某電氣工程及其自動化專業畢業設計-wenkub

　

【正文】 接口以及串行接口等。為了確保10kV供電系統的正常運行，必須正確合理地設置繼電保護裝置。因此要全面地理解和執行地區電業部門的有關標準和規程以及相應的國家標準和規范。由于微機的應用，使很多原有形式的繼電保護中存在的技術問題可找到新的解決方法。由于微機保護裝置的特性主要由軟件決定，因此只要改變軟件就可以改變保護的特性和功能，所以能靈活地適應電力系統運行方式的變化。（3）維護調試方便。前兩者邏輯依賴電路實現，不符合人的思維邏輯，而且從硬件上看環節多，易出錯，不可靠。而且微機保護裝置在程序指揮下，有極強的綜合分析和判斷能力，因而它可以實現常規保護很難辦到的自動糾錯，即自動識別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動。因此，微機保護的實質就是以微型機、微控制器等器件作為核心部件構成的具有繼電保護功能的自動化安全裝置。而計算機保護，即數字式繼電保護卻是用數字技術進行數值（包括邏輯）運算來實現上述功能的。這個方面計算機繼電保護與傳統繼電保護也是基本一致的。繼電保護的主要任務是操作、控制與被保護電氣設備有關的斷路器，使發生故障的電氣設備迅速與電力系統分隔離開來，最大限度地減輕故障對電力系統的影響，減輕故障設備的損壞程度。在晶體管型繼電保護、整流型繼電保護以及集成電路型繼電保護中都采用類似的變換環節，其間并沒有本質的差別，這些環節，可以稱為“信息預處理”環節。信息要通過電壓、電流傳送，有時還通過一些開關量傳遞。這些成果無疑與微機保護的成功應用分不開。 ③以16位單片機組成的多微機系統。在我國，計算機繼電保護技術的研究和開發起步比較晚，比先進國家大約延后10年，但進展卻很快。其他元件微機保護的發展也非常迅速，應用領域也在不斷擴大。到70年代末期，出現了一批功能足夠強的微型機，價格也大幅度降低，具備了用一臺微型機來完成一個電氣設備保護功能的條件。這是世界上第一套比較完整的用于現場的計算機保護裝置，它具備了計算機保護的基本組成部分。繼電保護裝置是電力系統的重要組成部分，它在保證系統安全、穩定和經濟運行等方面起著非常重要的作用。早在1965年，并發表《Sampling Technique applied to derivation Letter》的文章。但由于當時微型機尚未出現，因此該保護裝置是由一臺小型計算機實現的。同時還可以設置多重化的硬件，用幾臺微型機互為備用構成一個電氣設備的保護裝置，從而大大提高了可靠性。微機保護不但能夠實現傳統保護無法實現的更為復雜和優良的保護性能，而且運行維護更為簡單，更重要的是其動作可靠性大大優于傳統保護。國內自1979年開始微機繼電保護的研究工作，首先在各高校和一些科研單位開展了微機保護的研究工作，1984年4月，華北電力大學研究的以MC6809CPU構成的MDP1型微機線路保護裝置在河北某電廠投入運行，這是我國研究成功的第一套微機線路保護裝置。由于我國繼電保護工作者的努力，到目前為止，計算機繼電保護特別是輸電線路的微機保護己達到了大量采用的程度。電力系統繼電保護的基本任務是：①自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行；②反應電氣設備的不正常運行狀態，并根據運行維護條件，而動作于發出信號或跳閘。早期，在機電型繼電器中，電流電壓直接加到繼電器的測量機構，變換成機械力，然后在機械力的層次上進行比較判別，中間并不需設置其他的變換、隔離等環節。由于計算機是數字電路，其工作電平比集成電路的工作電平還低，因此，計算機繼電保護同樣也需要設置信息預處理環節，需要隔離屏蔽、變換電平等等處理。這種操作是通過控制跳閘線圈實現的，也就是給線圈通入電流實現的。微機繼電保護與傳統繼電保護的根本區別是在中間部分，即信息的綜合、分析與邏輯加工、判斷環節。計算機上的數字和邏輯運算是通過軟件進行的，即這些運算要通過預先按一定的規則（語言）制定的計算程序進行的。微機保護主要有以下特點：（1）性能穩定、可靠性高。