中壓配電網(wǎng)微機(jī)線路保護(hù)原理分析程序設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目：中壓配電網(wǎng)微機(jī)線路保護(hù)原理分析程序設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 劉娜 完成時(shí)間： 2013.5.29 摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以10KV饋線為例，介紹了中壓配電網(wǎng)線路的微機(jī)保護(hù)，并進(jìn)行了相關(guān)的原理分析和程序設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)繼電保護(hù)的配置原理，對(duì)所選擇的保護(hù)進(jìn)行整定和靈敏性校驗(yàn)，確定方案中的保護(hù)。設(shè)計(jì)分為五個(gè)章節(jié)。第一章為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要介紹了微機(jī)保護(hù)的形成、發(fā)展、裝置特點(diǎn)及與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的對(duì)比；第二章為微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分析，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、開關(guān)量等，并對(duì)微型機(jī)主系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹；第三章為微機(jī)保

2、護(hù)的算法分析；第四章是保護(hù)方案的選擇（電流保護(hù)，自動(dòng)重合閘），包括整定計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)；第五章是流程圖及程序設(shè)計(jì)，程序的優(yōu)化等。關(guān)鍵詞：中壓配電網(wǎng)、電流保護(hù)、微機(jī)保護(hù)、算法、程序設(shè)計(jì) AbstractThe graduation design with 10 kv feeder as an example, introduces the microcomputer of medium voltage distribution network line protection, and has carried on the related theory analysis and program d

3、esign. According to the principle of the relay protection configuration at the same time, the choice of protection setting and sensitivity check, determine the scheme of protection.Design is divided into five chapters. First chapter for the design of foundation, mainly introduces the formation and d

4、evelopment of microcomputer protection, and device characteristics and with the contrast of traditional relay protection device; Chapter 2 as the hardware structure of the microcomputer protection analysis, including the amount of data acquisition system, switch, etc., and the miniature machine Lord

5、 system was briefly introduced; The third chapter for the microcomputer protection algorithm analysis; The fourth chapter is to protect the scheme (current protection, automatic reclosing), including setting calculation and sensitivity calibration; Chapter v is the flow chart and program design, pro

6、gram optimization, etc.Keywords: medium voltage distribution network, current protection，microcomputer protection, algorithm,program designing目錄 摘要IAbstractII目錄III1.緒論1微機(jī)保護(hù)的概述1微機(jī)保護(hù)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)的對(duì)比分析2微機(jī)繼電保護(hù)裝置特點(diǎn)3研究本課題的意義42.微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分析5硬件結(jié)構(gòu)概述5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）6電壓形成回路6采樣保持電路和濾波器8模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）9模數(shù)轉(zhuǎn)換器102.2.5 VFC數(shù)

7、據(jù)采集系統(tǒng)11微型機(jī)主系統(tǒng)13開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)14光電耦合器14開關(guān)量輸入回路15開關(guān)量輸出回路153.微機(jī)保護(hù)的算法分析17算法的概念及分類17算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)17采樣算法介紹18兩點(diǎn)乘積算法18突變量電流算法18傅里葉級(jí)數(shù)算法203.3.4 RL模型算法21算法的選擇224.中壓配電網(wǎng)線路電流保護(hù)的整定及自動(dòng)重合閘23整定方案23相間短路的電流保護(hù)23電流速斷保護(hù)23限時(shí)電流速斷保護(hù)26定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)28自動(dòng)重合閘31自動(dòng)重合閘的概念31對(duì)自動(dòng)重合重閘的基本要求31三相一次重合閘31單相接地的零序保護(hù)325.電流保護(hù)的程序設(shè)計(jì)33程序流程的概念及基本結(jié)構(gòu)33中斷的概念及作用

8、34中斷的概念34中斷的作用34電流保護(hù)流程圖35系統(tǒng)程序流程36中斷服務(wù)程序的流程37系統(tǒng)程序和中斷服務(wù)程序的關(guān)系38提高電流保護(hù)的靈敏度39提高電流保護(hù)的靈敏度的方法39提高電流保護(hù)的靈敏度的程序41中斷服務(wù)程序42啟動(dòng)元件44電流突變量和相電流穩(wěn)態(tài)量44突變量及穩(wěn)態(tài)量啟動(dòng)子程序45總結(jié)48參考文獻(xiàn)49致謝50附錄51計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，給科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活方式帶來(lái)了巨大的變化，在繼電保護(hù)領(lǐng)域也不例外，微機(jī)保護(hù)正是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展逐步發(fā)展起來(lái)的。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。早在1965年，英國(guó)劍橋大學(xué)的P.G.Mc

9、lamr及其同事就提出用計(jì)算機(jī)構(gòu)成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)想，并發(fā)表Sampling Technique applied to derivation Letter的文章。1967年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的L.F.Morrison預(yù)測(cè)了輸電線路計(jì)算機(jī)控制的前景2。1969年美國(guó)西屋公司與GE公司合作研制成功一套輸電線路的計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置。這是世界上第一套比較完整的用于現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置，它具備了計(jì)算機(jī)保護(hù)的基本組成部分。但由于當(dāng)時(shí)微型機(jī)尚未出現(xiàn)，因此該保護(hù)裝置是由一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。在整個(gè)70年代，各國(guó)的專家學(xué)者圍繞算法理論作了大量的工作，為計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展奠定了比較完整和牢固的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)80

