輸電線路電流微機(jī)保護(hù)實驗報告

1、實驗報告姓名： 班級： 學(xué)號：實驗二 輸電線路電流微機(jī)保護(hù)實驗一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)中微機(jī)型電流、電壓保護(hù)時間、電流、電壓整定值的調(diào)整方法。2了解電磁式保護(hù)與微機(jī)型保護(hù)的區(qū)別。二、基本原理1試驗臺一次系統(tǒng)原理圖試驗臺一次系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。12,4,5W測量孔1KM1CTTM220/127VRS最小最大區(qū)內(nèi)區(qū)外PT測量2KM2CTK11R2W3KMRd10W2R45WDXK3移相器圖3-1 電流、電壓保護(hù)實驗一次系統(tǒng)圖電流、電壓保護(hù)2電流電壓保護(hù)基本原理1）三段式電流保護(hù)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時，電源與故障點之間的電流會增大。根據(jù)這個特點可以構(gòu)成電流保護(hù)。電流保護(hù)分無時限電流速斷保護(hù)（簡稱I

2、段）、帶時限速斷保護(hù)（簡稱II段）和過電流保護(hù)（簡稱III段）。下面分別討論它們的作用原理和整定計算方法。（1） 無時限電流速斷保護(hù)（I段）單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護(hù)的作用原理可用圖3-2來說明。短路電流的大小Ik和短路點至電源間的總電阻RS及短路類型有關(guān)。三相短路和兩相短路時，短路電流Ik與RS的關(guān)系可分別表示如下：式中，Es電源的等值計算相電勢；Rs 歸算到保護(hù)安裝處網(wǎng)絡(luò)電壓的系統(tǒng)等值電阻；R0 線路單位長度的正序電阻；l 短路點至保護(hù)安裝處的距離。由上兩式可以看到，短路點距電源愈遠(yuǎn)（l愈長）短路電流Lk愈小；系統(tǒng)運(yùn)行方式?。≧s愈大的運(yùn)行方式）Ik亦小。Ik與l的關(guān)系曲線如圖3-2

3、曲線1和2所示。曲線1為最大運(yùn)行方式(Rs最小的運(yùn)行方式)下的IK = f(l)曲線，曲線2為最小運(yùn)行方式(Rs最大的運(yùn)行方式)下的IK = f(l)曲線。線路AB和BC上均裝有僅反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流速斷保護(hù)，則當(dāng)線路AB上發(fā)生故障時，希望保護(hù)KA2能瞬時動作，而當(dāng)線路BC上故障時，希望保護(hù)KA1能瞬時動作，它們的保護(hù)范圍最好能達(dá)到本路線全長的100%。但是這種愿望是否能實現(xiàn)，需要作具體分析。以保護(hù)KA2為例，當(dāng)本線路末端k1點短路時，希望速斷保護(hù)KA2能夠瞬時動作切除故障，而當(dāng)相鄰線路BC的始端（習(xí)慣上又稱為出口處）k2點短路時，按照選擇性的要求，速斷保護(hù)KA2就不應(yīng)該動作，因為該處

4、的故障應(yīng)由速斷保護(hù)KA1動作切除。但是實際上，k1和k2點短點時，從保護(hù)KA2安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的，因此，希望k1點短路時速斷保護(hù)KA2能動作，而k2點短點時又不動作的要求就不可能同時得到滿足。 I >KA2KA1ABCk1k2 I >IIk B maxl maxl minIop213lO圖3-2 單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護(hù)的計算圖為了獲得選擇性，保護(hù)裝置KA2的動作電流Iop2必須大于被保護(hù)線路AB外部（k2點）短路時的最大短路電流Ik max。實際上k2點與母線B之間的阻抗非常小，因此，可以認(rèn)為母線B上短路時的最大短路電流Ik B max=Ik max。

