微机电流保护装置的设计定稿

2021-04-25 13:23:40本页面

微机电流保护装置的设计定稿


【正文】

. . . 摘要 在电力系统中,输电线路是最重要的部分,因此,输电线路的保护对于整个电力系统的稳定运行有非常重要的意义。电力系统继电保护装置是反映电力系统故障和不正常运行状态、并且作用于断路器跳闸和发出告警信号的设备。随着电力工业的发展和电压等级的不断升高,对微机保护装置的要求也越来越高,因此,研制出一种高性能的继电保护装置对于电力系统有重要的理论和现实意义。 论文论述了微机保护装置在国内外的发展历史和研究现状,详细的分析了短路故障的形成,原理及产生的危害,对线路设备造成的影响,以及三段式保护的相关设计原理和整定方法。并为此设计了一套由电压、电流采集电路;A/DMAX197转

数据采集电路和发光二极管显示电路组成的微机保护装置。 关键词:微机保护;三段式保护;短路故障;A/D转换; ABSTRACT Inthepowersystem,thetransmissionlinesisthemostimportantpart,therefore,thetransmissionlineprotectionforthewholeofthestableoperationofthepowersystemhasaveryimportantsignificance.Andthesafeandstableoperationofthepowersystemtothenationaleconomyandpeopleslifeandsocialstabilityhasaverysignificantinfluence。

Powersystemprotectiondeviceisareflectionoftheelectricpowersystemfaultandnotnormalworkingconditions,andhasaneffectoncircuitbreakertrippedandissuedawarningsignalequipment.Alongwiththedevelopmentoftheelectricpowerindustryandthevoltagelevelupwards,totherequirementsofthemicrocomputerprotectiondevicemoreandmoreisalsohigh。

therefore,todevelopakindofhighperformancerelayprotectiondeviceforelectricpowersystemisofgreattheoreticalandpracticalsignificance. Thispaperdiscussesthemicrocomputerprotectiondeviceinthedomesticandforeigndevelopmenthistoryandstatus,anddetailedanalysisoftheformationoftheshortcircuitfaults,principleanddangers。

theimpactofthelineequipment,andtheprotectionofthreedesignprincipleandrelevantsettingmethod.Andforthisdesignbyasetofvoltage,currentacquisitioncircuit;A/DMAX197transformcircuit;Dataacquisitioncircuitandledsdisplaycircuitcomposedofmicrocomputerprotectiondevice. Keywords:Microcomputerprotection;Tastingprotection;Shortcircuitfault;A/Dconversion 目录 1绪论 1 1。

1微机保护的意义 1 1.2微机继电保护系统的发展历史及国内外研究现状 1 1.3微机保护装置的特点 2 2故障分析与保护 4 2.1电力系统故障分析的目的与内容 4 2.2短路的种类 5 2.3短路的危害 6 2.4谐波概述 6 2.5继电保护的分类 7 2.5.1线路保护 7 2.5.2变压器保护 7 2.5.3发电机保护 8 2.5.4母线保护 8 3保护原理及整定方法 8 3.1电流速断保护 8 3.2瞬时电流速断保护(I段) 9 3.3限时电流速断保护(II段) 12 3.4定时限过电流保护(III段) 15 3.5三段式电流保护的特点 18 3.6零序电流保护 18 4微机式保护设计 19 4.1保护装置实现的功能 19 4.2结构框图 19 4.3数据采集电路硬件设计 20 4.3.1电压、电流采集电路 20 4.3.2数据采集电路 21 4.3.3硬件电路器件的介绍 22 4.3.4数据采集系统完成的功能 27 4.4按键和显示电路设计 27 4.5装置实现的功能 29 4.6装置的硬件抗干扰措施 30 4.7本章总结 31 结论 32 参考文献 33 附录一 35 附录二 36 附录三 37 附录四 38 翻译部分 英文原文 39 中文译文 50 致谢 58 . . 1绪论 1.1微机保护的意义 电力在国民经济和人民生活中处于非常重要的位置。

电力生产的规律、以及电力企业的自身需要,决定了电力必须安全生产。其对整个电力系统的安全至关重要。在运行过程中,电力系统时常会发生各种故障和不正常工作情况。最常见的故障是各种类型的短路。故障一旦发生,就会造成以下一些严重后果[1]: ①电力系统电压大幅下降,用户的正常工作遭到破坏。 ②故障处有很大的短路电流,形成电弧,烧坏电气设备。 ③通过强大短路电流的电气设备,由于发热和电动力的作用,影响其寿命并且遭到损坏。 ④破坏发动机并列运行的稳定性,引起电力系统震荡甚至使整个电力系统因失去稳定而瓦解。 ⑤故障时还可能发生人身安全事故。 设计电力系统继电保护装置的基本任务是:当电力系统发生故障时。

能自动地、迅速地、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,并使故障设备不再继续遭到损坏;当发生不正常工作情况时,能自动地、迅速地、有选择地发出信号交由工作人员进行处理。 由此可见,继电保护装置是任何电力系统必不可少的组成部分,研制开发一套切合实际的微机继电保护装置,对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大及发生,有着极其重要的作用。 1.2微机继电保护系统的发展历史及国内外研究现状 继电保护装置是电力系统的重要组成部分,它在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。 早在1965年,英国剑桥大学的P.G.Mclarm及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想.并发表了《SamplingTechniquesappliedtoderivationLetter》的文章。

