中压配电网微机线路保护原理分析程序设计Word文档下载推荐.docx

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学号：

指导老师：

刘娜

完成时间：

2013.5.29

摘要

本次毕业设计以10KV馈线为例，介绍了中压配电网线路的微机保护，并进行了相关的原理分析和程序设计。

同时根据继电保护的配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。

设计分为五个章节。

第一章为设计的基础，主要介绍了微机保护的形成、发展、装置特点及与传统继电保护装置的对比；

第二章为微机保护的硬件结构分析，包括数据采集系统、开关量等，并对微型机主系统进行了简要的介绍；

第三章为微机保护的算法分析；

第四章是保护方案的选择（电流保护，自动重合闸），包括整定计算及灵敏性校验；

第五章是流程图及程序设计，程序的优化等。

关键词：

中压配电网、电流保护、微机保护、算法、程序设计

Abstract

Thegraduationdesignwith10kvfeederasanexample,introducesthemicrocomputerofmediumvoltagedistributionnetworklineprotection,andhascarriedontherelatedtheoryanalysisandprogramdesign.Accordingtotheprincipleoftherelayprotectionconfigurationatthesametime,thechoiceofprotectionsettingandsensitivitycheck,determinetheschemeofprotection.

Designisdividedintofivechapters.Firstchapterforthedesignoffoundation,mainlyintroducestheformationanddevelopmentofmicrocomputerprotection,anddevicecharacteristicsandwiththecontrastoftraditionalrelayprotectiondevice;

Chapter2asthehardwarestructureofthemicrocomputerprotectionanalysis,includingtheamountofdataacquisitionsystem,switch,etc.,andtheminiaturemachineLordsystemwasbrieflyintroduced;

Thethirdchapterforthemicrocomputerprotectionalgorithmanalysis;

Thefourthchapteristoprotectthescheme（currentprotection,automaticreclosing）,includingsettingcalculationandsensitivitycalibration;

Chaptervistheflowchartandprogramdesign,programoptimization,etc.

Keywords:

mediumvoltagedistributionnetwork,currentprotection，microcomputerprotection,algorithm,programdesigning

1.绪论

1.1微机保护的概述

计算机技术的飞速发展，给科学技术、生产和生活方式带来了巨大的变化，在继电保护领域也不例外，微机保护正是随着计算机技术的发展逐步发展起来的。

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.Mclamr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《SamplingTechniqueappliedtoderivationLetter》的文章。

1967年澳大利亚新南威尔士大学的L.F.Morrison预测了输电线路计算机控制的前景[2]。

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己比较完善和成熟。

到70年代末期，出现了一批功能足够强的微型机，价格也大幅度降低，具备了用一台微型机来完成一个电气设备保护功能的条件。

同时还可以设置多重化的硬件，用几台微型机互为备用构成一个电气设备的保护装置，从而大大提高了可靠性。

由于微机保护具有优良的动作特性，它的发展非常迅速，应用也十分广泛。

在高压输电线路保护上使用微机保护装置，已经成为目前的一种标准保护配置方案。

其他元件微机保护的发展也非常迅速，应用领域也在不断扩大。

微机保护不但能够实现传统保护无法实现的更为复杂和优良的保护性能，而且运行维护更为简单，更重要的是其动作可靠性大大优于传统保护。

由于计算机技术的不断发展，微机保护的性能价格比也在不断提高。

目前，微机保护除了在高压、超高压电网中广泛使用外，也广泛应用于中低压输配电网络中。

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，但进展却很快。

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-1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：

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，到目前为止，计算机继电保护特别是输电线路的微机保护己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得产品，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，己投入使用。