5、根據(jù)這個條件得到：式中，可靠系數(shù)，考慮到整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等，可取為1.21.3。由于無時限電流速斷保護(hù)不反應(yīng)外部短路，因此，可以構(gòu)成無時限的速動保護(hù)（沒有時間元件，保護(hù)僅以本身固有動作時間動作）。它完全依靠提高整定值來獲得選擇性。由于動作電流整定后是不變的，在圖3-2上可用直線3來表示。直線3與曲線1和2分別有一個交點。在曲線交點至保護(hù)裝置安裝處的一段線路上短路時，Ik>Iop2保護(hù)動作。在交點以后的線路上短路時，Ik<Iop2保護(hù)不會動作。因此，無時限電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長的范圍。如圖3-2所示，它的最大保護(hù)范圍是lmax，最小保護(hù)范圍是lmin

6、。保護(hù)范圍也可以用解析法求得。無時限電流速斷保護(hù)的靈敏度用保護(hù)范圍來表示，規(guī)程規(guī)定，其最小保護(hù)范圍一般不應(yīng)小于被保護(hù)線路全長的15%20%。實驗時可調(diào)節(jié)滑線電阻，找尋保護(hù)范圍。電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛應(yīng)用。它的缺點是不可能保護(hù)線路AB的全長，并且保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響很大，當(dāng)被保護(hù)線路的長度較短時，速斷保護(hù)就可能沒有保護(hù)范圍，因而不能采用。ABCkIABIBCII3Il12lO4t(a)(b)(c)圖3-3 帶時電流速斷保護(hù)計算圖 (a)網(wǎng)絡(luò)圖 （b）Ik=f（l）關(guān)系及保護(hù)范圍 （c）延時特性 圖中：1Ik=f（l）關(guān)系；2線；3線；4線由于無時

7、限電流速斷不能保護(hù)全長線路，即有相當(dāng)長的非保護(hù)區(qū)，在非保護(hù)區(qū)短路時，如不采取措施，故障便不能切除，這是不允許的。為此必須加裝帶時限電流速斷保護(hù)，以便在這種情況下用它切除故障。（2）帶時限電流速斷保護(hù)（II段）對這個新設(shè)保護(hù)的要求，首先應(yīng)在任何故障情況下都能保護(hù)本線路的全長范圍，并具有足夠的靈敏性。其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。正是由于它能以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為帶時限速斷保護(hù)。帶時限電流速斷保護(hù)的原理可用圖3-3來說明。由于要求帶時限電流速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路AB的全長，因此，它的保護(hù)范圍必須伸到下一線路中去。例如，為了使線路AB上的帶時限電流

8、速斷保護(hù)A獲得選擇性，它必須和下一線路BC上的無時限電流速斷保護(hù)B配合。為此，帶時限電流速斷保護(hù)A的動作電流必須大于無時限電流速斷保護(hù)B的動作電流。若帶時限電流速斷保護(hù)A的動作電流用表示，無時限電流速斷保護(hù)B的動作電流用表示，則 （3-1）式中，可靠系數(shù)，因不需考慮非周期分量的影響，可取為1.11.2。保護(hù)的動作時限應(yīng)比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個時間階段，此時間階段以Dt表示。即保護(hù)的動作時間（Dt一般取為0.5s）。帶時限電流速斷保護(hù)A的保護(hù)范圍為（見圖3-3）。它的靈敏度按最不利情況（即最小短路電流情況）進(jìn)行檢驗。即 （3-2）式中，Ik min在最小運(yùn)行方式下，在被保護(hù)線路末端兩相金屬

9、短路的最小短路電流。規(guī)程規(guī)定應(yīng)不小于1.31.5。必須大于1.3的原因是考慮到短路電流的計算值可能小于實際值、電流互感器的誤差等。由此可見，當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷保護(hù)以后，它們的聯(lián)系工作就可以保證全線路范圍內(nèi)的故障都能夠在0.5s的時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能夠滿足速動性的要求。具有這種性能的保護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。帶時限電流速斷保護(hù)能作為無時限電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)（簡稱近后備），即故障時，若無時限電流速斷保護(hù)拒動，它可動作切除故障。但當(dāng)下一段線路故障而該段線路保護(hù)或斷路器拒動時，帶時限電流速斷保護(hù)不一定會動作，故障不一定能消除。所以，它不起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。為解決遠(yuǎn)后