10、年代的繼續(xù)努力，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)保護(hù)的算法己比較完善和成熟。到70年代末期，出現(xiàn)了一批功能足夠強(qiáng)的微型機(jī)，價(jià)格也大幅度降低，具備了用一臺(tái)微型機(jī)來(lái)完成一個(gè)電氣設(shè)備保護(hù)功能的條件。同時(shí)還可以設(shè)置多重化的硬件，用幾臺(tái)微型機(jī)互為備用構(gòu)成一個(gè)電氣設(shè)備的保護(hù)裝置，從而大大提高了可靠性。由于微機(jī)保護(hù)具有優(yōu)良的動(dòng)作特性，它的發(fā)展非常迅速，應(yīng)用也十分廣泛。在高壓輸電線路保護(hù)上使用微機(jī)保護(hù)裝置，已經(jīng)成為目前的一種標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)配置方案。其他元件微機(jī)保護(hù)的發(fā)展也非常迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。微機(jī)保護(hù)不但能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)保護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的更為復(fù)雜和優(yōu)良的保護(hù)性能，而且運(yùn)行維護(hù)更為簡(jiǎn)單，更重要的是其動(dòng)作可靠性大大優(yōu)于傳統(tǒng)保護(hù)。由于計(jì)算機(jī)

11、技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)保護(hù)的性能價(jià)格比也在不斷提高。目前，微機(jī)保護(hù)除了在高壓、超高壓電網(wǎng)中廣泛使用外，也廣泛應(yīng)用于中低壓輸配電網(wǎng)絡(luò)中。在我國(guó)，計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的研究和開發(fā)起步比較晚，比先進(jìn)國(guó)家大約延后10年，但進(jìn)展卻很快。國(guó)內(nèi)自1979年開始微機(jī)繼電保護(hù)的研究工作，首先在各高校和一些科研單位開展了微機(jī)保護(hù)的研究工作，1984年4月，華北電力大學(xué)研究的以MC6809CPU構(gòu)成的MDP-1型微機(jī)線路保護(hù)裝置在河北某電廠投入運(yùn)行，這是我國(guó)研究成功的第一套微機(jī)線路保護(hù)裝置。我國(guó)微機(jī)保護(hù)的發(fā)展從硬件上看大體可分為三個(gè)階段： 以單CPU的8位微處理器構(gòu)成的微機(jī)保護(hù)裝置。 以多個(gè)8位單片機(jī)組成的多微機(jī)系統(tǒng)。

12、 以16位單片機(jī)組成的多微機(jī)系統(tǒng)。由于我國(guó)繼電保護(hù)工作者的努力，到目前為止，計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)特別是輸電線路的微機(jī)保護(hù)己達(dá)到了大量采用的程度。輸電線路的微機(jī)保護(hù)從用于500kV系統(tǒng)的保護(hù)裝置到用于10kV線路的微機(jī)保護(hù)裝置均有相應(yīng)得產(chǎn)品，近年來(lái)，發(fā)電機(jī)、變壓器以及大型發(fā)電機(jī)變壓器組和母線的微機(jī)保護(hù)也相繼研究成功，己投入使用。據(jù)2001年全國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2001年我國(guó)220kV以上電網(wǎng)的繼電保護(hù)動(dòng)的正確動(dòng)作率達(dá)到99.13%，元件保護(hù)的正確動(dòng)作率達(dá)到了9.03%。這些成果無(wú)疑與微機(jī)保護(hù)的成功應(yīng)用分不開。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中

13、切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行；反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)或跳閘。為此，首先要取得與被保護(hù)電氣設(shè)備有關(guān)的信息，根據(jù)這些信息，按不同的原理，進(jìn)行綜合和邏輯判斷，最后做出抉擇，并付諸執(zhí)行。所以，繼電保護(hù)的基本結(jié)構(gòu)大致上可以分為三部分：信息獲取與初步加工；信息的綜合、分析與邏輯加工、決斷；決斷結(jié)果的執(zhí)行。信息要通過(guò)電壓、電流傳送，有時(shí)還通過(guò)一些開關(guān)量傳遞。早期，在機(jī)電型繼電器中，電流電壓直接加到繼電器的測(cè)量機(jī)構(gòu)，變換成機(jī)械力，然后在機(jī)械力的層次上進(jìn)行比較判別，中間并不需設(shè)置其他的變換、隔離等環(huán)節(jié)。隨著電子技術(shù)的引入，為了適

14、應(yīng)電子器件的弱信號(hào)的要求，在電流互感器、電壓互感器與電子電路之間要求設(shè)置一些傳變環(huán)節(jié)。通常使用所謂的電流變換器、電壓變換器以及電抗變換器等等。在晶體管型繼電保護(hù)、整流型繼電保護(hù)以及集成電路型繼電保護(hù)中都采用類似的變換環(huán)節(jié)，其間并沒(méi)有本質(zhì)的差別，這些環(huán)節(jié)，可以稱為“信息預(yù)處理”環(huán)節(jié)。由于計(jì)算機(jī)是數(shù)字電路，其工作電平比集成電路的工作電平還低，因此，計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)同樣也需要設(shè)置信息預(yù)處理環(huán)節(jié)，需要隔離屏蔽、變換電平等等處理。在這個(gè)問(wèn)題上計(jì)算機(jī)保護(hù)與原來(lái)的模擬式保護(hù)是一致的。換言之，在這個(gè)問(wèn)題上，模擬式保護(hù)的一些經(jīng)驗(yàn)也是適用于計(jì)算機(jī)保護(hù)的。繼電保護(hù)的主要任務(wù)是操作、控制與被保護(hù)電氣設(shè)備有關(guān)的斷路器，使