1967年澳大利亚新南威尔士大学的L.E.Morrison预测了输电线路计算机控制的前景。1969年美国西屋公司与GE公司合作研制成功一套输电线路的计算机保护装置。这是世界上第一套比较完整的用于现场的计算机保护装置,它具备了计算机保护的基本组成部分。但由于当时微型机尚未出现,因此该保护装置是由一台小型计算机实现的。在整个70年代,各国的专家学者围绕算法理论作了大量的工作,为计算机继电保护的发展奠定了比较完整和牢固的基础。经过80年代的继续努力,现在计算机保护的算法已比较完善和成熟[31]。 70年代中期出现了单片微型计算机,微处理器和单片机的出现使计算机在电力系统继电保护的应用更加现实。1979年。

国际电子电气工程师学会教育委员会,组织了一次世界性的计算机继电保护研修班,对20世纪70年代以来的计算机保护的研究成果进行了总结和交流。世界各大继电器制造商都先后推出了各种商业性微机保护装置,到20世纪80年代中期计算机保护在电力系统中获得了广泛的应用。 在我国,计算机继电保护技术的研究和开发,起步比较晚,比先进国家大约延后10年。国内自1979年开始微机继电保护的研究工作,首先在各高校和一些科研单位开展了微机保护的研究工作,1984年4月,华北电力大学研究的以MC6809CPU构成的MDP—l型微机线路保护装置在河北某电厂投入运行,这是我国研究成功的第一套微机线路保护装置。我国微机保护的发展从硬件上看大体可分为三个阶段[2]: ①以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置。

②以多个8位单片机组成的多微机系统。 ③以16位单片机组成的多微机系统。 由于我国继电保护工作者的努力,从20世纪80年代中期开始,到目前为止,经过近20年左右的奋斗,计算机继电保护——特别是输电线路的微机保护已达到了大量采用的程度。输电线路的微机保护从用于500kV系统的保护装置到用于10kV线路的微机保护装置均有相应的产品,近年来,发电机、变压器以及大型发电机变压器组和母线的微机保护也相继研究成功,已投入使用。据2001年全国电力系统继电保护动作情况的统计数据,2001年我国220kV以上电网的继电保护动的正确动作率达到了99.13%,元件保护的正确动作率达到了90.3%。这些成果无疑与微机保护的成功应用分不开[17]。

1.3微机保护装置的特点 微机保护在发展过程中继承、借鉴了模拟式继电保护的成熟经验,并利用微机的优越性能把继电保护技术推向前进。实践证明,微机保护的性能显著优于传统的继电保护。微机保护与常规保护相比主要有以下特点[4][6]: ①常规保护是布线逻辑式,保护的功能完全依赖于硬件,而微机保护除硬件外.还必须具备相应得软件,因此微机保护可实现智能化。 ②常规保护的完好性是依赖于定期检验时发现的,在正常运行时保护装置的隐患不能及时发现,一旦系统发生故障,将产生严重后果,而微机保护装置可利用程序对其硬件进行在线自检,一旦发现问题,可立即报警。对于软件的异常及干扰的影响,可自动识别并排除。因而,

微机保护装置的可靠性大大提高。 ③常规保护装置的功能单一,仅仅是保护功能,而微机保护装置除了能够做到与常规保护完全相同的功能外,还可以提供一些附加功能,例如距离保护的故障类型判断,故障测距,故障录波,事件记录,零序电流方向保护的开口三角电压的极性判断。电压互感器的二次侧是否发生断线等信息。 ④微机保护具有调试维护方便的特点。微机保护装置由于具备友好的人机界面,依靠软件可在较短的时间内完成调试工作,特别是某些保护具有专用的调试仪器,除交流变送器部分,可自动对保护的功能进行快速检查。 ⑤微机保护具有完善的网络通信功能,可适应无人值守或较少人值守的自动化变电站。 ⑥利用微机的智能特点,可以采用一些新原理。

解决一些常规保护难以解决的问题。例如模糊识别原理或波形对称原理,识别判断励磁涌流,利用模糊识别原理判断振荡过程中的短路故障,采用自适应原理改善保护的性能等。 ⑦对于不同类型的保护对象,微机保护装置可采用完全相同的硬件结构,不同的保护功能体现在软件上,缩短了新产品的研制和开发周期。 ⑧微机保护装置本身功耗低,降低了对电流自感器和电压互感器的要求。另外,正在研究的数字式电压、电流传感器更便于与微机保护实现接口。 2故障分析与保护 2.1电力系统故障分析的目的与内容 在系统运行过程中常常会受到各种扰动,其中对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的且危害比较严重的有短路、断线、各种复杂故障亦指在不同地点(两处或两处以上)同时发生不同的断线或短路的情况。

在所有这些故障中短路又是最为严重的也是最为常见的情况。因此,故障分析的重点是对短路故障的分析。 所谓短路是指由于电气设备绝缘损坏,或由于运行操作不当,或由于人为和自然灾难的破坏等导致相与相或相与地之间发生短接。这种短接会使电流急剧增大,电压大幅度下降并进一步造成电气设备的损坏,电动机的停转或过负荷,电力系统中的功率平衡受到剧烈扰动而导致系统失去稳定等。为了减少短路造成的危害,继电保护是一种可以采用的手段。但是继电保护电路的设计与整定计算时需要有故障电流与电压方面的数据。此外开断故障电流的电气设备(指断路器等)也需要考虑清楚电气设备承受故障电流的能力。 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。

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