10、備的問題，還必須加裝過電流保護(hù)。（3）定時限過電流保護(hù)（III段）過電保護(hù)通常是指其啟動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置。它在正常運(yùn)行時不應(yīng)該啟動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)電流的增大而動作。在一般情況下，它不僅能夠保護(hù)本線路的全長范圍，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長范圍，以起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。為保證在正常運(yùn)行情況下過電流保護(hù)不動作，它的動作電流應(yīng)躲過線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流IL max，因而確定動作電流時，必須考慮兩種情況：其一，必須考慮在外部故障切除后，保護(hù)裝置能夠返回。例如在圖3-4所示的接線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)k1點短路時，短路電流將通過保護(hù)裝置5、4、3，這些保護(hù)裝置都要啟動，

11、但是按照選擇性的要求，保護(hù)裝置3動作切除故障后，保護(hù)裝置4和5由于電流已經(jīng)減小應(yīng)立即返回原位。其二，必須考慮當(dāng)外部故障切除后，電動機(jī)自啟動電流大于它的正常工作電流時，保護(hù)裝置不應(yīng)動作。例如在圖3-4中，k1點短路時，變電所B母線電壓降低，其所接負(fù)荷的電動機(jī)被制動，在故障由3QF保護(hù)切除后，B母線電壓迅速恢復(fù)，電動機(jī)自啟動，這時電動機(jī)自啟動電流大于它的正常工作電流，在這種情況下，也不應(yīng)使保護(hù)裝置動作。AC325 4B1Mk13QF圖3-4 選擇過電流保護(hù)啟動值及動作時間的說明考慮第二種情況時，定時限過電流保護(hù)的整定值應(yīng)滿足：式中，Kss電動機(jī)的自啟動系數(shù)，它表示自啟動時的最大負(fù)荷電流與正常運(yùn)行的

12、最大負(fù)荷電流之比。當(dāng)無電動機(jī)時Kss=1，有電動機(jī)時Kss1?？紤]第一種情況，保護(hù)裝置在最大負(fù)荷時能返回，則定時限過電流保護(hù)的返回值應(yīng)滿足 （3-3）考慮到，將式（3-3）它改寫為 （3-4）式中，可靠系數(shù)，考慮繼電器整定誤差和負(fù)荷電流計算不準(zhǔn)確等因素，取為 1.11.2?？紤]到Kre=Ire/Iop，所以 （3-5）為了保證選擇性，過電流保護(hù)的動作時間必須按階梯原則選擇（如圖3-5）。兩個相鄰保護(hù)裝置的動作時間應(yīng)相差一個時限階段Dt。過電流保護(hù)靈敏系數(shù)仍采用式（3-2）進(jìn)行檢驗，但應(yīng)采用代入，當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路的后備保護(hù)時，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，要求Ks

13、en³1.31.5；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時，則應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，此時要求Ksen³1.2。定時限過電流保護(hù)的原理圖與帶時限過電流保護(hù)的原理圖相同，只是整定的時間不同而已。tAAtBt¢BBCtCtCDtDtltotAtB圖3-5 過電流保護(hù)動作時間選擇的示意圖3保護(hù)的整定值計算 圖3-1中若取電源線電壓為100V（實際為變壓器副方輸出線電壓為100V），系統(tǒng)阻抗分別為Xs.max=2、XS.N=4、Xsmin=5，線路段的阻抗為10。線路中串有一個2的限流電阻，設(shè)線路段最大負(fù)荷電流為1.2A。無時限電流速斷保護(hù)可靠系數(shù)K

14、=1.25，帶時限電流速斷保護(hù)可靠系數(shù)為K=1.1，過電流保護(hù)可靠系數(shù)K=1.15，繼電器返回系數(shù)Kre=0.85，自啟動系數(shù)Kzq=1.0。根據(jù)上述給定條件：（1）理論計算線路段電流保護(hù)各段的整定值計算：（A）（A）（A）=4.微機(jī)保護(hù)的原理 （一）微機(jī)保護(hù)的硬件微型機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的硬件一般包括以下三大部分。（1）模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）。包括電壓的形成，模擬濾波，多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊,完成將模擬輸入量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字量的任務(wù)。（2）CPU主系統(tǒng)。包括微處理器（80C196KC），只讀存儲器（EPROM），隨機(jī)存取存儲器（RAM）以及定時器等。CPU