15、發(fā)生故障的電氣設(shè)備迅速與電力系統(tǒng)分隔離開來(lái)，最大限度地減輕故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響，減輕故障設(shè)備的損壞程度。這種操作是通過(guò)控制跳閘線圈實(shí)現(xiàn)的，也就是給線圈通入電流實(shí)現(xiàn)的。電流可以由接點(diǎn)控制，也可以由無(wú)接點(diǎn)的半導(dǎo)體器件控制。出于可靠性的考慮，目前基本上仍是采用有接點(diǎn)的小型中間繼電器，組成必要的出口邏輯。這個(gè)方面計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)也是基本一致的。微機(jī)繼電保護(hù)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)的根本區(qū)別是在中間部分，即信息的綜合、分析與邏輯加工、判斷環(huán)節(jié)。區(qū)別主要是在于實(shí)現(xiàn)上述功能的手段不同。傳統(tǒng)繼電保護(hù)是靠模擬電路（或繼電器元件）的構(gòu)成來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即用模擬電路實(shí)現(xiàn)各種電量的加、減、乘、除和延時(shí)與邏輯組合需求。而計(jì)

16、算機(jī)保護(hù)，即數(shù)字式繼電保護(hù)卻是用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行數(shù)值（包括邏輯）運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能的。計(jì)算機(jī)上的數(shù)字和邏輯運(yùn)算是通過(guò)軟件進(jìn)行的，即這些運(yùn)算要通過(guò)預(yù)先按一定的規(guī)則（語(yǔ)言）制定的計(jì)算程序進(jìn)行的。這是與模擬式繼電保護(hù)截然不同的工作模式。也就是說(shuō)，微機(jī)繼電保護(hù)是由“硬件”和“軟件”兩部分組成的，硬件是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的基礎(chǔ)，而繼電保護(hù)原理是直接由軟件，即由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的，程序的不同可以實(shí)現(xiàn)不同的原理，程序的好壞、正確與錯(cuò)誤都直接影響繼電保護(hù)性能的優(yōu)劣、正確或錯(cuò)誤。因此，微機(jī)保護(hù)的實(shí)質(zhì)就是以微型機(jī)、微控制器等器件作為核心部件構(gòu)成的具有繼電保護(hù)功能的自動(dòng)化安全裝置。微機(jī)保護(hù)主要有以下特點(diǎn)：（1）性能穩(wěn)定、可

17、靠性高。機(jī)械型繼電器的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能失靈，觸點(diǎn)可能接觸不良，模擬式靜態(tài)繼電器的元器件可能有故障，而微機(jī)保護(hù)中的功能是由軟件實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有上述缺陷。批量生產(chǎn)的保護(hù)裝置程序相同，各功能的特性一致，不受溫度等條件的影響，所以性能穩(wěn)定。而且微機(jī)保護(hù)裝置在程序指揮下，有極強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，因而它可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)很難辦到的自動(dòng)糾錯(cuò)，即自動(dòng)識(shí)別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動(dòng)。另外它還有自診斷能力，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)出本身軟硬件的異常并報(bào)警，因而大大提高了裝置的可靠性。（2）邏輯判斷清楚、正確。機(jī)械型保護(hù)由觸點(diǎn)構(gòu)成邏輯回路，模擬式靜態(tài)保護(hù)由門電路構(gòu)成邏輯回路，微機(jī)繼電保護(hù)中主要由程序作邏輯判斷。前兩者邏輯依賴

18、電路實(shí)現(xiàn)，不符合人的思維邏輯，而且從硬件上看環(huán)節(jié)多，易出錯(cuò)，不可靠。而在微機(jī)繼電保護(hù)中功能均由軟件完成，程序語(yǔ)句表達(dá)的邏輯完全符合人的思維，十分自然簡(jiǎn)單。一般錯(cuò)誤均能在程序調(diào)試和動(dòng)模試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，并得以糾正。所以無(wú)論保護(hù)如何復(fù)雜，許多功能之間的復(fù)雜邏輯關(guān)系都編制在一個(gè)程序之中，都能正確反映設(shè)計(jì)思想，不會(huì)出錯(cuò)，并且程序被正確地復(fù)制到成批生產(chǎn)的各套保護(hù)裝置之中。（3）維護(hù)調(diào)試方便。由于微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)原理大致相同，各種復(fù)雜的功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以也可以編制相應(yīng)的軟件來(lái)簡(jiǎn)化調(diào)試工作。而且微機(jī)保護(hù)裝置大都具有自診斷功能，一旦發(fā)現(xiàn)異常會(huì)自動(dòng)報(bào)警，所以只要裝置沒(méi)有報(bào)警，就可認(rèn)為裝置是完好的，從而

19、大大減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。（4）靈活性大。由于微機(jī)保護(hù)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(hù)的特性和功能，所以能靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。（5）易于獲得附加功能。應(yīng)用微處理器后，如果配置打印機(jī)，或者其它顯示設(shè)備，就可以在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息。（6）保護(hù)性能得到很好改善。由于微機(jī)的應(yīng)用，使很多原有形式的繼電保護(hù)中存在的技術(shù)問(wèn)題可找到新的解決方法。 當(dāng)然，與傳統(tǒng)的模擬式保護(hù)相比，微機(jī)保護(hù)也存在不少缺點(diǎn)，如：與傳統(tǒng)的保護(hù)有根本性的背離；對(duì)硬件和軟件都要求高度可靠；硬件很快變成過(guò)時(shí)等。中壓配電網(wǎng)（KV）是電力系統(tǒng)的一部分，是企業(yè)供電的重要組成部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠

20、地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。中壓配電系統(tǒng)中包含著一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、更為直觀，在考慮和設(shè)置上較為容易，而二次系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，并且包括了大量的繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置和二次回路。所謂繼電保護(hù)裝置就是在供電系統(tǒng)中用來(lái)對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)，由繼電器來(lái)組成的一套專門的自動(dòng)裝置。為了確保10kV供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確合理地設(shè)置繼電保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)的硬件一般包括三大部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）。包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持(S/H)、

