高压输电线路微机保护系统

VI前言1.1研究背景及意义输电线路的保护是保证电网正常工作的核心自动控制设备，其性能的提高以及改进是科研和运行部门的重要工作。最近数十年的计算机技术的发展,特别是微型计算机技术的持续的改善和革新,使高电压传输线路,在现有的电磁保护,保护集成电路,集成电路保护,逐渐过渡保护系统及微型计算机保护的时代，成为发展的主要方向。当前，随着国民经济的迅速崛起，电气建设的进程逐渐加快。正在制定一项计划，以实现从西向东的电力输送，南北之间的相互供应以及整个国家的电网。高压和超高压网络的规模逐渐增加，网络结构也越来越繁琐，以及出现了网络运行安全性受到影响的问题，对保护性能提出了更为严格的要求。而且，对线路保护新原理的研究越来越具体，操作经验的不断发展以及计算机技术的快速进步，使得开发新型的高保护线路成为可能，同时微机高压线路更高效，更智能。所以，基于高性能硬件平台，对高压线路的更有效的微电子保护技术的研究和开发，目前在理论上和从理论上来讲都是重要的研究课题。通过开发有关线路保护原理的新研究成果，制定切实可行的计划。1.2国内外研究现状1.2.1线路微机保护研究现状与新进展传输线路的保护主要有两种类型。阶段保护(例如，零序列电流保护、距离保护等)和导频保护。我们只能通过使用传输线路侧面的气体量来确定阶段保护；为了保证保护措施的选择性并结合各种错误因素的影响，这种保护的原理往往是基于分阶段的特性，所以无法保证无延迟地满足保护要求整条线。纵联保护这一种保护类型，通过这种保护，在发生线路故障时，可以使用信息交换通道同时解锁保护的两侧，从而可以快速删除全面的缺陷。方向纵联保护的关键要素是辨别缺陷方向的要素。到目前为止，已经提出了几种判别故障方向的方法，并且相关的原理研究正在进一步发展。文献[8]分析了在电气系统和线路的不同工作状态下发生不同类型的短路时，相电压补偿型定向继电器的导通值与方向性之间的关系，并提出了基于该原理构成的比较型方向的纵向保护的情况；文献[9]提出了两种新型的转向器，以弥补带相电压补偿的转向器的不足：带相电压补偿的转向器和带相电压补偿的转向器;文献[10]在对正向缺陷成分的方向元素原理进行分析的基础上，实际分析和讨论了几个特别的问题(缺陷的缺点等)，比如说，大功率侧的灵敏度，防止振荡错误和故障线路上的空载闭合；文献[11]提出了基于补偿电压的突变体定向鉴别原理，并具体的研究了该标准在不同工作条件下的作用特性。距离保护始终是高压线路保护的重点形式。在高压输电网中，如果传输线路接地短路，则转移电阻可能会变大，所以距离保护需要足够的能力通过转移电阻来反映短路[12]。1960年代后期开始,先后30年里，有很多关于距离保护的研究，用新的原理和方法使接地距离保护经受住转变阻力，是主要的研究方向。在接地方向的现有阻抗中，如果单相接地短路是经由正向的转变电阻时，则会发生区外的过负荷错误动作的问题。区域故障的情况下，对转变抵抗的应对能力也下降。造成这一问题的原因是，在双面电源系统的情况下，如果发生单相接地，由于一侧的辅助电流的影响，在受保护的位置测量的转变电阻的电容性或感应性电抗器被追加，有进行误操作或拒绝保护的可能性。因此，方向阻抗阻抗作为测地阻抗不是理想的[13]。为了增强接地距离保护的相关性能，便提出了很多新的保护原理。文献[16]]对几种类型的突变量距离继电器的相关性能展开了对比，并对如何改善突然距离继电器的能力以响应过渡电阻的方法进行了说明。I0极化接地距离继电器表现出了反映高阻抗接地故障的优异性能，并且这一原理研究得到了人们的高度评价。文献[17]提出，零序列电流可以替换流过故障点的零序列电流，但两个序列的零电流的相位不同,因此更容易进入状态的驶过现象发生。文献[18]根据系统的实际运行条件,动作特性方程转换过渡抵抗承受能力提高,被改良的i0分极接地距离保护方式,提出了在特定条件下的系统动作,还有领域。外部稳态超验现象[13]。对于文献[19]，在上述基础上,双瘫痪偏见被零分极序列电流接地距离接力提议,零相位序列电流转换了，发送方和接收方是否根据个别被补偿及补偿，并且解决了区外障碍的稳定状态的超越问题。1.2.2线路微机保护发展趋势微机的继电器保护是一个综合性的领域，随着相关领域的不断进步而发展。新的保护原则将继续适用于计算机继电器保护，特别是暂时性的信息挖掘和故障应用。