15、執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。（3）開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)。由若干并行接口適配器（PIO），光電隔離器件及有觸點的中間繼電器組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘，信號報警，外部接點輸入及人機(jī)對話等功能。微機(jī)保護(hù)的典型結(jié)構(gòu)圖5-1所示。PT交流接口模擬濾波CT多路轉(zhuǎn)換開關(guān)A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8255 PIO光電隔離出口I/O顯示器/鍵盤輸入輸出系統(tǒng)80C196 KCERROME2PROM RMACPU系統(tǒng)電壓形成交流接口模擬濾波電壓形成圖5-1 微機(jī)保護(hù)典型硬件結(jié)構(gòu)圖（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)

16、備的電流互感器電壓互感器或其他變換器上獲取的有關(guān)信息，但這些互感器的二次數(shù)值輸出范圍對典型的微機(jī)電路卻不適用，故需要變換處理。在微機(jī)保護(hù)中通常要求模擬輸入的交流信號為±5V電壓信號，因此一般采用中間變換器來實現(xiàn)變換。交流電流的變換一般采用電流中間變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需要的電壓的方式。對微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，在故障初瞬電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量（例如2KHZ以上），而目前大多數(shù)的微機(jī)保護(hù)原理都是反映工頻量的，為此可以在采樣前用一個低通模擬濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。對于反映兩個量以上的繼電器保護(hù)裝置都要求對各個模擬量同時采樣，以準(zhǔn)確的獲得各個量之間的相位關(guān)系，因而

17、對每個模擬量設(shè)置一套電壓形成。但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格昂貴，通常不是每個模擬量通道設(shè)一個A/D，而是公用一個，中間經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）切換輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微機(jī)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器或稱ADC）。由于計算機(jī)只能對數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算，而電力系統(tǒng)中的電流。電壓信號均為模擬量，因此必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以認(rèn)為是一編碼電路。它將輸入的模擬量UA相當(dāng)于模擬參考量UR經(jīng)一編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D輸出。（三）輸入輸出回路PB0PB1J-E+E+5VH1B1t圖5-2 裝置開關(guān)量輸出回路接線圖（1）開關(guān)量輸出回路開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘以及本地和中央

18、信號等。一般都采用并行的輸出口來控制有觸點繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法，但為了提高抗干擾能力，也經(jīng)過一級光電隔離，如圖5-2所示。（2）定值輸入回路對于某些保護(hù)裝置，如果需要整定的項目很有限，則可以在裝置面板上設(shè)置定值插銷或撥輪開關(guān)，將整定值的數(shù)碼的每一位象接點那樣輸入。對于比較復(fù)雜的保護(hù)裝置，如果需要整定的項目很多時，可以將定值由面板上的鍵盤輸入，并在裝置內(nèi)設(shè)置固化電路，將輸入定值固化在E2PROM中。本裝置采用鍵盤輸入方式設(shè)置定值，整定方法詳見附錄二中的有關(guān)使用說明。（四）CPU系統(tǒng)選擇什么級別的CPU才能滿足微機(jī)保護(hù)的需求，關(guān)鍵的問題是速度。也就是說，CPU能否在兩個相鄰采樣間

19、隔內(nèi)完成必須完成的工作。本微機(jī)保護(hù)采用美國INTEL公司高檔16位微處理器80C 196KC作為中央處理器。在80C 196KC的內(nèi)部集成了8路10位單極性A/D6通道高速輸出（HSO）和2通道高速輸入（HIS）4通道16位定時器全雙工串行通訊接口多路并行I/O口512字節(jié)片內(nèi)寄存器等，集成度高功能強(qiáng)大，極其利于構(gòu)成各種高性能控制器。（五）微機(jī)保護(hù)的軟件在DJZ-實驗保護(hù)臺中，微機(jī)保護(hù)裝有無時限速斷電流保護(hù)，帶時限電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)以及電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)。在DJZ-變壓器微機(jī)試驗臺中，裝有變壓器差動保護(hù)和變壓器速切保護(hù)兩種。保護(hù)的軟件是根據(jù)常規(guī)保護(hù)的原理，結(jié)合微機(jī)計算機(jī)的特點來設(shè)