21、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)確地轉(zhuǎn)換為微型機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量。微型機(jī)主系統(tǒng)。微型機(jī)主系統(tǒng)包括微處理器(MPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)或閃存內(nèi)存單元(FLASH)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)器、并行接口以及串行接口等。微型機(jī)執(zhí)行編制好的程序，對(duì)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，完成各種繼電保護(hù)測(cè)量、邏輯和控制功能。開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)。開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)由微型機(jī)的并行接口（PIA或PIO）、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)、外部觸點(diǎn)輸入、人機(jī)對(duì)話及通信等功能。 圖2.1 微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)示意框圖目前，隨著集

22、成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，已有許多單一芯片將微處理器、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、并行接口、閃存單元（FLASH）、DSP、通信接口等多種功能集成與一個(gè)芯片內(nèi)，構(gòu)成了功能齊全的單片機(jī)微型機(jī)系統(tǒng)，為微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)提供了更多選擇。此外，還出現(xiàn)了芯片對(duì)外連線沒(méi)有了任何數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的微型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了“總線不出芯片”的設(shè)計(jì)，有利于與提高微機(jī)保護(hù)設(shè)備的可靠性和抗干擾能力。2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）模擬量輸入電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。主要包括電壓形成回路、采樣保持電路和濾波器、模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器等部分。下面分別敘述這幾個(gè)部分的工作原理及作用

23、。圖2.2 模擬量輸入電路結(jié)構(gòu)框圖繼電保護(hù)動(dòng)作與否的判據(jù)來(lái)自被保護(hù)的電力線路或設(shè)備上的電氣參數(shù)，例如電流、電壓等，這些原始模擬量的數(shù)值一般都非常大，其數(shù)量級(jí)可能為千伏或千安級(jí)等。為了保障設(shè)備安全和人身安全，需要降低和變換原始模擬量數(shù)值。在微機(jī)保護(hù)中，通常根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍的要求，將輸入信號(hào)變換為±5V或±10V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)，因此，一般采用中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上變換。交流電壓信號(hào)可以采用電壓變換器；而將交流電流信號(hào)變換為成比例的電壓信號(hào)，可以采用電抗變換器或電流變換器，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。輸入電壓的電壓形成回路，即通過(guò)電壓變換器實(shí)現(xiàn)。輸入電流的電壓形成回路（有以下2種方法實(shí)

24、現(xiàn)）1）電抗變換器。電抗變換器具有阻止直流、放大高頻分量的作用，因此當(dāng)一次流過(guò)非正弦電流時(shí)，其二次電壓波形將發(fā)生嚴(yán)重的畸變，這是不希望的。電抗變換器的優(yōu)點(diǎn)是線性范圍較大，鐵芯不易飽和，有移相作用；另外，其抑制非周期分量的作用在某些應(yīng)用中也可能成為優(yōu)點(diǎn)。2）電流變換器。電流變換器的最大優(yōu)點(diǎn)是，只要鐵芯不飽和，則其二次電流及并聯(lián)電阻上的二次電壓的波形可基本保持與一次電流波形相同且同相，即它的傳變可使原信息不失真。這點(diǎn)對(duì)微機(jī)保護(hù)是很重要的，因?yàn)橹挥性谶@種條件下作精確地運(yùn)算或定量分析才是有意義的。至于移相、提取某一分量或抑制某些分量等，在微機(jī)保護(hù)中，根據(jù)需要可容易地通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。電流變換器的缺點(diǎn)是，在

25、非周期分量的作用下容易飽和，線性度較差，動(dòng)態(tài)范圍也較小。在微機(jī)保護(hù)中，一般采用電流變換器將電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)。采用電流變換器的連接方式如圖2-3所示。其中Z為模擬低通濾波器及A/D輸入端等回路構(gòu)成的綜合阻抗，數(shù)值很大；而R為電流變換器二次側(cè)的并聯(lián)電阻，數(shù)值遠(yuǎn)小于Z（R<<Z）。故由圖2-3可得 u=Ri=R ） 圖2.3 電流變換器的連接方式電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個(gè)重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全隔離，提高抗干擾能力。在存在共模干擾的情況下的等效電路如圖2-4所示，其中C、C為變換器兩側(cè)與屏蔽層之間的等效電容;

26、Z為交流傳輸導(dǎo)線的等效阻抗；Z為設(shè)備對(duì)地的等效阻抗；Z為接地阻抗。由于Z很小，所以共模信號(hào)對(duì)變換器二次側(cè)的影響得到了很大的抑制。 （a） （b）圖2.4 屏蔽層作用的等效圖（a）共模干擾及屏蔽層示意圖 （b）屏蔽層作用的等效電路圖采樣保持電路的作用及原理為了把連續(xù)的模擬信號(hào)變成數(shù)據(jù)處理單元能夠使用的數(shù)字信號(hào)，首先必須把連續(xù)時(shí)間信號(hào)變成離散時(shí)間信號(hào)。把連續(xù)時(shí)間信號(hào)變成離散時(shí)間信號(hào)的過(guò)程稱為采樣。采樣得到的是每個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值，這個(gè)值還必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，然后才可以輸入數(shù)據(jù)處理單元。為了使采樣值在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變，需要把采樣值保持一段時(shí)間，這就是采樣保持器的作用。采樣保持電路（S/H）的工作原