人工智能技术和网络信息技术的应用非常引人注目，显示出良好的应用前景。(1)有效利用故障过渡信息基于故障组件的继电保护原理的研究和应用，在继电保护技术的开发中一直占有重要地位。模拟保护，基于故障成分的零序列电流保护、消极序列电流保护、差分电流保护被广泛使用，得到了显著的工作结果。微计算机的保护，通过计算机的数据计算和存储功能，使故障组件的获取更加便利，大大促进了基于故障组件的新保护原理的开发。作为一种故障过渡保护的进波保护，在70年代末被运用[21][22][23]。从那以后，因为受到技术条件的限制和对故障过渡组件特性的不充分理解，过渡保护的开发和应用没有取得显著的进步。使用容错过渡组件形成微计算机保护，虽然实现原理不同，但是通常在传输线两端使用波形滤波器对瞬态信号进行滤波，区分内部和外部的故障[14]。这种方法的显著优点是保护动作只基于一侧的功率，不需要信道，动作速度快。但是，在高电阻地络等特定的故障状态下，有保护灵敏度不充分的情况。甚至巴士线的两端,使用电容器、高频和低频的障碍检测信号的功率谱密度的差异,内部及外部特定的障碍,使得高频过渡信号过滤,非通道的纯线高速形成保护的也可以，其相关研究内容越来越深化[15]。（2）人工神经元网络技术的应用1980年代以后，人工智能技术的理论和方法实现了跨时代的发展，在继电器保护领域的人工智能技术的应用研究受到关注。截止到今天，专家系统(ES)、人工神经网络(ANN)、fassetts(FS)、启发式搜索(HS)等各种各样的人工智能开发工具在国内外被使用[26]。电力系统相关技术，人工神经元网络技术在中国的应用研究也在逐步推进，在继电器保护方面的应用研究备受关注。1.3论文的主要工作和章节安排论文的工作主要是新的高压保护装置的开发集中,而且整体的类设计,保护系统的主要保护原理、硬件、软件开发和设备分析应用，包括静态仿真测试。论文的章节划分为:。第一章总结了微计算机线路保护的开发历史、研究情况、开发动向，介绍了主题背景，明确了论文的主要工作。第二章，从保护系统的总体设计开始，介绍保护功能的构成和硬件结构。第三章，重点对保护系统中使用的各种组件的基本原理进行分析，系统地介绍保护系统的技术方案。第四章介绍了软件结构和距离保护程序的设计，重点介绍了基于“中继功能模块”的软件设计创意和具体实现技术。第五章对全文进行了概括。

第二章保护装置的总体方案设计2.1保护总体方案设计依据在保护装置的总体设计中，必须结合高压线可能发生的实际故障情况和保护的实际操作要求。而且，为了改善现有的问题，需要借鉴以前的高压线保护的开发和操作经验，对于具体的缺陷，进行改善。2.1.1高压线路故障情况分析中国电力行业的行业标准“电力系统继电保护产品动态试验”是多年继电保护工作人员现场作业的经验。包含的线路继电器保护测试项目应该能够表示长期的高压线路动作。主要发生的基本障碍形式如下所示。1.保护区内外金属的缺陷分为瞬时和持久金属单相接地、两相短路接地、两相间短路、三相短路、三相短路接地。2.内部和外部抵抗引起的短路高压输电线路的情况下,地区和外部的0~100Ω过渡电阻内发生单相地考评,0~25Ω渡电阻(相之间弧抵抗)的两相短路接地、两相相间短路、三相短路和三相短路接地故障。3.系统的稳定性和破坏请考虑由静态或动态损伤引起的振动。在振动过程中，会发生区域内外的各种金属故障。4.TA断线请检查线路一侧的TA单相切断和切断后的内部及外部故障。5.TV断线请考虑线侧的TV单相和三相切断保护的动作。6.距离保护的暂态超越考虑到一些典型的电源阻抗对线阻抗比，在距离保护设置点附近发生各种各样的金属故障保护动作。7.弱馈侧障碍探讨在电源阻抗大的情况下各种各样的金属故障的动作和转移电阻故障的保护。根据上述行业标准所指定的动态测试项目判断，高压线可考虑的故障模式复杂，有很多动作条件。保护原则和功能配置的选择需要统一的规划、合理的配置和系统集成。2.1.2高压线路保护功能配置要求高电压输电线路的保护通常使用阶段III相间距离保护、III相接地距离保护、IV相零向电流保护等相保护。对于一些重要的线或特殊的线（短线等），需要考虑设置纵向保护的应用要求。因此，在微型计算机的保护方案的设计中，保护功能的构成必须符合各种实际应用的需要，各种保护功能必须能够根据实际情况灵活开启/关断。