20、計的，具有以下幾個功能：（1）正常運(yùn)行時，裝置可以測量電流（電壓），起到類似電流、電壓表的作用，同時還起到監(jiān)視裝置是否正常工作的作用。（2）被保護(hù)元件（變壓器及線路）故障時，它能正確地區(qū)分保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障，并能有效地躲開勵磁涌流的影響。（3）它具有較完善的自檢功能，對裝置本身的元件損壞及時發(fā)出信號。（4）有軟件自恢復(fù)的功能。電流電壓保護(hù)軟件基本框圖如圖5-3所示。初始化Pu初數(shù)據(jù)采集及電量參數(shù)計算I段保護(hù)投入？有過電流故障？低壓閉鎖投入？測量電壓低于整定值？故障時間到？有鍵入信號？Y段出口段保護(hù)模塊段保護(hù)模塊讀鍵盤信息顯 示重合閘投入？重合閘條件滿足？重合閘時間到？發(fā)重合閘指令讀鍵盤信息YNY

21、NNNNYNNNY圖5-3 DJZ-III試驗臺微機(jī)保護(hù)裝置電流電壓保護(hù)軟件流程圖三、實驗內(nèi)容1三段式電流微機(jī)保護(hù)實驗（1）DJZ-III試驗臺的常規(guī)繼電器和微機(jī)保護(hù)裝置都沒有接入電流互感器TA回路，在實驗之前應(yīng)該接好線才能進(jìn)行試驗，實驗用一次系統(tǒng)圖參閱圖3-1，實驗原理接線圖如圖5-4所示。按原理圖完成接線，同時將變壓器原方CT的二次側(cè)短接。（2）將模擬線路電阻滑動頭移動到0處。（3）運(yùn)行方式選擇，置為“最小”處。將交流電壓表接到PT測量孔的任意兩相上。（4）合上三相電源開關(guān)，直流電源開關(guān)，變壓器兩側(cè)的模擬斷路器1KM、2KM，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使交流電壓表指示從0V慢慢升到50V。（5）合上

22、微機(jī)裝置電源開關(guān)，將無時限電流速斷保護(hù)（I段）動作電流整定為2.58A，動作時間整定為0.05s；帶時限電流速斷保護(hù)（II段）動作電流整定為1.39A，動作時間整定為0.5s；定時限過電流保護(hù)（III段）動作電流整定為0.81A，動作時間整定為1s。同時將微機(jī)保護(hù)的I段（速斷）投入，將微機(jī)保護(hù)的II、III段退出，低壓閉鎖和使用重合相繼電器的狀態(tài)均改為OFF。（6）此時A相、B相、C相負(fù)載燈全亮。（7）因用微機(jī)保護(hù)，則需將LP1接通（微機(jī)出口連接片投入）。（8）任意選擇兩相短路，如果選擇AB相，合上AB相短路模擬開關(guān)。（9）合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生兩相短路故障，此時負(fù)荷燈部分熄滅

23、。短路電流大于速斷（段）保護(hù)整定值，故應(yīng)由I段保護(hù)動作跳開模擬斷路器，從而實現(xiàn)保護(hù)功能。將動作情況和故障時電流測量幅值記錄于表5-1中。表5-1 電流速斷保護(hù)靈敏度檢查實驗數(shù)據(jù)記錄表短 路 阻 抗 /012345678最大運(yùn)行方式AB相 短路段動作情況×短路電流/A5.244.463.643.172.8BC相短路段動作情況×短路電流/A5.084.323.563.102.74CA相短路段動作情況×短路電流/A0.460.490.520.460.48012345678正常運(yùn)行方式AB相 短路段動作情況×短路電流/A3.503.072.70BC相短路段動作情況×短路電流/A3.422.992.62CA相短路段動作情況×短路電流/A0.460.470.43012345678最小運(yùn)行方式AB相 短路段動作情況×短路電流/A2.61BC相短路段動作情況×短路電流/A2.55CA相短路段動作情況×短