微機繼電保護原理

微機繼電保護原理隨著計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,微機繼電保護由于其具有比傳統(tǒng)繼電保護裝置更顯著的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在新建電氣化鐵道供電系統(tǒng)中的牽引網(wǎng)饋線、牽引變壓器、并聯(lián)電容器補償裝置均采用了微機保護裝置。本章講述微機保護原理基礎(chǔ)知識，主要包括硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、特征量和保護動作判據(jù)的算法、軟件流程、抗干擾措施及微機保護的發(fā)展趨勢等的內(nèi)容。隨著計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機繼電保護由于其具有比傳統(tǒng)繼電保護裝置更顯著的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在新建電氣化鐵道供電系統(tǒng)中的牽引網(wǎng)饋線、牽引變壓器、并聯(lián)電容器補償裝置均采用了微機保護裝置。本章講述微機保護原理基礎(chǔ)知識，主要包括硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、特征量和保護動作判據(jù)的算法、軟件流程、抗干擾措施及微機保護的發(fā)展趨勢等的內(nèi)容。4.1概述4.1.1計算機在繼電保護領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展概況近幾十年來電子計算機技術(shù)發(fā)展很快，其應(yīng)用已廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活等各個領(lǐng)域，使各行業(yè)的面貌發(fā)生了巨大的變化，繼電保護技術(shù)也不例外。在繼電保護技術(shù)領(lǐng)域，微機除了用作故障分析和保護動作性能分析外，20世紀(jì)60年代末期已經(jīng)提出用計算機構(gòu)成保護裝置的倡議。到了20世紀(jì)70年代末期，出現(xiàn)了一批功能足夠強的微型計算機，價格也大幅度降低，因而無論在技術(shù)性上還是經(jīng)濟性上，已具備用一臺微型計算機來完成對一個電氣設(shè)備建立保護功能的條件，從此掀起了新一代的繼電保護一一微機保護的研究熱潮。我國在微機保護方面的研究工作起步較晚，但進展速度卻很快。1984年上半年，由華北電力學(xué)院研制的第一套以6809(CPU)為基礎(chǔ)的微機距離保護樣機投入試運行。1984年底在華中工學(xué)院召開了我國第一次計算機繼電保護學(xué)術(shù)會議，這標(biāo)志著我國計算機保護的開發(fā)開始進入了重要的發(fā)展階段。經(jīng)過20多年的研究、應(yīng)用、推廣與實踐，現(xiàn)在微機保護產(chǎn)品已經(jīng)成為新投入使用的繼電保護設(shè)備的主體。自從微型計算機引入繼電保護以來，微機保護在利用故障分量方面取得了長足的進步，另一方面，結(jié)合了自適應(yīng)理論的自適應(yīng)式微機保護也得到較大發(fā)展，同時，計算機通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及其在系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使得變電站和發(fā)電廠的集成控制、綜合自動化更易實現(xiàn)。未來幾年內(nèi)，微機保護將朝著高可靠性、簡便性、通用性、靈活性和網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化等方向發(fā)展，并可以與電子式互感器、光學(xué)互感器實現(xiàn)連接；同時，充分利用計算機的計算速度、數(shù)據(jù)處理能力、通信能力和硬件集成度不斷提高等各方面的優(yōu)勢，結(jié)合模糊理論、自適應(yīng)原理、行波原理、小波技術(shù)等，設(shè)計出性能更優(yōu)良和維護工作量更少的微機保護設(shè)備。4.1.2微機繼電保護與傳統(tǒng)裝置的對比分析繼電保護的任務(wù)是判斷電力系統(tǒng)有關(guān)電氣設(shè)備是否發(fā)生故障而決定是否發(fā)出跳閘命令，使發(fā)生故障的電氣設(shè)備盡量迅速地與電力系統(tǒng)隔離。為此，首先要取得與被保護電氣設(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、抉斷；抉斷結(jié)果的執(zhí)行。信息要通過電壓、電流傳送，有時還通過一些開關(guān)量傳遞。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(gòu)，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(shè)置其他的變換、隔離等環(huán)節(jié)。