超高压输电线的主要保护是纵联保护，通常采用双结构。阶段距离保护和零序列电流保护主要被用作备用保护，它们的功能被相对削弱。当传输线路发生内部故障时，可以适当降低对分阶段保护的操作敏感性和及时性的要求。但是，在高压输电线中，相距离保护和零相电流保护是主要的保护渠道，因此提高和提高阶段性保护的性能起着重要的作用，但是在保护功能的构成和选择上也是需要注意的问题。关于距离保护，请考虑在现有距离I段的基础上增加高速I段，以加速保护重大出口故障的消除。高电阻的接地短路等非重大故障的情况下，由于故障电流小，对系统的影响相对较小。在当前情况下，有必要过分强调保护的及时性要求，避免保护动作过度。超高抵抗100Ω演替抵抗的110kv单相接地线等)的发生,为了防止灵敏度有必要注意的选择,这是保护不充分的保护灵敏度的故障。对于高压输电线来说，弱反馈保护是保护系统设计中的一个显著问题。线路发生故障时，弱反馈系统的正与负序列阻抗变增大，正与负序列的短路电流变小，对保护操作和故障的选择造成非常恶劣的影响，所以必须通过有效地策略来解决。2.2保护装置的功能配置2.2.1保护功能配置（1）方向纵联元件在电力系统中，部分高压输电线路承担着系统内联系线的功能，输电功率较大，在确保系统安全运行方面发挥着非常重要的作用。在动作的第二和第三阶段，需要相对较长的延迟。在线路的最后发生故障，如果设备只装备了距离保护，那么在一定的延迟之后故障就会被排除，可能会对系统的稳定性造成很大的影响。另外，由于测量精度的限制，线路短的情况下距离成分的保护范围变短，工作性能显著降低。为了满足高压线保护的各种应用要求，设备配备了全线快速断路保护和方向性纵向保护。方向性纵向保护是基于线路两侧的方向性组件对故障方向的识别结果。为了提高方向性导频保护的性能，使用基于序列补偿电压模数比较法的新方向性元件。（2）距离元件除了三阶段的距离保护，突变距离I也在增加。突然的距离要素，为了加速插座短路等重大的障碍的除去，被设定为给保护装置全体提供速效型保护要素。这只在故障发生后的初始时间内起作用(通常，动作时间是从故障开始到故障发生后的40毫秒)。作为高速保护元件突然选择距离元件的理由，是基于以下考虑事项。1.这个元件灵敏度高，提高了承受转变电阻的能力，不受故障部件的使用所带来的负载电流的影响。2.采用振幅比运动方程式实现保护功能，在微计算机保护中采用高速算法很方便。3.由于系统成熟的操作经验，在实践中很容易接受。（3）零序过流元件零序列电流保护是简单、快速且高灵敏度的，可以作为地络保护的主要形式使用。该设备还配备有VI段的零序列过电流保护。这不会受到零序列I、零序列I、零序列II、零序列III和零序列IV的影响，无论它们在每个方向上是否有方向。通过控制词来设定。非感性部分I根据避免非全相动作时的最大零序列电流来设定。在高电压传输线路的情况下，非感性段I可以提高零序列电流保护的工作速度，在传递或偶然地接地的情况下。零序列段IV主要用于反应高电阻地络。由于灵敏度高，设置值低，可以使用更长的延迟来提高保护操作的安全性。为了满足运用站点的各种应用要求，还具备了用户可以选择的逆时间零序列电流保护。2.2.2运行管理功能配置管理模块是基于微计算机的保护系统和用户之间的信息桥。首先，接受用户输入的设定值和控制命令，执行保护系统的手动操作、调试、数据信息获取。然后，通过内部通信，保护系统的工作状态和系统本身的状态被实时监控，故障信号通过指示灯管和显示接口在时间内被反映。为了更恰当地实现网站的运用及维护管理的基本条件，设定了以下主要的管理功能。系统设定：完成系统时间、密码、通信接口参数、CPU选择等设备主要工作参数的设置。固定值管理：固定值查询、固定值打印、固定值变更、固定值区域调整等。保护设备分为三种基本类型：工厂安装，I类用户设置和II类用户设置。保护设备分为三类：工厂安装，I类用户设置和II类用户设置。报告管理：报告管理主要包括报告开始（开始/未发出触发序列），问题报告（开始/未发出触发序列）和事件报告。可以对各种报表进行分类和管理，并根据需要进行上传。状态监视：可在线检测各开关的在线主要当前动作参数和动作状态。调试管理：包括模拟信道调试、开放信道调试、开放信道调试。进入调试管理后，将自动禁用所有保护功能，防止设备调试导致误动作。

