，等待管理系统CPU通过串行口中断来查询自检状况，向微机控制系统及调度传送各保护的自检结果。若装置自检通过，则进行数据采集系统的初始化。数据采集系统的初始化主要是指采样值存放地址指针初始化。2.4.1.2自检内容和方式在完成初始化（二）后进入全面自检.。全面自检包括对RAM、EPROM、EPROM等回路的自检。RAM的读写检查对RAM的某一单元写入一个数，再从中读出。并比较两者是否相等。若不相等，说明随机存储器RAM有问题，则驱动显示器故障信号和故障时间，故障类型说明“RAM故障”。显示故障的同时开放串行口中断并等待管理C

47、PU查询。定值检查每套定值在存入EPROM时，都自动固化若干个校验码。若发现只读存储器EPROM定值求和码与事先存放的定值和不一致，则EPROM有故障，则驱动显示故障字符代码和故障时间，故障类型说明“EPROM故障”及故障范围。EPROM求和自检及CRC自检求和自检EPROM时，将EPROM中存放的程序代码从第一个字节加到最后一个字节，将求和结果与固化在程序末尾的和数进行比较。若结果不同，则显示器显示相应故障字符、代码和故障时间、类型，说明“EPROM故障”。该求和自检方式算法简单，执行速度快，多用于EPROM的在线实时自检。但EPROM累加和自检在多个字节变位时漏检的可能性相对较大。对新投产

48、检验时常用CRC循环冗余码自检方法。CRC自检对每个字节的每个位均做规定的运算，错误检出率高，但执行速度慢，花费很长的CPU时间，因此不能用于在线实时自检。开入和开出自检开出自检主要检测开出通道是否正常，它是通过硬件开出反馈来检测的。开入自检可通过注入检测信号实现。2.4.2开放中断与等待中断在初始化之时，采样中断和串行口中断仍然被CPU的软开关关断，这时A/D转换和串行口通信均处于禁止状态。初始化之后，进行运行之前应开始模数变换，并进行一系列采样计算。所以必须开放采样中断，使采样定时器开始计时，并每隔T时间后发出一次采样中断请求信号。同理，进入运行之前应开放串行口中断，以保证管理CPU对保护

49、CPU的正常通信。在开放中断后必须延时60ms，以确保采样数据的完整性和正确性。2.4.2.1自检循环在开放了中断保护后，所有装备工作就绪了，主程序就进入自检循环阶段。故障处理程序返回主程序及保护整组复位，也是在这里进入自检循环。自检循环包括查询检测报告，专用及通用自检等。微机保护上电后必须进行初始化设置和检测,如进行堆栈指针设置、串行口、定时器工作方式的初始化等。通常微机保护面板上有一个工作方式开关，初始化后，由开关位置决定执行调试程序还是运行程序。如在调试方式，则转至监控程序，等待人机对话插件的调试命令。在运行方式下则进行全面自检，当全面自检通过后才进行数据采集系统的初始化，包括计数器的初

50、始化、采样值存放地址指针的初始化等。然后开放中断，通常等待60ms（三个周波）后才投入突变量起动元件的计算。如果开放中断后立即投入起动元件，由于RAM区的数据是随机的，会造成起动元件误动。自检循环中的通用自睑内容包括RAM区读写检查、EPROM求和检查、定值检查、开关量输出回路检查、开关量监视、对定值拔轮开关位置的监视、电压互感器二次断线检查、电流求和自检等。2.4.3采样中断服务程序原理中断开始后，首先进行采样指针更新，接着对采样数据进行差分滤波，滤除采样数据中的直流成分，并检测零序电压变化量，判断零序电压突变起动是否发生。如果发生，起动标志增加一次，否则起动标志清零。只要连续三点零序电压变