另外它還有自診斷能力，能夠自動監測出本身軟硬件的異常并報警，因而大大提高了裝置的可靠性。而在微機繼電保護中功能均由軟件完成，程序語句表達的邏輯完全符合人的思維，十分自然簡單。由于微機保護裝置的硬件結構原理大致相同，各種復雜的功能是通過軟件來實現的，所以也可以編制相應的軟件來簡化調試工作。（5）易于獲得附加功能。 當然，與傳統的模擬式保護相比，微機保護也存在不少缺點，如：與傳統的保護有根本性的背離；對硬件和軟件都要求高度可靠；硬件很快變成過時等。中壓配電系統中包含著一次系統和二次系統。河南城建學院本科畢業設計（論文） 微機保護的硬件結構分析微機保護的硬件一般包括三大部分：①數據采集系統（模擬量輸入系統）。微型機執行編制好的程序，對輸入至RAM區的原始數據進行分析、處理，完成各種繼電保護測量、邏輯和控制功能。此外，還出現了芯片對外連線沒有了任何數據總線、地址總線和控制總線的微型機，實現了“總線不出芯片”的設計，有利于與提高微機保護設備的可靠性和抗干擾能力。 模擬量輸入電路結構框圖繼電保護動作與否的判據來自被保護的電力線路或設備上的電氣參數，例如電流、電壓等，這些原始模擬量的數值一般都非常大，其數量級可能為千伏或千安級等。10V范圍內的電壓信號，因此，一般采用中間變換器來實現以上變換。電抗變換器具有阻止直流、放大高頻分量的作用，因此當一次流過非正弦電流時，其二次電壓波形將發生嚴重的畸變，這是不希望的。這點對微機保護是很重要的，因為只有在這種條件下作精確地運算或定量分析才是有意義的。采用電流變換器的連接方式如圖23所示。Z為交流傳輸導線的等效阻抗；Z為設備對地的等效阻抗；Z為接地阻抗。采樣得到的是每個時刻的瞬時值，這個值還必須經過A/D轉換，然后才可以輸入數據處理單元。電力系統故障初期，電流、電壓中可能含有相當高的頻率分量（如2 kHz以上）。最簡單的模擬低通濾波器是RC低通濾波器。與模擬濾波器比較，數字濾波器的優點：1）特性一致性好。4）靈活性好。（MPX）多路轉換開關是一種電子型的單刀多擲開關，在數據采集系統中，用來將各路S/H中保持的模擬信號分時地接通于A/D轉換器的輸入端。模數轉換器是把連續的模擬信號轉變為離散的數字信號。數模轉換器是把數字量D轉變成模擬電壓或電流輸出。試探送數采用逐次逼近的二分搜索法。電壓頻率轉換器VFC（Voltage Frequency Converter）是另一種實現模數轉換功能的器件，圖210中，電壓、電流信號經電壓形成回路后，均變成與輸入信號成比例的電壓量。②VFC型數據采集系統的特點1）有低通濾波的作用；2）抗干擾能力強，在VFC數據采集系統的輸出端和CPU主系統的計數器之間接入光電耦合器；3）輸出數字量D的位數可調；4）與微型機的接口簡單；5）可實現多微機共享數據采集；6）易于實現同步采樣；7）但不適用于高頻采樣。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機的主要工作特性如下：①8051CPU；②4KB的快速擦寫Flash存儲器，用于程序存儲，可擦寫次數為1000次；③256字節的RAM，其中高128字節地址被特殊功能寄存器SFR占用；④32根可編程I/O端口線：P0，P1，P2，P3；⑤2個可編程16位定時器，一個可編程的全雙工串行通信：3口的第二功能；⑥具有6個中斷源，5個中斷矢量，兩級優先權的中斷系統；⑦1個數據指針DPTR；⑧具有“空閑”和“掉電”兩種低功耗工作方式；⑨可編程的3級程序鎖定位；⑩工作電源的電壓為（5177。 光電隔離的幾種情況將光電耦合器用于邏輯電平控制時，主要采用了以下兩種工作方式：① 當發光二極管側通過的電流較小時，產生的光電流較小，光敏器件側處于截止狀態。如重合閘方式、同期方式和定值區號等。為了抑制干擾，這類接點必須要經過光電耦合器進行電氣隔離，然后接至并行口。 裝置開關輸出回路接線圖只要由軟件使并行口的PB0輸出“0”、PB1輸出“1”，便可使與非門H1輸出低電平，光敏三極管導通，繼電器K被吸合。② 通信接口（包括打印機接口）對于通信接口、打印機接口等數字信號。