電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)第5章-微機(jī)繼電保護(hù)的軟件課件

2023/6/9主要內(nèi)容5.1微機(jī)保護(hù)軟件概述5.2

微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置

5.3程序流程的基本結(jié)構(gòu)5.4電流保護(hù)流程圖5.1微機(jī)保護(hù)軟件概述

(1)一套完整的微機(jī)繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)需要選擇合理的繼電保護(hù)原理、數(shù)字濾波和算法，設(shè)計(jì)可靠的硬件電路等等。而微機(jī)繼電保護(hù)軟件的開發(fā)過(guò)程是對(duì)繼電保護(hù)的原理、數(shù)字濾波以及算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

(2)不論什么原理和功能的保護(hù)，微機(jī)保護(hù)裝置的硬件原理基本相同，主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微型機(jī)主系統(tǒng)和開關(guān)量輸入/輸出回路組成。

(3)微機(jī)繼電保護(hù)軟件開發(fā)完成由需求分析、功能定義、軟件設(shè)計(jì)、軟件代碼編寫和測(cè)試、整機(jī)測(cè)試五個(gè)階段組成。5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置微機(jī)保護(hù)的硬件從結(jié)構(gòu)功能的角度接口軟件

其軟件相應(yīng)的有保護(hù)軟件1.接口軟件接口軟件是指人機(jī)接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運(yùn)行程序。5.2.1軟件設(shè)置

人機(jī)接口保護(hù)5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置2.保護(hù)軟件保護(hù)軟件配置有主程序和中斷服務(wù)程序。（1）主程序通常都有三個(gè)基本模塊：初始化和自檢循環(huán)模塊、保護(hù)邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。（2）中斷服務(wù)程序有定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序和串行口通信中斷服務(wù)程序。

（3）保護(hù)軟件有三種工作狀態(tài)：運(yùn)行、調(diào)試和不對(duì)應(yīng)狀態(tài)。5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置3.中斷服務(wù)程序及微機(jī)保護(hù)的中斷絕大多數(shù)的工控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件都采用了中斷技術(shù)，微機(jī)保護(hù)裝置是實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的工控計(jì)算機(jī)設(shè)備，更是離不開中斷的工作方式。所謂實(shí)時(shí)性就是指在限定的時(shí)間內(nèi)，對(duì)外來(lái)事件能夠及時(shí)做出迅速反應(yīng)的特性。保護(hù)裝置為了滿足實(shí)時(shí)性的要求，必須采用帶層次要求的中斷工作方式，在這里中斷成為保護(hù)裝置軟件的一個(gè)重要概念?？傊捎谕馐录请S機(jī)產(chǎn)生的，凡需要CPU立即響應(yīng)并及時(shí)處理的事件，必須用中斷的方式實(shí)現(xiàn)。5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置一種微機(jī)保護(hù)的主程序流程如圖5-1所示。

自檢循環(huán)程序（1）主程序故障處理程序5.2.2主程序流程5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置（2）初始化自檢就是對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行全面自檢。通過(guò)自檢，可以迅速發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置的軟、硬件故障，發(fā)出警告信號(hào)并閉鎖保護(hù)出口。自檢的內(nèi)容和方式包括：（1）RAM讀寫檢查。（2）定值檢查。（3）EPROM求和自檢。（4）輸出通道（出口跳閘回路）自檢。5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置（1）運(yùn)行狀態(tài)自檢包括保護(hù)定值監(jiān)測(cè)、開關(guān)位置監(jiān)測(cè)（線路微機(jī)保護(hù)還包含重合閘充電、通道檢查、手動(dòng)合閘判別等）和交流電流、電壓回路監(jiān)測(cè)等。（2）在自檢循環(huán)程序中，如果檢測(cè)到故障啟動(dòng)標(biāo)志，則進(jìn)入故障處理程序。（3）保護(hù)的算法計(jì)算是完成微機(jī)保護(hù)功能的核心模塊。其主要內(nèi)容有：采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波、故障特征量計(jì)算、保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)計(jì)算等。5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件配置（1）在自檢循環(huán)程序中，需要響應(yīng)采樣中斷，執(zhí)行采樣中斷程序。5.2.3采樣中斷程序

（2）采樣中斷程序中主要進(jìn)行功能模擬量采集啟動(dòng)判據(jù)的計(jì)算5.3程序流程的基本結(jié)構(gòu)在微機(jī)保護(hù)中，定時(shí)中斷通常是最主要的中斷方式，下面僅以定時(shí)中斷服務(wù)程序?yàn)槔榻B三種典型的流程機(jī)構(gòu)。1.