51、化量大于整定值，就确定第一突变点为故障发生点，并设定故障起动标志为l，计数器开始计时，否则清零故障起动标志并返回主程序。如果故障起动标志为1且计数器延时，开始计算中断程序中的保护程序输出，否则返回主程序。检测保护输出有出口否，有则修改中断返回地址为故障处理程序首地址，并返回；如保护无出口，返回主程序并顺序执行下面的程序。见图（22）图23采样中断服务程序框图2.4.3.1故障处理程序首先判断系统是否有震荡发生，若有则进入震荡闭锁模块，待振荡停息后返回整组复归入口，清零各种标志并恢复起动元件，准备好下次再动作。如判断确实有故障发生，则进入故障处理模块，包括选相子模块、继电器计算子模块和跳闸逻辑子

52、模块等。 (1)选相程序。故障处理程序的第一步是选出故障相别，以决定阻抗计算中应取什么相别的电压和电流，因为只有故障相的阻抗才能正确反映故障点位置。该型保护装置的选相程序首先计算三个相电流差突变量的有效值。并把它们分为大、中、小三类。如果(大一中)（中一小）则必定是单相接地，且小者对应的两相为非故障相。如不满足上述条件则为相间故障，且大者对应的两相为故障相。 (2)保护继电器计算程序，由具体继电器算法编制。 (3)跳闸后程序。判为区内故障时，ll0kV以上电压等级的微机保护系统通常驱动三个分相跳闸出口继电器，发出跳闸命令后40ms内不考虑撤销跳闸命令，以保证可靠跳闸。从40ms后判断故障相有无

53、电流，如无电流则认为跳闸成功收回跳闸命令；如发出跳今后0.25s仍有电流，则发三跳（后备三跳）命令，以期在本装置三跳出口回路拒动时起到后备作用。发出三跳命令后12s内三相均无电流，程序转至整组复归，取12s的原因是考虑三相重合闸最长时间不大于10s，发出三跳令后0.4s判断任一相是否又有电流，如有电流，则进入后加速程序段。2.5微机保护运行的工作设计原则通常情况下，微机保护系统的使用寿命为8-10年，到期后应根据设备的运行情况进行改造。目前，保护改造允许的停电时间也越来越短，在改造过程中，大量的时间都用来进行电缆的铺设和接线、回路等的调试，如果更换保护时不需要进行屏体和电缆的更换，而只更换装置

54、或者插件，就能大大减少停电的时间，减少保护改造的工作量，节约成本微机保护的功能是通过数据采集、执行出口和逻辑判断三个环节来实现的，其标准化设计的目标是各个环节接口的物理特征以及交换信息的标准，以此来实现保护屏体及二次回路的良好运行，达到屏体与二次回路的设计和保护装置的原理没有关联，提高保护装置的可靠性。新的设计原则要求：首先要统一保护屏的配置及保护功能的正确配置；其次，统一装置箱体的尺寸；第三，统一装置箱体的横端子及屏体的竖端子最后，统一包括软报文信号硬接点信号及软、硬压板，也就是新的“四统一”原则。按照新的“四统一”原则对设备进行改造，可以大大减少维护改造成本。在设备费用方面，对保护装置进行

55、维护改造时，仅仅更换了装置，其他配件均保持原来的状态，大大节约了改造成本在控制电缆方面，保护装置的二次回路未发生变换，也无需对控制电缆进行更换，节省了更换电缆的费用。在设计和施工调试费用方面，按照新原则进行施工，不需要拆除或者安装新的保护屏，也无需进行电缆和二次回路的接线和调试工作，更不需要重新设计二次回路，只需要更换装置进行调试即可，极大地降低了工程量，缩短了工时，节省了施工费用在停电损失及其他方面，新原则下，施工时间大大缩短，停电的时间也相应缩短，停电造成的损失也相应地减少 所以，新的“四统一”大幅度降低了改造工程的工程量，加快了工程改造进度，提高了电网的稳定性，值得我们大力推行。2.6