27、理可用下圖來(lái)說(shuō)明。（a） （b）圖2.5 采樣保持電路工作原理圖及采樣保持過(guò)程示意圖 （a）采樣保持電路工作原理圖 （b）采樣保持過(guò)程示意圖濾波器：廣義來(lái)說(shuō)是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種處理，以達(dá)到保留信號(hào)中的有用信息而去掉無(wú)用成分的目的。電力系統(tǒng)故障初期，電流、電壓中可能含有相當(dāng)高的頻率分量（如2 kHz以上）。而目前大多數(shù)微機(jī)保護(hù)原理都是反映50Hz工頻分量的。因此，在采樣保持前用一個(gè)模擬低通濾波器把高頻分量過(guò)濾掉，防止高頻分量混疊到工頻來(lái)。模擬濾波器：應(yīng)用無(wú)源器件（如電阻R、電感L、電容C）或有源電路（運(yùn)放）元件組成的一個(gè)物理系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的模擬低通濾波器是RC低通濾波器。圖3-

28、5模擬低通濾波電路圖2.6 RC低通濾波器數(shù)字濾波器：對(duì)經(jīng)過(guò)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量的信號(hào)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算，取得信號(hào)中的有用信息，而去掉信號(hào)中的無(wú)用成分。在微機(jī)保護(hù)中，數(shù)字濾波器一般體現(xiàn)成一段程序。 圖2.7 數(shù)字濾波結(jié)構(gòu)圖把數(shù)字濾波器看出一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，就網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出來(lái)看，其作用和模擬濾波器完全一樣。與模擬濾波器比較，數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)：1）特性一致性好。模擬濾波器存在元件特性的差異，而數(shù)字濾波器只要保證程序一樣，特性也就完全一致。2）不存在由于溫度變化、元件老化等因素對(duì)濾波器特性影響的問(wèn)題。3）不存在阻抗匹配的問(wèn)題。4）靈活性好。只要改變數(shù)字濾波器的計(jì)算公式或改變某些系數(shù)，即可改變?yōu)V波器的

29、特性。5）精度高。通過(guò)增加計(jì)算字長(zhǎng)位數(shù)，就可提高計(jì)算精度。2.2.3模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種電子型的單刀多擲開關(guān)，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用來(lái)將各路S/H中保持的模擬信號(hào)分時(shí)地接通于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。常用的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)有8路、16路等，可以接通單端或雙端（即差分）信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的接通和斷開由外部控制。如圖2.8所示。圖2.8 模擬多路轉(zhuǎn)換示意圖模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一般原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC）是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，是將模擬量轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量的橋梁。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬量相對(duì)于模擬參考量轉(zhuǎn)化成

30、數(shù)字量D輸出。數(shù)字量D和輸入模擬量之間關(guān)系式為： ） 其中是模擬參考電壓，一般，D是小于1的二進(jìn)制數(shù)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC或D/A轉(zhuǎn)換器）逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在繼電保護(hù)測(cè)試儀中，也廣泛的將D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于模擬量輸出的控制。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量D轉(zhuǎn)變成模擬電壓或電流輸出。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程：通過(guò)并行接口向16位D/A轉(zhuǎn)換器試探性送數(shù)。每送一次數(shù)，微型機(jī)通過(guò)讀取PA0端口的狀態(tài)判斷試送的16位數(shù)相對(duì)于模擬輸入量是偏大還是偏小。如果偏大，則減小試送的16位數(shù)，直至找到最相近的二進(jìn)制數(shù)，這個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果。試探送數(shù)采用逐次逼近的二分搜索法。模數(shù)轉(zhuǎn)換

31、器與微型機(jī)的接口模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能必須由微型機(jī)執(zhí)行軟件程序來(lái)控制，即微型機(jī)通過(guò)總線控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665。模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665與微型機(jī)的接口如下圖2.9所示。圖2.9 AD7665的并行接口示意圖微機(jī)保護(hù)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的主要要求：1）轉(zhuǎn)換位數(shù)（分辨率），通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示；2）轉(zhuǎn)換時(shí)間（轉(zhuǎn)換頻率），A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間,其轉(zhuǎn)換頻率為 式（2.3）2.2.5 VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用VFC型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用電壓頻率變換原理(VFC)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),具有工作穩(wěn)定、精度高、抗干擾能力強(qiáng),同CPU接口簡(jiǎn)單和調(diào)試方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。電壓頻率轉(zhuǎn)換器VFC（Vo

32、ltage Frequency Converter）是另一種實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的器件，圖2-10中，電壓、電流信號(hào)經(jīng)電壓形成回路后，均變成與輸入信號(hào)成比例的電壓量。 信號(hào)共享TV、TA二次側(cè)模擬量光電耦合VFC電壓形成電壓形成光電耦合VFC圖2.10 VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本框圖VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理電壓頻率轉(zhuǎn)換器VFC輸出脈沖方波的頻率和輸入交流模擬電壓信號(hào)的大小成正比，即: 在一段時(shí)間（采樣時(shí)間）內(nèi)，對(duì)VFC輸出的脈沖方波進(jìn)行計(jì)數(shù)（即計(jì)算上升沿的個(gè)數(shù)），得到數(shù)字量D。則該數(shù)字量D和輸入模擬信號(hào) 之間的關(guān)usr(t)系是： 式（2.4）當(dāng)采樣時(shí)間很小時(shí)，且輸入模擬信號(hào)中沒(méi)有高頻分量時(shí)，可以