第三章高压输电线路微机硬件设计3.1装置的硬件结构与设计根据保护装置整体设计的功能特点，硬件系统的设计针对每个类别采用多CPU并行工作结构模型。DSP插件具有相同的硬件结构。通用模拟输入信号，数字输入信号和初始组件结是连接至三个插头的电源电路。只有当两个DSP插件都发送开始拖动信号时，设备才可以执行拖动。这样联络信号，能够避免由于DSP硬件故障而导致的保护错误操作，每个DSP插件都支持单独的保护程序，例如AD转换，数据处理，保护启动，错误判断和逻辑终止。人机交互是通过管理单元中的插件实现的；管理单元和保护单元仅通过串行通信相互连接，而管理单元的故障不会影响保护单元的正常操作。该分层结构可以在一定程度上提升保护单元的稳定性。除单元插件和管理插件外，该设备还包括交流输入插件，信号板插件，信号插件，电源插件，总线电压开关插件等辅助插件，整个安装采用6U后插结构，每个插件都通过主板的AT96总线相互连接，实现了强功率和弱功率的分离，有效提高了系统的防干扰性能，从而提升了保护稳定性。基于以上分析，本文装置的硬件设计总图如图3-1所示。图3-1硬件总体设计图3.2主要插件的选型与设计3.2.1保护单元插件（DSP板）保护单元插件是基于微计算机的保护系统的核心，主要实现设备的保护功能。微处理器的性能直接决定设备保护的性能，考虑到电力系统应用领域的特殊需求以及当前工业计算机的发展趋势，选择保护设备作为KTDSP5081型DSP板作为保护单元。银结构具有结构严密，资源丰富，扩展性强，防干扰功能强，运行可靠的优点。KTDSP5081是专用的智能DSP板，TI的TMS320VC33数字信号处理单元使用CPU，滑板具有32个16位模拟输入通道，24个数字输入，30个数字输出和34k×32位。34K×32位高速灯泡存储器，256K×32位高速灯泡存储器，128K×8位只读存储器，存储保护程序以及通过串行EEPROM获得的16K×8位字节用于固定存储，而NVM存储器则具有1M×8位的满容量容量。它用于存储设备并跟踪故障报告和事件等。所有硬件资源（例如板球上的各种类型的内存，计时器，串行端口和中断）都根据内存访问方法进行固定放置。为了便于与管理板进行调试和数据交换，DSP板配备了rs-232、rs-422/485串行端口。TMS320VC33的引脚结构图如图3-2所示。图3-2TMS320VC33引脚结构图3.2.2管理单元插件管理单元是基于微型计算机的保护系统和用户之间的信息桥。首先面，接受用户输入的设定值和控制命令，执行保护系统的手动操作、调试和数据信息的获取。通过内部通信实时监控保护系统的操作状态和系统本身的状态，以及通过指示符和万向接口及时反射故障信号。各种插件（RCM2200）的处理是关键。AmericanZWorld和RabbitSemiconductor的RMC2200模块是Rabbit2000微处理器，具有256k闪存，128kRAM，4个串行端口和26个I/O端口，基于RCM2200模块，配备LCD监视器，9速操作面板，时钟芯片和各种通讯接口，可以使管理板坚固而轻松。它实现了显示和外部通讯功能，主要功能如下，从远程控制终端的控制,包括接受保护装置的操作、调试、数据信息的获取、保护装置和保护对象的动作状态的实时监视,实现液晶模块的界面显示的控制指令。基本的硬件结构如图3-3所示。图3-3管理板的功能3.2.3交流输入插件保护装置的AC输入插件主要用于分离和转换输入模拟信号。通过电压电流转换器，变压器所提供的二次电压和变流器所提供的二次电流进行转换，满足弱电流组件的要求。同时，输入转换器还负责二次电路和继电器保护。电绝缘和电磁屏蔽功能实现在设备内部电路之间，保护人体安全和保护设备内的微弱电流组件，减少高压电设备对微弱电流组件的干扰。基础线保护的需求响应,模拟输入接口组件,三相电压、零相电压、线电压用的合计5个电压信号转换频道,及保护用的三相电流和测量用的三相电流用的合计6个提供的电流信号通道的转换。3.2.4信号板插件信号板插件提供与继电器保护装置的输入和输出的开关值绝缘的传输信道，并且还用于驱动相关的信号继电器和指示符灯。改善功能,防止外部干涉元件的数字输入信号的相互连接,为了容易,所有外部数字输入信号都可以保护生物体免受直接连接，第一个信号板通过光进行电隔离，并且隔离信号由保护单元作为插件提供。来自保护单元的各种告警信号连接到信号板插件，驱动相应的信号继电器。信号继电器的常开接点用于面板灯的控制，另一个普通的连接点作为连接点信号输出，信号板上的两个启动继电器由两个监护插件控制。块保护单元的互锁功能。