隨著電子技術(shù)的引入，為了適應(yīng)電子器件的弱信號的要求，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、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(huán)節(jié)，其間并沒有本質(zhì)的差別，這些環(huán)節(jié)，可以稱為“信息預(yù)處理”環(huán)節(jié)。由于計算機是數(shù)字電路，其工作電平比集成電路的工作電平還低，因此，計算機繼電保護同樣也需要設(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。在這個問題上計算機保護與原來的模擬式保護是一致的。換言之，在這個問題上，模擬式保護的一些經(jīng)驗也是隨著計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,微機繼電保護由于其具有比傳統(tǒng)繼電保護裝置更顯著的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在新建電氣化鐵道供電系統(tǒng)中的牽引網(wǎng)饋線、牽引變壓器、并聯(lián)電容器補償裝置均采用了微機保護裝置。本章講述微機保護原理基礎(chǔ)知識，主要包括硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、特征量和保護動作判據(jù)的算法、軟件流程、抗干擾措施及微機保護的發(fā)展趨勢等的內(nèi)容。適用于計算機保護的。繼電保護的主要任務(wù)是操作、控制與被保護電氣設(shè)備有關(guān)斷路器，使發(fā)生故障的電氣設(shè)備迅速與電力系統(tǒng)分隔離開來，最大限度地減輕故障對電力系統(tǒng)的影響，減輕故障設(shè)備的損壞程度。這種操作是通過控制跳閘線圈實現(xiàn)的，也就是給線圈通入電流實現(xiàn)的。電流可以由接點控制，也可以由無接點的半導(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的小型中間繼電器，組成必要的出口邏輯。這個方面計算機繼電保護與傳統(tǒng)繼電保護也是基本一致的。計算機繼電保護與傳統(tǒng)繼電保護的根本區(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)別主要是在于實現(xiàn)上述功能的手段不同。傳統(tǒng)繼電保護是靠模擬電路（或繼電器元件）的構(gòu)成來實現(xiàn)的，即用模擬電路實現(xiàn)各種電量的加、減、乘、除和延時與邏輯組合需求。而計算機保護，即數(shù)字式繼電保護卻是用數(shù)字技術(shù)進行數(shù)值（包括邏輯）運算來實現(xiàn)上述功能的。計算機上的數(shù)字和邏輯運算是通過軟件進行的，即這些運算要通過預(yù)先按一定的規(guī)則（語言〉制定的計算程序進行的。這是與模擬式繼電保護截然不同的工作模式。也就是說，計算機式繼電保護是由“硬件”和“軟件”兩部分組成的，硬件是實現(xiàn)繼電保護功能的基礎(chǔ)，而繼電保護原理是直接由軟件，即由計算機程序?qū)崿F(xiàn)的，程序的不同可以實現(xiàn)不同的原理，程序的好壞、正確與錯誤都直接影響繼電保護性能的優(yōu)劣、正確或錯誤。為核心部件構(gòu)成的具有繼電保護功能的自動化安全裝置。4.1.3微機繼電保護裝置特點4.1.3.1調(diào)試維護方便在微機保護應(yīng)用之前，整流型或晶體管型繼電保護裝置的調(diào)試工作量很大，原因是這類保護裝置都是布線邏輯的，保護的功能完全依賴硬件來實現(xiàn)。微機保護則不同，除了硬件外，各種復(fù)雜的功能均由相應(yīng)的軟件（程序）來實現(xiàn)。4.1.3.2高可靠性4.1.3.3易于獲得附加功能傳統(tǒng)保護裝置的功能單一，僅限于保護功能，而微機保護裝置除了提供傳統(tǒng)保護功能外，還可以提供一些附加功能。例如，保護動作時間和各部分的動作順序記錄，故障類型和相別及故障前后電壓和電流的波形記錄等。對于線路保護，還可以提供故障點的位置（測距），這將有助于運行部門對事故的分析和處理。4.1.3.4靈活性由于微機保護的特性主要由軟件決定，因此替換或改變軟件就可以改變保護的特性和功能，且軟件可實現(xiàn)自適應(yīng)性，依靠運行狀態(tài)自動改變整定值和特性，從而可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)運行方式的變化。4.1.3.5改善保護性能由于微機的應(yīng)用，可以采用一些新原理，解決一些傳統(tǒng)保護難以解決的問題。例如，利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障，對接地距離保護的允許過渡電阻的能力，大型變壓器差動保護如何識別勵磁涌流和內(nèi)部故障，采用自適應(yīng)原理改善保護的性能等。4.1.3.6簡便化、網(wǎng)絡(luò)化微機保護裝置本身消耗功率低，降低了對電流、電壓互感器的要求，而正在研究的數(shù)字隨著計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,微機繼電保護由于其具有比傳統(tǒng)繼電保護裝置更顯著的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前,在新建電氣化鐵道供電系統(tǒng)中的牽引