110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现.docx

110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现.docx

《110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现

中文摘要

并联电容器作为一种重要的无功补偿设备，被广泛应用于电力系统中。

但是在线运行的电容器各种故障频发，显现出传统的电容器继电器保护方式的缺陷和不足。

因此研制新一代智能化保护装置是解决电容器有效运行和故障保护的显得很有必要。

本课题进行110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现。

首先，对并联电容器的保护原理进行分析、研究，克服了一些传统继电器保护的缺陷和不足。

如传统继电器保护方式下，对桥式差电流保护和双星形接线的不平衡电流保护中发生的平衡性故障无法给予保护。

论文中给出一种改进新方法，即在桥差式电流和不平衡电流判断的基础上，增对三相电流变化的比较、判断，克服了上述缺陷。

该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过电压及电流进行数据采集并送入信号处理电路，从而准确地得到控制系统可以识别的数字信号。

该设计的软件部分对系统的主要流程作出了说明，讲述了单片机如何对处理得到的信号进行监视、判断处理，实现了过电压保护、过电流保护、不平衡电流保护、不平衡电压保护、欠电压保护和零序电流护等功能。

关键词：

并联电容器微机保护单片机

Abstract

Asanimportantparallelcapacitorreactivepowercompensationequipmentiswidelyusedinelectricpowersystems.Butthefaultlinerunningfrequencyofthevariouscapacitors,showsthetraditionalwayofcapacitorrelayprotectionofthedefectsanddeficiencies.Therefore,anewgenerationofintelligentprotectiondevicedevelopedtosolvethecapacitoreffectiveoperationandfaultprotectionseemsnecessary.

Followingthisthesubjectof110kVshuntcapacitorvoltageofmicroprocessor-basedprotectionandrealization.First,theprotectionofshuntcapacitortheoryanalysis,research,andtoovercomesomeofthetraditionalrelayprotectionofthedefectsanddeficiencies.Suchastraditionalrelayprotectionmode,differentialcurrentprotectiononthebridgeandthebinaryformofwiringinplacetoprotectthecurrentimbalanceinthebalanceoffaultcannotbeprotected.Paperpresentsanewmethodforimprovement,thatthebridgecurrentandunbalancedcurrentdifferentialbasedonthejudge,bycomparisonofthethree-phasecurrentchange,tojudge,toovercometheseshortcomings.

ThedesignofthehardwaretoATmega16asthecoreofthesystem,throughthevoltageandcurrentdatacollectedandsenttothesignalprocessingcircuit,sothesystemcanbecontrolledaccuratelyidentifythedigitalsignal.ThedesignofthesoftwarepartofthemainflowofthesystemmadeanoteabouthowtodealwiththeSCMtomonitorthesignalreceivedtodeterminetreatment,toachievetheover-voltageprotection,overcurrentprotection,unbalancedcurrentprotection,unbalancedvoltage,undervoltageprotectionandzerosequencecurrentprotectionfunctions