故障分析原理4.1方向纵联元件在一部分特殊的用途中，为了保护全线快速动作需要高电压传输线路，所以设备上作为全线快速动作保护装备有方向纵联保护。方向纵联方向保护是通过线的两侧的方向组件来确定故障的方向，比较在两侧确定故障方向的结果，决定是否进行补救。为了提高导频保护的性能，使用基于序列补偿电压模数值的比较的新的故障方向识别元件来形成导频保护。序列补偿电压方向元素包括正序列急剧变化的方向元件、负序列方向元件和零序列方向元件。4.1.1基于补偿电压的正序突变量方向元件基于正相突变补偿电压的方向元件是使用正相补偿电压突变和母线正相电压突变之间的幅度变化来确定故障的方向。正序缪化量存在于各种容错条件下，具有一定的抵抗振荡的能力。图4-1示出了该方向元件具有很强的承受转变电阻的能力，当外部电池板向正负方向去除时不受电压恢复影响的大型电源侧面故障和电压灵敏度不足的影响的基本原理。如果系统出现故障，则可以根据覆盖原理将故障条件分解为正常负载的情况和故障附加的情况。故障追加网络图4-1(a)表示。这里，、分别表示故障点F1和F2的重叠和故障。前置振幅相等，、同时不存在逆相位的电压源。图4-1(a)的点Y是设定点。在方向保护中，点Y可以是在理论上受保护的线的一端和系统的相对阻抗的一端之间的任意点。保护元件补偿了线的1.5倍长。保护装置测量的电压和电流的急剧变化为、。为了提高大型系统的长期保护灵敏度，使用补偿电压的变量，图中与在整定阻抗上的压降为，即补偿电压突变量：（4-1）根据图3.1(a)、(b)可知，如果出现正方向故障，将具有以下关系：（4-2）其中，sZ如图4.1(a)所示为保护安装处背后的系统等值电源的阻抗。把(4-2)式代入(4-1)式得到：（4-3）将式(4-2)和式(4-3)进行对比，正方向元件的动作条件为：（4-4）其中ε为裕度门槛。与正方向元件类似(如图4-1(c))，反方向元件的动作条件为：（4-5）图4-1正、反方向短路时的电压突变量分布（a）故障附加状态网络图(b)正方向故障电压突变量分布(c)反方向故障电压突变量分布4.1.2负序电压补偿式方向元件结合正序列的快速变化方向元素的短暂有效时间窗，如果故障处于稳定状态，不能正确地获得快速变化，则使用负序列的电压补偿方向元素来弥补这个缺陷。负相电压补偿方向性要素由正向和负向两个部分构成。基本原理与正相突变量的方向是一样的。标准为：（4-6）4.1.3零序电压补偿式方向元件为了增大单相高阻抗对线路保护的灵敏度，添加了零序列电压补偿方向元件，标准如下。（4-7）此外，前面提到的定向元件是高速移动的，但是由于高频信道的影响和收发器的延迟，所以组整体的工作速度不会太高。为了保护I段(突变量距离I段)，依赖于信道的高速距离。本地侧的保护高速的情况下，I部分同时停止，而另一侧有可能以最高的速度跳闸。4.2启动元件保护启动部件用于继电器，该继电器在传输线故障时启动保护装置，并打开三孔插座的电源，以提高保护措施的安全性[35]，通过启动元件，明确故障发生的时间，精确计算所需的各种类型的趋同参数，控制相关保护功能的切换。启动元件必须能迅速、敏感地响应所有种类的故障，如果不发生系统频移或振荡等故障，启动元件必须避免频繁起动。在设备设计中，根据启动元件的采样值，使用第三种新的计算方法来提高可移动元件的故障和振动分类能力，连接零序列电流使组件起动，提高启动组件的灵敏度。4.2.1三相同时刻采样值启动元件在正常操作中，三相电流是对称的，可以估计：（4-8）在实际的系统中，由于不对称因素（例如线路旋转不完全），三相电流不完全对称，为消除正常负载电流对启动命令的波动和相移的影响，可移动元件采用了一种计算方法，例如电流的突然变化量。具体的判断公式如下。（4-9）次数，表示启动门槛值，三相电流的实际不对称，变压器特性的差异以及计算器引起的误差。一般是为了避免负载变动时的最大输出或系统运用的振荡而设定为。可移动部分有效地消除了不平衡量的影响，具有抑制共模干扰的能力，并且不需要开始相分离，计算量少，动态模式测试显示，启动元件的灵敏度高，可以有效区分振动和故障。