33、認(rèn)為在采樣時(shí)間內(nèi)輸入模擬電壓也不變。則有 式（2.5）以最終輸出的數(shù)字量D也正比于輸入的模擬信號(hào) 式（2.6） 輸入輸出圖2.11 VFC內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖圖2.12 VFC電路波形圖分辨率一般用VFC轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量D的位數(shù)來(lái)衡量。VFC型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)1）有低通濾波的作用；2）抗干擾能力強(qiáng)，在VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端和CPU主系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器之間接入光電耦合器；3）輸出數(shù)字量D的位數(shù)可調(diào)；4）與微型機(jī)的接口簡(jiǎn)單；5）可實(shí)現(xiàn)多微機(jī)共享數(shù)據(jù)采集；6）易于實(shí)現(xiàn)同步采樣；7）但不適用于高頻采樣。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)芯片AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPE

34、ROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)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(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51單片機(jī)采用的是8051單片機(jī)的內(nèi)核，即AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部CPU技術(shù)與8051單片機(jī)相同，所以都具有一樣的指令系統(tǒng)。它與8051單片機(jī)的不同在于，AT89C51單片機(jī)比8051

35、單片機(jī)在片內(nèi)存儲(chǔ)器空間和功能單元方面有所補(bǔ)充。4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，增加了在線編程功能，使程序的修改和調(diào)試及其方便，而且編程和校驗(yàn)也更加方便。AT89C51單片機(jī)的主要工作特性如下：8051CPU；4KB的快速擦寫Flash存儲(chǔ)器，用于程序存儲(chǔ)，可擦寫次數(shù)為1000次；256字節(jié)的RAM，其中高128字節(jié)地址被特殊功能寄存器SFR占用；32根可編程I/O端口線：P0，P1，P2，P3；2個(gè)可編程16位定時(shí)器，一個(gè)可編程的全雙工串行通信：3口的第二功能；具有6個(gè)中斷源，5個(gè)中斷矢量，兩級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)；1個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；具有“空閑”和“掉電”兩種低功耗工作方式；可編程的3級(jí)程

36、序鎖定位；工作電源的電壓為（5±0.2V）；AT89C51芯片引腳圖如圖2.13 所示圖2.13 AT89C51引腳排列圖2.4開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)光電耦合器：把發(fā)光器件和光敏器件組合在一起，實(shí)現(xiàn)以光信號(hào)為媒介的電信號(hào)變換。由于發(fā)光器件和光敏器件之間相互絕緣，所以可以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出兩側(cè)電路之間的電氣隔離。在微機(jī)保護(hù)中常用光電耦合器來(lái)輸入或輸出開關(guān)量信號(hào)。圖2.14 光電隔離的幾種情況將光電耦合器用于邏輯電平控制時(shí)，主要采用了以下兩種工作方式： 當(dāng)發(fā)光二極管側(cè)通過(guò)的電流較小時(shí)，產(chǎn)生的光電流較小，光敏器件側(cè)處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)發(fā)光二級(jí)觀側(cè)通過(guò)的電流較大時(shí)，產(chǎn)生的光電流較大，光敏

37、器件側(cè)處遇到同狀態(tài)。這樣，通過(guò)控制發(fā)光二極管側(cè)的電流，就可以實(shí)現(xiàn)控制光敏器側(cè)的截止或?qū)?。開關(guān)量輸入DI（Digital Input）主要用于識(shí)別運(yùn)行方式、運(yùn)行條件等，以便控制程序的流程圖。如重合閘方式、同期方式和定值區(qū)號(hào)等。微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入可以分為2類：安裝在裝置面板上的接點(diǎn)；如用于人機(jī)對(duì)話的鍵盤上的接點(diǎn)信號(hào)。這類信號(hào)可以直接接至微型機(jī)的并行口。從裝置外部經(jīng)過(guò)端子排引入的接點(diǎn)；如保護(hù)屏上的各種硬壓板、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。為了抑制干擾，這類接點(diǎn)必須要經(jīng)過(guò)光電耦合器進(jìn)行電氣隔離，然后接至并行口。圖2.15 裝置面板上的接點(diǎn)與微機(jī)接口連接圖圖2.16 裝置外部接點(diǎn)與微機(jī)接口連接圖 開關(guān)量輸出DO（

38、Digital output）主要包括保護(hù)的跳閘出口、本地和中央信號(hào)以及通信接口、打印機(jī)接口等。 保護(hù)的跳閘出口，本地和中央信號(hào)對(duì)于保護(hù)的跳閘出口、本地和中央信號(hào)等，一般都采用并行接口的輸出口來(lái)控制有接點(diǎn)繼電器的方法。為了提高抗干擾能力，也經(jīng)過(guò)一級(jí)光電隔離。如圖2.17所示。圖2.17 裝置開關(guān)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(dǎo)通，繼電器K被吸合。在初始化和需要繼電器K返回時(shí)，應(yīng)使PB0輸出“1”、PB1輸出“0”。 設(shè)置反相器B1及與非門H1而不是將發(fā)光二極管直接同并行口連接，一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)荷能力有限，不足以

39、使光電耦合器處于深度飽和狀態(tài)；另一方面因?yàn)椴捎门c非門后要滿足兩個(gè)條件才能使K動(dòng)作，增加了抗干擾能力，也增加了芯片損壞情況下的防誤動(dòng)能力。對(duì)于重要的保護(hù)跳閘出口信號(hào)，為了防止誤發(fā)信號(hào)，還需要增加與非門環(huán)節(jié)。 通信接口（包括打印機(jī)接口）對(duì)于通信接口、打印機(jī)接口等數(shù)字信號(hào)，可采取如圖2.18所示的連接方法。這里采用光電耦合器，既實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的電氣隔離，提高抗干擾能力，又可以實(shí)現(xiàn)不同邏輯電平的轉(zhuǎn)換。圖2.18 數(shù)字信號(hào)接口 圖中，將設(shè)置為輸出方式，設(shè)置為輸入方式。在微機(jī)保護(hù)中，需要應(yīng)用不同的離散運(yùn)算方法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障量的測(cè)量、計(jì)算和故障判別。這些不同的離散運(yùn)算方法就是不同的保護(hù)算法。按算法的目標(biāo)可分有兩大類：