順序結(jié)構(gòu)在圖5-3（a）所示的一次中斷服務(wù)流程中，將功能1，2，…，完全按順序執(zhí)行一遍。當(dāng)微型機(jī)的運(yùn)行速度較快，在結(jié)合DSP技術(shù)后，完全可以采取順序結(jié)構(gòu)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。

5.3程序流程的基本結(jié)構(gòu)采用圖5-3（b）所示的分時(shí)切換的方法，每一次的中斷流程只執(zhí)行1，2，…，功能模塊中的一個(gè)功能。這種方法的采樣間隔時(shí)間小于順序結(jié)構(gòu)的采樣間隔。如圖6-3（b）3混合結(jié)構(gòu)圖5-3（c）所示的混合結(jié)構(gòu)方法介于順序結(jié)構(gòu)和切換結(jié)構(gòu)之間，突出了1功能的實(shí)時(shí)執(zhí)行，而2，…的個(gè)功能采用分時(shí)切換執(zhí)行的方法。僅就中斷流程的執(zhí)行時(shí)間來(lái)說(shuō)，具體的采樣間

2

切換結(jié)構(gòu)5.3程序流程的基本結(jié)構(gòu)（1）順序法

（2）切換法

（3）混合法

5.4電流保護(hù)流程圖1.系統(tǒng)主程序流程在微機(jī)電流保護(hù)中，一種電流保護(hù)的流程如圖5-4所示。圖中只畫出了系統(tǒng)主程序流程和定時(shí)中斷服務(wù)流程。5.4.1電流保護(hù)流程（1）初始化過(guò)程從圖5-4（a）可見(jiàn)，該模塊主要完成如下工作：

其次，是讀取所有開關(guān)量輸入的狀態(tài)。

還有，要對(duì)裝置的軟硬件進(jìn)行一次全面的自檢。首先，對(duì)硬件電路所設(shè)計(jì)的可編程并行接。5.4電流保護(hù)流程圖5.4電流保護(hù)流程圖（2）主程序的其它過(guò)程

初始化和全面自檢開放中斷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)投入

注意：只要微機(jī)保護(hù)不退出工作、裝置無(wú)異常狀況，就要不斷地發(fā)出采樣脈沖，實(shí)時(shí)地監(jiān)視和獲取電力系統(tǒng)的采樣信號(hào)。（3）主程序與中斷服務(wù)程序的關(guān)系在開中斷后，微型機(jī)實(shí)際上是交替地執(zhí)行系統(tǒng)主程序和中斷服務(wù)程序的，兩個(gè)程序流程的時(shí)序關(guān)系如圖5-5所示。5.4電流保護(hù)流程圖2.中斷服務(wù)流程

中斷服務(wù)程序流程示于圖5-4（b）。為了使流程和邏輯更清晰，圖中只畫了電流元件和時(shí)間元件的工作流程。這是電流保護(hù)功能的主體，主要包括以下功能：5.4電流保護(hù)流程圖（1）將各模擬輸入量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的采樣值，然后存入RAM區(qū)的循環(huán)寄存器中。（2）時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能。（3）計(jì)算保護(hù)功能中用到的測(cè)量值。（4）測(cè)量電流與Ｉ段電流定值進(jìn)行比較如果測(cè)量電流大于Ｉ段定值，則立即控制出口回路，發(fā)出跳閘命令和動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)保存Ｉ段動(dòng)作信息，用于記錄、顯示、查詢和上傳。（5）在電流Ｉ段的功能之后，執(zhí)行電流II段的功能。

（6）電流III段的功能、邏輯和比較過(guò)程均與電流II段相似，注意考慮了第三相電流的合成。（7）當(dāng)I、II、III段的電流測(cè)量元件都不動(dòng)作時(shí)，再控制出口回路，使出口繼電器處于都不動(dòng)作狀態(tài)，達(dá)到收回跳閘命令的目的。5.4電流保護(hù)流程圖5.4.1軟件實(shí)現(xiàn)方向元件

在雙電源供電的系統(tǒng)中，為了提高供電的可靠性，保證繼電保護(hù)的選擇性通常需要配置方向元件，用以區(qū)分短路的方向。當(dāng)保護(hù)功能需要采用方向元件時(shí)，只要在圖5-4的流程中，考慮方向元件的判斷就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯。