4.4.2零序电流辅助启动元件当发生无法附着在基层上的情况时，由于瞬态电阻的影响，故障的数量相对减少，而在以大电阻安装基体时，指令成分的灵敏度不足，故障起动元件也配备了零时序电流辅助起动元件[37]。零序列电流启动元件使用半循环积分算法来检测零序列电流的整流器，根据振幅比较来判断起始条件是否满足。根据样品计算，从样品值看的起动灵敏度比启动元件的灵敏度高，动作稳定。此外，在较弱的供电端，序列为零的电流分量仍然较大，滞后为零的电流运动部分具有较高的灵敏度。（4-10）是零序列电流的半周积分，是两个循环前的零序列电流的半周积分值，其大小遵循系统的当前零序列不均衡。为可靠系数，确保零序列开始阈值总是高于当前零序列不平衡电流，设为为可靠系数，。4.3距离元件该保护装置配备有突发距离元件，三相距离元件和三相接地距离元件。相间保护使用脉冲串相间距离继电器元件和三相相间距离继电器元件。在接地保护中，使用了突变距离测量元件和三相接地距离继电器元件。由于各种因素，有时接地短路时的瞬态电阻会变大，所以对地间继电器的基本要求是在不超过的范围内尽可能提高过渡电阻的承受能力。4.3.1突变量距离元件在电力系统发生短路的情况下，按照重叠原理，可以分为故障前负荷状态和故障附加状态，突变距离是指反应继电器的动作电压（补偿电压）的相位或振幅的突变。振幅与振幅之比对转变电阻的响应强，微计算机保护的实现也简单。振幅比的动作条件如下所示。（4-11）（4-12）在上式中，代表补偿电压的故障分量。图4-2空载线直接短路时的电压分布图在图4-2中，、、为对应的故障点。故障前系统的所有点的电压相同，各故障点的故障前的电压大概在图4-2中，对应的故障点存在1、3个。故障前系统所有点的电压相同，假设每个故障点都是故障前的电压，则，无负荷线直接短路时的电压分布关系比较显著：故障出现在设定点，继电器位于临界的情况下；区域外的故障的情况（包括顺方向和反方向）；只有区域内发生故障时，才可满足式（4-12）。急变距离接力可以测量距离，可以知道有方向性。4.3.2相间距离元件距离继电器响应混合断开，接地断开和三相断开两种类型；在相同方向上的短距离变化不是很容易。这一般是比较小的电弧电阻。因此，对于转变抵抗不需要太强的抵抗。保护装置的相间距离测量元件选择正相电压分极继电器和负相电流分极继电器以及逻辑插座。在相间故障期间，正序列电压始终存在，几乎与故障前的恒定电压相同，由此，具有正串联电压极化的距离继电器具有良好的方向性，并保证了以不良串联电流为极化量的测距仪电流。消极定序反应器可以有效降低相间转变电阻对保护区的影响，防止稳定状态超过错误操作。对于对称的三相线性场故障，如果正序列电压比低，则使用正序列的记忆电压极化。当记忆电压消失时，根据记忆期间的保护动作，动作区域上下移动。关于相间距离成分保护的具体标准如下。正相电压极化的距离继电器I及II的基准如下。（4-13）如果三相短路在保护之前断开并在相反方向上出口，则恒定电压接近零，因此继电器无法保证正确的方向性，这需要存储的正序列电压。那么，低压起动元件的起动，段I切换为存储器电压分极距离元件：（4-14）记忆时间为40ms，如果在存储时间内判断为正故障的情况下存储电压消失，则距离继电器的错误测量值将自动反转，并且工作区域包含原点，所以能够保证如下的前向出口故障的可靠工作。在记忆时间内距离继电器不动作时，在记忆电压耗尽后提高阻抗阻抗，防止在记忆耗尽后接反电阻时的错误动作。因为受到侧电流助增和相间过渡电阻的影响,相短路时根据输电方面的保护被测定演替抵抗是容量性,根据电力方面的保护被测定演替抵抗性,因此,当电抗串扰时，会引起保护范围扩大或缩短的现象，并且这种电阻绕线轮可通过消除由传输侧的瞬态电阻引起的先验问题来维持保护区域的稳定性。。为了防止另一侧的电流增加和输电侧的相间转变电阻的影响，如果线路的端部区域外发生故障，转变电阻就会变成电容性的，引起超越现象。下述为负序电抗距离继电器。（4-15）