40、 根據(jù)輸入電氣量的若干點(diǎn)采樣值通過(guò)一定的數(shù)學(xué)式或方程式計(jì)算出保護(hù)所反應(yīng)的量值，然后與定值進(jìn)行比較。 根據(jù)動(dòng)作方程來(lái)判斷是否在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，而不計(jì)算出具體的阻抗值。繼電保護(hù)按保護(hù)對(duì)象分有元件保護(hù)、線路保護(hù)等；按保護(hù)原理分有差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)和電壓、電流保護(hù)等。但是不管哪一類的保護(hù)算法，其核心問(wèn)題歸根結(jié)底為算出可表征被保護(hù)對(duì)象運(yùn)行特點(diǎn)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?；旧峡梢哉f(shuō)，只要找出任何能夠區(qū)分正常與短路的特征量，微機(jī)保護(hù)就可以予以實(shí)現(xiàn)。 1、精度2、速度（1）算法要求的采樣點(diǎn)數(shù)（數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度）（2）運(yùn)算工作量。算法的

41、精度和速度總是矛盾的。若要計(jì)算精確，則往往要利用更多的采樣點(diǎn)和進(jìn)行更多的計(jì)算工作量，這就增加了對(duì)硬件的要求。研究算法要把握如何在速度和精度兩方面進(jìn)行權(quán)衡。另外，評(píng)價(jià)算法時(shí)還要考慮對(duì)數(shù)字濾波的要求，因?yàn)橛行┧惴ū旧砭哂袛?shù)字濾波的功能，有些算法則需配以數(shù)字濾波器一起工作。假定原始數(shù)據(jù)為純正弦量的理想采樣兩個(gè)采樣值為和，采樣時(shí)刻和其相差為 式（3.1） 式（3.2） 式（3.3） 由上推導(dǎo)可得： 式（3.4） 式（3.5）由式(3.2)和式(3.3)可得，只要知道正弦量任意兩個(gè)電氣角度相隔/2的瞬時(shí)值，就可以算出該正弦量的有效值和相位。 . 其中，有效值 式（3.6） 相位式（3.7）理論根據(jù)是線性

42、系統(tǒng)的疊加原理，對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的線性系統(tǒng)，利用疊加定理可以進(jìn)行分解 圖3.1 短路示意圖故障后的測(cè)量電流 式（3.8） 故障電流分量 式（3.9） 正常運(yùn)行的負(fù)荷電流是周期信號(hào)，有 式（3.10）式中 時(shí)刻的負(fù)荷電流； 比t時(shí)刻提前一個(gè)周期的負(fù)荷電流； 工頻信號(hào)的周期。 可得故障分量的計(jì)算式化為 式（3.11）在非故障階段，測(cè)量電流等于負(fù)荷電流，即 式（3.12）微機(jī)保護(hù)的采樣值計(jì)算公式為： 式（3.13）故障分量電流的特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，計(jì)算出來(lái)的值等于0；（2）當(dāng)系統(tǒng)剛發(fā)生故障的一周內(nèi)，求出的是純故障分量；（3）突變量電流算法受頻率偏移的影響。傅里葉級(jí)數(shù)算法簡(jiǎn)稱傅氏算法。算

43、法的基本思路來(lái)自于傅里葉級(jí)數(shù)，本身具有濾波作用。它假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性的時(shí)間函數(shù)，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,   ） 式（3.14） 、分別為直流、基波和各次諧波的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)的振幅。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。、分別為基波分量正余弦項(xiàng)的振幅，為直流分量的值。易求得 式（3.15） 式（3.16） 由積分過(guò)程可知，基波分量正、余弦項(xiàng)的振幅、已經(jīng)消除了直流分量和整次諧波分量的影響。中的基波分量為 式（3.17） 式中 基波分量的有效值； 時(shí)基波分量的相角。不難得

44、出 式（3.18） 式（3.19）可用復(fù)數(shù)表示為 式（3.20） 式（3.21） 式（3.22）在用微型機(jī)處理時(shí)，式（3.15）和式（3.16）中的積分可以用梯形法則得到： 式（3.23） 式（3.24）式中 基波信號(hào)的一周期采樣點(diǎn)數(shù)； 第次采樣值； 、分別為和時(shí)的采樣值。3.3.4 RL模型算法RL算法僅用于計(jì)算線路阻抗。對(duì)于一般的輸電線路，從故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路段可用一電阻和電感串聯(lián)電路來(lái)表示，即把輸電線路等效為RL模型。式（3.25） 其中，是線路正序電阻；是正序電感。由于三相線路間有互感的影響。對(duì)于不同的故障類型，選取不同的電壓、電流來(lái)構(gòu)成方程式。（1）對(duì)于相間短路，應(yīng)用， 。如A