這些不同的離散運算方法就是不同的保護算法。但是不管哪一類的保護算法，其核心問題歸根結底為算出可表征被保護對象運行特點的物理量，如電壓、電流等的有效值和相位以及視在阻抗等，或者算出它們的序分量、基波分量、某次諧波分量的大小和相位等。若要計算精確，則往往要利用更多的采樣點和進行更多的計算工作量，這就增加了對硬件的要求。 . 其中，有效值 式（） 相位 式（） 理論根據是線性系統的疊加原理，對于系統結構不發生變化的線性系統，利用疊加定理可以進行分解 短路示意圖——故障后的測量電流 式（） 故障電流分量 式（） 正常運行的負荷電流是周期信號，有 式（）式中 ——時刻的負荷電流； ——比t時刻提前一個周期的負荷電流； ——工頻信號的周期。它假定被采樣的模擬信號是一個周期性的時間函數，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波，可表示為:（n=0,1,2,由于各次諧波的相位可能使任意的，所以把它們分解為有任意振幅的正弦和余弦之和。不難得出 式（） 式（）可用復數表示為 式（） 式（） 式（）在用微型機處理時，式（）和式（）中的積分可以用梯形法則得到： 式（） 式（）式中 ——基波信號的一周期采樣點數； ——第次采樣值； 、——分別為和時的采樣值。由于三相線路間有互感的影響。（2）對于單相接地短路，取增加零序電流補償的相電壓及相電流。當符合這種假定時，傅氏算法可以準確地求出基頻分量。故單相接地一般動作于信號，但當其對人身和設備的安全產生危害時，應動作于斷路器跳閘。對于不能滿足要求的特殊線路結構或特殊負荷線路保護（如較長線路），可考慮增加其他保護，如保護Ⅱ段、零序保護等。第Ⅰ段為瞬時電流速斷保護；第Ⅱ段為限時電流速斷保護；第Ⅲ段為過電流保護或低電壓閉鎖的過電流保護。 瞬時電流速斷保護動作特性分析 對反應于電流升高而動作的電流速斷保護而言，能使該保護裝置啟動的最小電流值稱為保護裝置的整定電流，以表示，顯然必須當實際的短路電流時，保護裝置才能啟動。 現在來分析電流速斷保護的整定計算原則。當系統運行方式及故障類型改變時，將隨之變化。這兩種情況下短路電流的變化如圖21中的曲線Ⅰ和Ⅱ所示。因此，速斷保護對被保護線路內部故障的反應能力(即靈敏性)，只能用保護范圍的大小來衡量，此保護范圍通常用線路全長的百分數來表示。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且保護范圍直接受系統運行方式變化的影響。 由于要求限時速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發生短路時，它就要起動，在這種情況下，為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶有一定的時限，此時限的大小與其延伸的范圍有關。根據以上分析保護2的限時電流速斷不應超出保護1電流速斷的范圍。從以上分析中已經得出，限時速斷的動作時限，應選擇得比下一條線路速斷保護的動作時限高出一個時間階段，即 式（）從盡快切除故障的觀點來看，越小越好，但是為了保證兩個保護之間動作的選擇性其值又不能選擇得太小。④應包括如果保護2中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回的延時。對反應于數值上升而動作的過量保護裝置。設此電流為，代入上式中則靈敏系數為 式（）為了保證在線路末端短路時，保護裝置一定能夠動作，對限時電流速斷保護應要求。然而，在實際上確定保護裝置的起動電流時，還必須考慮在外部故障切除后，保護裝置是否能夠返回的問題。電動機的自起動電流要大于它正常工作的電流，因此，引入一個自起動系數來表示自起動時最大電流與正常運行時最大負荷電流之比，即 式（）保護4和5在這個電流的作用下必須立即返回。這就是為什么要求過電流繼電器應有較高的返回系數的原因。 單側電源發射形網絡中過電流保護保護l位于電網的最末端，只要電動機內部故障，它就可以瞬時動作予以切除，即為保護裝置