第五章距离保护程序的软件设计5.1软件总体设计当前，微机保护软件,主要是主程序,定期取样,以下程序及障碍处理程序在内的计算机编程的思想,根据各种各样的保护动作逻辑流程图根据变换将主要被实现。软件设计主要采用程序分支处理模式，为了节省存储资源，加快计算速度，根据时间顺序和逻辑将程序划分为多级程序，并根据时间将子程序激活；基于上述流程模式，时间顺序和逻辑混乱的软件设计方法如果顺序不明确，可能会造成程序调整，维护和功能扩展等不便，同时，程序过程复杂，很难分析保护措施。随着计算速度和芯片存储容量的增加，硬件资源不再存在“瓶颈”。在这样的情况下，在目前的微计算机保护的开发中，软件设计方法的改善和开发效率以及保守性的提高是需要解决的重要课题。设备软件通常分为两个部分:主程序和定时器中断处理程序。本文距离保护的主程序的设计与常规方法相同，主要包括设备初始化、电源自检，定值转换，数据通讯模块等主要程序过程如图5.1所示，其主要功能如下。图5-1主程序流程图DSP初始化:清除DSP寄存器，主要是采样定时器的初始化以及采样间隔时间的控制。NVRAM初始化:将事件记录信息区域及故障报告信息区域初始化。保护变量初始化：程序中使用的标志、计数器等的初始化。清开出：清开出是指设置保护设备的初始状态，以防止设备在保护活动之后的错误操作。上电自检：上电自检是确保保护正确操作的程序之一，包括EPROM自测试、固定值自测试、开放自测试、A/D自测试等。定值转换：将E2PROM的设定值转换为执行中的固定值。串口初始化:通信串行端口初始化包括波特率设置等。通信过程:主要完成物理层数据的收发。5.2基于继电器功能模块的软件设计方法在现有的模拟保护方法中，它主要由输出信号的几个单独的继电器组成，图5-2在电磁方向上的过电流保护的典型单相电路图中显示。操作员易于理解和掌握。同时，可以方便地检测和分析操作过程，但是需要添加微处理器,这些保护模拟的优点是没有被充分继承一个主要原因是，初期的CPU运行速度和内存容量的限制，使得程序设计计算和存储的效率的提高,强调程序制造分歧的时机和逻辑的关系会增加，导致程序流程变得复杂，模块设计变得困难。对于所存在的问题，在开发新的线路保护软件时，参考模拟保护的特性，采用基于继电器功能模块的新的编程方式。图5-2方向过电流保护的单相原理图此处，继电器功能模块设计有模拟保护结构，通过相应的软件功能模块来实现这种保护的“类型”继电器，例如，根据功能可以将距离保护分为相和地。在距离I，ii，ⅲ中的继电器元件，隔振元件，起动继电器和软件元件中，在采样间隔内为每个模块计算使每个模块（模块）继电器（继电器）成为继电器的继电器软件，并计算“动作”或“不动作的逻辑输出，通过每个功能元件的输出逻辑之间的联系，可以执行必要的保护。该软件的设计方法无需使用基于传统流程图的设计流程就可以将时间序列和逻辑分开，并且具有强大的模块化和清晰的结构，因此便于软件开发和维护，易于理解和分析，因此，每个继电器功能模块写下软件的操作和更改过程很方便，因此，在发生事故或为了保护而卸载软件时，分析保护软件的操作非常方便。它相对较低，对硬件平台资源的需求也较高，但是，计算机技术的不断发展，特别是高性能DSP芯片的应用，为实现上述编程方法提供了良好的硬件支持。5.3定时中断程序软件结构与实现定时中断程序是软件保护的重要组成部分，它是通过基于继电器功能模块的设计方法来实现的。图5-3示出了整个时序中断程序的结构。各模块，每采样间隔计算一次，没有跳跃和程序分歧依次执行。下面简单说明各模块的主要功能。图5-3中断程序结构采样模块：主要收集模拟信号和数字信号数据，并保存在指定缓冲区以供后续计算。通讯模块：主要完成物理层数据的发送和接收。。电气参数计算模块：基于取样数据，计算保护所需的基本电参数，如各相的基本频率电压、电流组件、序列组件、故障组件等。继电器计算模块：使用计算出的基本电气参数来模拟模拟保护结构的特性，形成各种“软件继电器”，提供相应的逻辑输出。“软件继电器”通常分为各种电力方向继电器、阻抗继电器、零序列过电流继电器、振动阻断继电器、时间继电器。保护动作逻辑运算模块：逻辑上调整操作继电器的输出以确定最终的保护操作，例如触发，调度，接收，警报等。以距离保护为例，该保护操作的逻辑图如图4.4所示。，根据上述逻辑关系，可以将图中各“软件继电器”的输出进行逻辑组合，以获得距离I的结束结果。数据记录模块：通常是时限故障报告和各种事件的数据记录，保留行动和分析的基础。图5-4距离保护逻辑框图基于继电器功能模块的软件设计方法具备模拟保护的相关特征，程序结构简单，模块性好，开发和维护简单。并且，软件的逻辑关系明确，记录保护的内部动作很方便。