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99.13%，元件保护的正确动作率达到了9.03%。

这些成果无疑与微机保护的成功应用分不开。

1.2微机保护与传统继电保护的对比分析

电力系统继电保护的基本任务是：

①自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；

②反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。

为此，首先要取得与被保护电气设备有关的信息，根据这些信息，按不同的原理，进行综合和逻辑判断，最后做出抉择，并付诸执行。

所以，继电保护的基本结构大致上可以分为三部分：

信息获取与初步加工；

信息的综合、分析与逻辑加工、决断；

决断结果的执行。

信息要通过电压、电流传送，有时还通过一些开关量传递。

早期，在机电型继电器中，电流电压直接加到继电器的测量机构，变换成机械力，然后在机械力的层次上进行比较判别，中间并不需设置其他的变换、隔离等环节。

随着电子技术的引入，为了适应电子器件的弱信号的要求，在电流互感器、电压互感器与电子电路之间要求设置一些传变环节。

通常使用所谓的电流变换器、电压变换器以及电抗变换器等等。

在晶体管型继电保护、整流型继电保护以及集成电路型继电保护中都采用类似的变换环节，其间并没有本质的差别，这些环节，可以称为“信息预处理”环节。

由于计算机是数字电路，其工作电平比集成电路的工作电平还低，因此，计算机继电保护同样也需要设置信息预处理环节，需要隔离屏蔽、变换电平等等处理。

在这个问题上计算机保护与原来的模拟式保护是一致的。

换言之，在这个问题上，模拟式保护的一些经验也是适用于计算机保护的。

继电保护的主要任务是操作、控制与被保护电气设备有关的断路器，使发生故障的电气设备迅速与电力系统分隔离开来，最大限度地减轻故障对电力系统的影响，减轻故障设备的损坏程度。

这种操作是通过控制跳闸线圈实现的，也就是给线圈通入电流实现的。

电流可以由接点控制，也可以由无接点的半导体器件控制。

出于可靠性的考虑，目前基本上仍是采用有接点的小型中间继电器，组成必要的出口逻辑。

这个方面计算机继电保护与传统继电保护也是基本一致的。

微机继电保护与传统继电保护的根本区别是在中间部分，即信息的综合、分析与逻辑加工、判断环节。

区别主要是在于实现上述功能的手段不同。

传统继电保护是靠模拟电路（或继电器元件）的构成来实现的，即用模拟电路实现各种电量的加、减、乘、除和延时与逻辑组合需求。

而计算机保护，即数字式继电保护却是用数字技术进行数值（包括逻辑）运算来实现上述功能的。

计算机上的数字和逻辑运算是通过软件进行的，即这些运算要通过预先按一定的规则（语言）制定的计算程序进行的。

这是与模拟式继电保护截然不同的工作模式。

也就是说，微机继电保护是由“硬件”和“软件”两部分组成的，硬件是实现继电保护功能的基础，而继电保护原理是直接由软件，即由计算机程序实现的，程序的不同可以实现不同的原理，程序的好坏、正确与错误都直接影响继电保护性能的优劣、正确或错误。

因此，微机保护的实质就是以微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的具有继电保护功能的自动化安全装置。

1.3微机继电保护装置特点

微机保护主要有以下特点：

（1）性能稳定、可靠性高。

机械型继电器的运动机构可能失灵，触点可能接触不良，模拟式静态继电器的元器件可能有故障，而微机保护中的功能是由软件实现的，没有上述缺陷。

批量生产的保护装置程序相同，各功能的特性一致，不受温度等条件的影响，所以性能稳定。

而且微机保护装置在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动。

另外它还有自诊断能力，能够自动监测出本身软硬件的异常并报警，因而大大提高了装置的可靠性。

（2）逻辑判断清楚、正确。

机械型保护由触点构成逻辑回路，模拟式静态保护由门电路构成逻辑回路，微机继电保护中主要由程序作逻辑判断。

前两者逻辑依赖电路实现，不符合人的思维逻辑，而且从硬件上看环节多，易出错，不可靠。

而在微机继电保护中功能均由软件完成，程序语句表达的逻辑完全符合人的思维，十分自然简单。

一般错误均能在程序调试和动模试验中发现，并得以纠正。

所以无论保护如何复杂，许多功能之间的复杂逻辑关系都编制在一个程序之中，都能正确反映设计思想，不会出错，并且程序被正确地复制到成批生产的各套保护装置之中。

（3）维护调试方便。

由于微机保护装置的硬件结构原理大致相同，各种复杂的功能是通过软件来实现的，所以也可以编制相应的软件来简化调试工作。

而且微机保护装置大都具有自诊断功能，一旦发现异常会自动报警，所以只要装置没有报警，就可认为装置是完好的，从而大大减轻运行维护的工作量。

（4）灵活性大。

由于微机保护装置的特性主要由软件决定，因此只要改