按接線方式的要求，計(jì)算出進(jìn)行方向比較的兩個(gè)電氣量的相量和。5.4電流保護(hù)流程圖在微機(jī)中，相量和的實(shí)部、虛部均為數(shù)字量，所以，通過(guò)式（5-1）的幅值比較方程就可以構(gòu)成靈敏角為的方向元件，其動(dòng)作特性如圖5-6所示，動(dòng)作區(qū)域?yàn)?。?-1）1.方程比較方法5.4電流保護(hù)流程圖當(dāng)希望方向元件的動(dòng)作特性如圖5-7所示時(shí)，幅值比較動(dòng)作方程只要改為：（5-2）2.虛擬阻抗方法利用相量和，求出阻抗,如果取為動(dòng)作條件，那么就可以構(gòu)成靈敏角為的方向元件，其動(dòng)作特性如圖5-8所示。動(dòng)作區(qū)域?yàn)椤?/p>

5.4電流保護(hù)流程圖對(duì)于低電壓電網(wǎng)的方向元件，常用的接線方式是接線。利用與接線方式對(duì)應(yīng)的和求阻抗時(shí)，計(jì)算值不一定就是短路阻抗（與短路類型有關(guān)），因此，將這種方向元件構(gòu)成的方法稱之為虛擬阻抗法。5.4電流保護(hù)流程圖

利用微型機(jī)的優(yōu)勢(shì)和故障的特點(diǎn)，在相同模擬量輸入的情況下，考慮電流保護(hù)整定值隨故障類型的不同而自動(dòng)調(diào)整，從而有效地提高電流保護(hù)的靈敏度。5.4.2提高電流保護(hù)靈敏度的方法如果將衰減非周期分量和諧波分量的影響用濾波的方法予以消除，那么，對(duì)于只引入A、C相電流的不完全星形接線，從A、C兩相電流來(lái)看，三相短路和兩相短路有如下特征：5.4電流保護(hù)流程圖(1)三相短路時(shí)，三相電流是對(duì)稱的。于是，由引入的A、C兩相電流可得(5-3)

其中，為計(jì)算得到的第三相電流。如果取

和，那么，三相短路時(shí)，在理論上有。(2)兩相短路時(shí)，兩個(gè)故障相的故障電流分量大小相等、方向相反，非故障相的故障電流分量等于0。

5.4電流保護(hù)流程圖于是，在各種相別的兩相短路情況下，測(cè)量的故障電流和計(jì)算電流具有如表5-1所示特征。顯然，在三相的測(cè)量和計(jì)算電流中，有和。故障相別測(cè)量電流計(jì)算電流000表5-1各相間短路的故障電流分量5.4電流保護(hù)流程圖于是，綜合上述（1）和（2）得分析后，可以得到鑒別同一電壓等級(jí)上。發(fā)生兩相短路的一種故障分量判別方法為：（3）由故障分析可知，當(dāng)下一設(shè)備分接線

的降壓變壓器時(shí)，若低壓側(cè)發(fā)生兩相短路，則三相的測(cè)量和計(jì)算電流中，有：。實(shí)際上，這種短路情況下，電流保護(hù)的靈敏度已經(jīng)得到提高，所以，本方案不考慮這種短路情況。(5-4)

式中，K為大于2的比例系數(shù)，避開第（3）種情況的影響。實(shí)際應(yīng)用中，考慮到互感器的傳變誤差、測(cè)量和計(jì)算誤差，并考慮一定的裕度，可以取K值為4~5。5.4電流保護(hù)流程圖于是，當(dāng)時(shí)，判定為兩相短路；當(dāng)時(shí)，判定為三相短路。在相同運(yùn)行方式下，同一地點(diǎn)分別發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，二者的短路電流關(guān)系為：。于是，可以構(gòu)成圖5-10的流程，提高了電流保護(hù)的靈敏度。圖中只畫出了電流速斷邏輯的流程示意圖。圖5-10中是按照最大運(yùn)行方式和三相短路情況下，計(jì)算出來(lái)的電流速斷整定值，此時(shí)，靈敏度只要按照最小運(yùn)行方式下三相短路來(lái)校驗(yàn)。下面，分析靈敏度得到提高的程度。5.4電流保護(hù)流程圖傳統(tǒng)電流速斷的最小保護(hù)范圍為

(5-5)

5.4電流保護(hù)流程圖采用區(qū)分故障類型、自動(dòng)調(diào)整電流定值的方法后，電流速斷的最小保護(hù)范圍為式中：為電流速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍；為線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗；為電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，一般取為1.2~1.3；為線路線路全長(zhǎng)（km）；為歸算到保護(hù)安裝處的系統(tǒng)等值阻抗最小值；為歸算到保護(hù)安裝處的系統(tǒng)等值阻抗最大值；(5-6)

于是，電流速斷的靈敏度得到提高的百