如果是距离保护，则5-4中指示的距离保护功能包括间接距离，接地距离，振动断路器和后续继电器。模块根据彼此相关的继电器进行计算，并且操作逻辑受到保护，将逻辑门和时间元素结合在一起。最后，得到了保护动作的结果，距离保护分为七种类型：距离继电器、软开关、逻辑门、时间组件、振动阻尼组件、起动组件、再闭合组件。这些组件的顺序组合构成了距离保护。所有的传递和相关组件的计算后,保护软件,软件使用开关和逻辑门组合理论,按照计划中被决定的逻辑图延迟等待,最后，实现了高压输电线路距离保护功能，通过“继电器功能模块”的设计思想，记录了每个继电器的结果和逻辑点数据，详细记录了保护动作的全过程。在使用继电器模块设计方法开发的保护程序中，采样间隔仅计算一次，与模拟保护相同，在具体的实践过程中，实现所有的计算不会对高速DSP芯片造成太大困难。，设备使用的硬件平台可以满足软件操作的要求。

第六章系统仿真本系统采用Proteus软件仿真。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。由于Protues不对stc12系列单片机提供支持，我暂且用AT89系列代替。用外部AD转换芯片进行模数转换。并且用变压器来代替电流互感器。根据系统设计要求作如下仿真：图6-1系统仿真图6.1部分电路分析1、本系统采用桥式整流电路，整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。此时需要在电路中加入滤波电容，让电流波形更加趋于平滑。电路如下：图6-2整流电路图如下图所示，在整流电路电压输入输出端加入示波器来对比显示整流效果a（整流前）b（整流后）图6-3整流前后对比图2、光电隔离。光电隔离的目的是使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。由于本系统现场信号是从高压输电线路中取得，而控制装置是低压的数字芯片，两者必须隔离才能工作，否则低压芯片很容易被烧毁。见图5-4，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力图6-4光耦合器图3、仿真中选用ADC0832芯片作为模数转换模块。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。图6-5ADC0832图4、本系统用5V直流继电器作为开关量输出单元，再接一个LED发光二极管来直观的显示继电器是否动作。由于一般单片机的I/O口并不具备直接带负载能力，我们可以用三极管来驱动直流继电器。此外，因继电器的内部是一个线圈绕组，相当于一个大容量的电感。而电感具有缓存电流的作用，如果电流过大则可能击穿三极管。因此，在继电器回路中加入一个二极管来释放电感中的大电流。图6-6开关量输出模块图6.2仿真结果图6-7系统仿真图经过调试，当变压器一次侧电压升高，二次侧及整流电路输出电压也随之升高，经模数转换后如果AD值大于预先设定的值，则可认为线路发生短路故障。此时，继电器动作，指示灯亮。

总结随着中国国家经济的快速发展，电力建设的进程逐渐加快。从西向东输电、南北互供、联合国系统结构正在趋于稳定。高压及超高压输电网络的规模不断扩大,网络结构趋于复杂化,输电网络运营的安全性问题越来越显著,对保护圣火的表演被提出新的更高的条件。因此,高性能硬件平台基于线保护原理研究的新成果,并使用高压线路微机保护进行相关的研究，具有重要的理论意义及实用研究的热门话题。本文基于高压保护的研究和应用情况，进行了详细的细分析的，整体保护计划的设计,保护原理的研究和分析,包括保护软件的开发和保护,新类型的高压输电线微型计算机保护相关研究开发工作进行了元件的测试及其他的侧面。本文的主要研究工作和成果为：1.按照高压线故障的特点和保护要求，设计了高压线微计算机保护装置的总体方案。该方法具有完善的保护，适应性强，人机交互性强，易于使用的特点。因此，该硬件平台可以更好地满足高压电线保护的应用需求。该硬件平台采用多CPU并行工作水平的方法，资源相对满意，具有一定的运行稳定性，并提供良好的硬件支持以提高保护性能。2.基于序列补偿电压模块的比较的定向纵向保护原理、基于补偿电压分布的改进的稳态相位选择方法、以及基于同时采样三