Keywords；shuntcapacitorMicrocomputerProtectionSCM

目录

第一章绪论1

1.1课题背景及意义1

1.2基于微机的电容保护装置发展及现状1

1.2.1国外的发展与现状2

1.2.3存在的问题4

1.3论文的主要工作5

第二章并联电容器运行特点及配置研究6

2.1高压电容器组的结构跟接线6

2.1.1相关术语定义6

2.1.2电容器组结构7

2.1.3接线方式8

2.2条件下电容器组运行特性研究研究10

2.2.1谐波条件下并联电容器过电压以及谐振的研究10

2.3并联电容器保护相关条款14

2.4本章小结16

第三章基于微机的电容保护原理的分析与研究17

3.1电容器组故障类型及保护方式17

3.1.1故障类型17

3.1.2保护方式17

3.2电容器组保护原理18

3.2.1电容器组与断路器之间连线、电容器组内部连线上的短路故障保护18

3.2.2电容器组过负荷保护19

3.2.3电容器组过电压保护19

3.2.4电容器组欠电压保护20

3.2.5多台电容器切除后过电压保护20

3.3保护方法的改进研究28

3.3.1谐波条件下电容器组过电压保护的研究28

3.3.2桥式差电流保护和不平衡电流保护的研究30

3.4本章小结34

第四章基于微机的电容保护装置硬件设计35

4.1ATmega的选择35

4.3.1ATmega16微处理器35

4.2信号输入模块电路设计36

4.2.1模拟量输入电路设计36

4.2.2开关量输入电路设计37

4.3晶振和锁相环接口38

4.4电源设计38

4.5硬件抗干扰技术39

4.6本章小结40

第五章基于微机的电容保护装置软件设计41

5.1主程序流程图设计41

5.1.1.程序说明41

5.1.2关于中断41

5.1.3主程序的主要结构安排42

5.1.4程序中时间段安排42

5.2各主要功能子程序设计44

5.2.1采样中断子程序44

5.2.2各保护子程序46

5.3软件抗干扰技术52

5.4本章小结53

总结54

参考文献55

致谢57

第一章绪论

1.1课题背景及意义

电力电容器组及其重要的电器设备，在解决电力系统无功电源容量的不足、提高功率因数、改善电压质量、降低线损中起到相当重要的作用，它比同步调相机制造简单、施工简易、维护方便、投资节省。

并联电力电容器在今后相当一段时期内仍将是我国无功功率补偿的重要手段和主要来源。

电力电容器的安全可靠运行，很大程度上依赖于完善的电容器保护设施。

要求电容器一个元件不坏是不现实的，运行经验证明，配置了电容器保护装置的电容器装置很少发生爆炸、着火事故，而多起电容器爆炸、着火的事故原因与电容器故障保护失灵有着密不可分的关系。

因此，加强电容器装置的故障保护是避免电容器装置发生爆炸、着火事故的有效手段。

同其他电力设备一样，并联电容器的继电保护的发展过程是见证继电保护技术的不断提高的过程，电容器的继电保护也经历了从传统的电磁式继电器构成的保护到快速、高效的微机保护。

由于传统的保护、测量、监控、远动等硬件资源相互独立，往往造成二次设备重复投资、接线复杂更增加了电力系统的复杂性。

随着微电子、计算机技术、数字信号处理技术以及通信技术的发展，传统继电保护技术上的不足和缺陷正得到改进和克服。

因此研制新一代集保护、测量、控制、远动等多功能于一体的综合智能化保护装置是解决电容器有效运行和故障保护的有力手段。

本课题就是对基于微处理器的电容器保护装置所做的研究，继而提出电容器继电保护的解决方案。

1.2基于微机的电容保护装置发展及现状

电容器的继电保护原理是利用当电容内外发生故障时，由于电流、电压、等随之发生变化，通过这些突然变化来发现、判断电容器的故障性质和范围，继而做出相应的反应和处理。

微电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，为电容器保护中遇到的各种问题提供了更好的解决办法。

1.2.1国外的发展与现状

1965年英国剑桥大学的P.G.Mclaren等提出用采样技术实现输电线路的距离保护，1966年澳大利亚南威尔士大学的L.F.Morrison预测了输电线路和变电站采用计算机控制的前景，接着他们进一步研究了微机保护的理论基础，主要研究集中在微机保护的各种算法。

由于当时计算机价格昂贵,同时也无法满足高速继电保护的技术要求,因此没有在保护方面取得实际应用,但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法、程序结构的大量研究,为后来的继电保护发展奠定了理论基础。

随后，计算机技术在20世纪70年代初期和中期出现了重大突破。

1976年美国的A.G.Phadke等研究了变电站的计算机系统的可行性,开发了报警、监视、数据采集、控制及保护功能。

在此之后研究出一套对称分量原理的距离保护。

通用电气公司和PhiladelPhia电力公司于1973年开始数字式线路保护的可行性课题，开发出完整的保护系统并在实验室进行了详尽的试验，该系统安装在Phifadelphia电力公司的一条116km的500kv输电线路的两端。

该系统中装有超范围的跳闸逻辑。

这些成就标志着微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。

随着计算机价格的大幅度下降,可靠性、运算速度的提高,促使计算机继电保护的研究出现了高潮。

直到80年代，继电保护的工程应用才真正出现。

在计算机性价比不断提高以后，终于出现了新形式的继电保护——微机继电保护。

在这一方面，日本的商业化走得比较快，欧美主要着重于理论研究，以算法为主，而日本以继电保护装置商品化为研究重点。

国外主要电器制造商从九十年代才开始不断开发新一代继电保护产品，这类产品普遍具有高性能、小型化、电子化、智能化、模块化、组合化等特点，比如美国人设计的多频接地故障继电器等。

另外，有些设备还具有可通信的特点，即与现场总线系统实现连接。

实现了传统继电保护产品的网络化。

1.2.2国内发展与现状

建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。

50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。

继电保护专业制造厂已由上世纪50