45、B相間短路時(shí)，取和。（2）對(duì)于單相接地短路，取增加零序電流補(bǔ)償?shù)南嚯妷杭跋嚯娏?。即?式（3.26） 其中，零序電阻補(bǔ)償系數(shù) 式（3.27） 零序電感補(bǔ)償系數(shù)式（3.28）、分別為輸電線路每公里的零序和正序電阻和電感。本設(shè)計(jì)采用傅里葉級(jí)數(shù)算法，因其具有良好的濾波特性。傅氏算法從傅氏級(jí)數(shù)導(dǎo)出，它假定被采樣信號(hào)是周期性的。當(dāng)符合這種假定時(shí)，傅氏算法可以準(zhǔn)確地求出基頻分量。實(shí)際上，傅氏算法不僅能夠完全濾掉各種整次諧波和純直流分量，對(duì)非整次諧波和按指數(shù)衰減的非周期分量包含的低頻分量也有一定的抑制能力。4.中壓配電網(wǎng)線路電流保護(hù)的整定及自動(dòng)重合閘本章以10KV中壓配電網(wǎng)為列，著重介紹了幾種常用的電流保護(hù)

46、。10KV及以下中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)線路的相間短路保護(hù)必須動(dòng)作于斷路器跳閘，單相接地時(shí)，由于接地電流較小，三相電壓仍能在一段時(shí)間內(nèi)保持平衡，對(duì)用戶沒(méi)有很大影響。故單相接地一般動(dòng)作于信號(hào)，但當(dāng)其對(duì)人身和設(shè)備的安全產(chǎn)生危害時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷路器跳閘。實(shí)質(zhì)上，電流保護(hù)為相間短路的保護(hù)。 對(duì)于中壓配電網(wǎng)（10KV）線路的保護(hù)，由于線路多為饋線，且線路較短，一般采用有選擇性的電流速斷保護(hù)（電流段）和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流段）的兩段式保護(hù)。同時(shí)在個(gè)別情況下，當(dāng)快速切除故障是首要條件時(shí)，采用無(wú)選擇性的電流速斷保護(hù)，然后通過(guò)自動(dòng)重合閘予以糾正。對(duì)于不能滿足要求的特殊線路結(jié)構(gòu)或特殊負(fù)荷線路保護(hù)（如較長(zhǎng)線路），可考慮

47、增加其他保護(hù)，如保護(hù)段、零序保護(hù)等。現(xiàn)針對(duì)一般保護(hù)進(jìn)行分析并簡(jiǎn)要介紹特殊情況下的保護(hù)。根據(jù)有關(guān)規(guī)程，相間短路保護(hù)應(yīng)按下列原則配置：保護(hù)的電流回路的電流互感器采用不完全星形接線，各線路保護(hù)用電流互感器均裝設(shè)在A、C兩相上，以保證在大多數(shù)兩點(diǎn)接地情況下只切除一個(gè)故障地接點(diǎn)；采用遠(yuǎn)后備方式，主要體現(xiàn)在應(yīng)用電流段；線路上發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)快速切除故障，滿足速動(dòng)性要求，以保證非故障部分能繼續(xù)運(yùn)行。相間短路的電流保護(hù)通常是三段式保護(hù)。第段為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)；第段為限時(shí)電流速斷保護(hù)；第段為過(guò)電流保護(hù)或低電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)。反應(yīng)電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)稱為電流速斷保護(hù)。為了保證選擇性，一般只保護(hù)被保護(hù)線路的

48、一部分，其工作原理可用圖4.1來(lái)說(shuō)明。對(duì)單端電源輸電線路，在每回線路的電源側(cè)都裝有電流速斷保護(hù)，短路點(diǎn)距保護(hù)安裝地點(diǎn)越遠(yuǎn)，流過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流越小。圖4.1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性分析 對(duì)反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)而言，能使該保護(hù)裝置啟動(dòng)的最小電流值稱為保護(hù)裝置的整定電流，以表示，顯然必須當(dāng)實(shí)際的短路電流時(shí)，保護(hù)裝置才能啟動(dòng)。保護(hù)裝置的整定電流，是用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表示的。它所代表的意義是當(dāng)在被保護(hù)線路的一次側(cè)電流達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)，安裝在該處的這套保護(hù)裝置就能夠動(dòng)作。以保護(hù)2為例，為保證動(dòng)作的選擇性，保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流必須大于下一條線路出口處短路時(shí)可能的最大短路電流，從而造成

49、在本線路末端短路時(shí)保護(hù)不能啟動(dòng)，保護(hù)不能啟動(dòng)的范圍隨運(yùn)行方式、故障類型的變化而變化。 現(xiàn)在來(lái)分析電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算原則。根據(jù)電力系統(tǒng)短路的分析，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)定時(shí)，短路電流的大小決定于短路點(diǎn)和電源之間的總阻抗，三相短路電流可表示為 式（4.1） 式中系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；短路類型系數(shù)，三相短路取1，兩相短路取。在一定的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，和等于常數(shù)。此時(shí)將隨的變化而變化，因此可以經(jīng)計(jì)算后繪出的變化曲線，如圖4-1所示。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型改變時(shí)，將隨之變化。對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)講，通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式，本書中稱

50、為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，而短路電流為最小的方式則稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式。對(duì)不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的實(shí)際情況選取其最大和最小運(yùn)行方式。在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)、通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大；在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，則短路電流為最小。這兩種情況下短路電流的變化如圖2-1中的曲線和所示。為了保證電流速斷保護(hù)動(dòng)作的選擇性，對(duì)保護(hù)1來(lái)講，其整定的動(dòng)作電流必須大于點(diǎn)短路時(shí)，可能出現(xiàn)的最大短路電流，即大于在最大運(yùn)行方式下變電站C母線上三相短路時(shí)的電流 式（4.2） 引入可靠系數(shù)，則動(dòng)作電流為 式（4.3） 對(duì)保護(hù)2來(lái)講，按照同樣的原則，其整定電流應(yīng)大于點(diǎn)短路時(shí)B母線上的最大短路電流，即 式（4.4） 啟動(dòng)電