56、本章小结本章主要介绍了微机保护软件的程序组成。它是由数字滤波器、保护算法、保护逻辑三类程序组成的。首先讲述了保护算法的定义、类型及其功能。接着介绍了数字型和模拟滤波器的功能以及它们的不同点。接下来介绍了微机保护逻辑框图原理，主要介绍微机保护主程序框图和中断服务程序框图。最后介绍了下其工作运行原则。输电线路、变压器的微机保护硬件结构微机保护装置是指将微型机、微控制器等器件作为核心部分构成的继电保护装置。一般典型的微机保护结构由五个部分构成的，即信号输入电路、保护CPU系统、人机接口部分、输出通道回路及电源部分。3.1输电线路微机保护硬件结构输电线路微机保护装置的硬件结构如图（31）所示。 图3

57、SEQ 图表 * ARABIC 1 输电线路微机保护装置的硬件结构该硬件系统主要由以下几部分构成：(1) 模拟量输入系统( 或称数据采集系统) : 包括电压切换、交流输入与变换、压频变换与隔离、计数器等几部分. 其中压频变换与隔离、计数器共同构成VFC型的A/D转换器, 将模拟输入量准确地转换为所需的数字量, 并将数字电路部分与模拟电路部分隔离, 以减少共模干扰的影响。（2）保护装置采用了两个独立的数字信号处理器（DSP）插件构成保护单元。两个DSP插件硬件结构完全相同，公用模拟量和开关量输入信号，其启动元件接点串连于跳闸插件的电源回路，只有当两块 DSP 插件均发出启动跳闸信号时，装置才能对

58、外给出跳闸接点信号。采用这种方式，可有效防止DSP硬件故障导致保护误跳闸。每块 DSP 插件配置有相同的保护程序，可独立完成 AD 转换、数据处理、保护启动、故障判断、逻辑出口等功能。（3） 开关量(或数字量) 输入/输出系统: 由若干并行接口适配器( PIA或PIO) 、光电隔离器件及有接点的中间继电器等组成, 以完成各种保护的跳闸、合闸、信号、报警以及外部接点输入、输出等功能。（4）装置人机交互以及对外通讯通过管理单元插件完成。管理单元与保护单元之间仅通过串口通讯方式互连，且管理单元故障不影响保护单元的正常工作。这种分层式结构有助于提高保护单元工作的可靠性。除保护单元插件和管理单元插件外，

59、装置还包含有交流输入插件、信号板插件、跳闸板插件、电源插件以及母线电压切换插件等辅助插件。整个装置采用 6U 的背插式结构。装置采用背插件式结构, 把整个硬件电路按照功能和特点划分为几个部分, 每个部分做在一块印刷电路插件板上, 板上对外联系的引线通过后端的插头引出, 各个插件之间的连接通过机箱后部的母板实现。见图（32）图3 SEQ 图表 * ARABIC 2 机箱结构框图3.2变压器微机保护硬件结构在高压或超高压输电系统中, 大型高压变压器微机保护装置一般采用双重化配置, 两套独立的装置同时工作, “或”门出口。当一套装置出现异常停役时, 另一套装置仍可正常运行, 有效地防拒动。但是, 当

60、一套装置误动时, 整个保护将出现误动。因此, 在装置内部需采用两块DSP插件并行工作“与”门出口的方式防误动。目前比较理想是下层采用双DSP结构, 有两种做法: 一种是两块DSP插件分别完成变压器的主保护和后备保护的功能, 这样在实现“与”门出口时就需要四块DSP插件, 使得装置过于复杂, 当一块DSP插件出现异常时容易误动, 降低了装置的可靠性。另一种做法是每一块DSP插件同时完成变压器主保护和后备保护, 两块DSP插件并行工作“与”门出口, 这就需要更高性能DSP芯片。这里主要介绍后一种方法。保护装置为6U标准机箱, 采用后插式的插件布置方案, 使用整体式面板结构见图（33）。装置包括交流