1、摘 要在電力系統中，繼電保護是保證電力系統安全運行和提高電能質量的重要工具，而且，電力系統的規模在不斷擴大，用戶對電能質量的要求也在不斷提高。因此，對繼電保護的要求也越來越高。高頻保護是110kV及以上輸電線路的主保護，也是高壓電網保護的第一道防線，能夠對全線路故障實現無時限切除，這是高頻保護的重大優點，所以，在超高壓電網的穩定措施中高頻保護受到高度重視。本次的設計是110kV線路微機高頻保護。本文首先簡要介紹了電力系統微機繼電保護的發展歷史、現狀、技術特點及其發展方向。接著詳細論述了110KV線路微機繼電保護的構成以及各個部分的工作原理，設計內容包括三大部分：硬件電路設計，軟件部分設計和高頻

2、保護參數計算及動作值整定。和件結構夠硬件電路主要由CPU主系統、數據采集系統和開關量輸入/輸出系統構成，軟件設計，主要包括高頻保護的主程序、中斷服務程序和故障處理程序設計，軟硬件結合實現保護功能。關鍵詞：繼電保護；微機保護；高頻距離保護；高頻零序保護AbstractIn the electrical power system, the relay protection is guaranteed the electrical power system safe operation and improves the electrical energy quality, moreover, the

3、 electrical power system scale is expanding unceasingly, the user unceasingly is also enhancing to the electrical energy quality request. Therefore, more and more is also high to the relay protection request. The high frequency protection is 110kV and above transmission line host protection, also is

4、 the first defense line which the high tension line protects, can realize the non-time limit excision to the entire line fault, this is the high frequency protection significant merit, therefore, receives in the ultrahigh voltage electrical network stable measure intermediate frequency protection ta

5、kes highly.This time design is the 110kV line microcomputer high frequency protection. This article first was brief introduced the electrical power system microcomputer relay protection development history, the present situation, the technical characteristic and the development direction. Then in de

6、tail elaborated the 110KV line microcomputer relay protection constitution as well as each part of principle of work, the design content including three major parts: Hardware circuit design, software part design and high frequency protection parameter computation and movement value installation. Har

7、dware electric circuit mainly by CPU host system, data acquisition system, with switch quantity input/ output system constitution, the software design mainly includes the high frequency protection the master routine, the interrupt service and the breakdown disposal procedure design, the software and

8、 hardware union realization protection function.Key words：Relay protection；Microcomputer protection； High frequency distance protection；High frequency zero foreword protection 目 錄第1章 緒 論11.1電力系統微機保護的概述和發展歷程1電力系統及微機保護概述1微機保護的發展歷程11.2國內外關于該課題的研究現狀及趨勢21.3微機保護的發展方向2第2章 硬件部分設計32.1總體設計方案32.2數據采集系統設計3電壓形成3

9、采樣保持電路（S/H）4有源濾波器的結構及特點4模擬多路開關5模數轉換器（A/D）62.3微機主系統62.3.1CPU(中央處理器)6開關量輸入輸出回路9人機接口回路112.4跳閘回路設計11第3章 高頻保護參數計算及動作值整定133.1高頻保護概述133.2高頻通道及其工作方式133.3高頻保護的算法143.4傅里葉級數算法153.5高頻距離參數計算及動作值整定173.6 高頻零序參數計算及動作值整定19第4章 高頻保護軟件設計214.1高頻保護功能概述214.2 高頻保護程序設計22高頻保護的主程序流程圖說明22高頻保護的中斷服務程序流程圖說明25高頻保護的故障處理程序流程圖說明284.2

10、.4 振蕩閉鎖程序流程圖錯誤！未定義書簽。第5章 結 論38參考文獻39致 謝40第1章 緒 論1.1電力系統微機保護的概述和發展歷程1.1.1 電力系統及微機保護概述現代電力系統是一個巨大的統一的整體，一旦損毀不僅帶來巨大的經濟損失，而且會對電力系統本身穩定和工業生產及人民生活產生巨大影響。電力系統是一個復雜的、非線性的大系統，具有許多其它系統所沒有的特殊性，隨著電力系統不斷向高電壓、遠距離、大容量的方向發展，系統的網架結構和運行方式日益復雜，這就對系統中繼電保護裝置提出了更高的要求，即要求選擇性更好、可靠性更高、動作速度更快。1.1.2 微機保護的發展歷程近三十年來，計算機技術得到了飛速的

11、發展，已廣泛而深入地影響著人類社會的各個方面，如科學技術、生產制造和人們生活的各個領域。同樣，計算機技術也影響到電力系統繼電保護技術的發展。 繼電保護在電力系統中占有重要地位。我國從七十年代末就開始了微機繼電保護的研究，高等院校和科研院所在這里面起到了先導的作用，相繼研制出了不同原理和不同型式的微機繼電保護裝置。自從1984年4月由我國自行研制的第一套微機線路保護裝置在河北馬頭電廠投入實際運行以來，微機繼電保護已經在我國取得了很大的發展，隨后在投入批量生產后，從二十世紀九十年代開始在我國電網中逐步得到實際應用。 隨著國民經濟對用電量需求的不斷增大，各大高校與科研院所在微機繼電保護方面進行了深入

12、研究，國內幾大繼電保護生產廠家也紛紛轉向微機繼電保護的研發和生產。各種保護原理方案、算法的微機線路保護和微機主設備保護相繼問世，為電力系統提供了一批優質可靠的微機繼電保護裝置，同時也積累了豐富的運行經驗。隨著微機保護裝置的深入研究，在微機保護軟件算法等方面也取得了很多的理論成果。我國繼電保護技術己進入了微機保護的時代，并且也帶動了變電站綜合自動化的發展。當前，微機線路保護裝置已廣泛應用于我國電力系統中。 隨著微機保護的發展，不斷有新的改善繼電保護性能的原理和方案出現。這些原理和方案同時也對微機保護裝置硬件提出了更高的要求。由于集成電路和計算機技術的飛速發展，微機保護裝置硬件的發展也十分迅速，功

13、能更豐富，性能更加完善。1.2國內外關于該課題的研究現狀及趨勢目前應用于國內微機繼電保護裝置中的處理器主要有三類:單片機、DSP和嵌入式處理器。單片機通過大規模集成電路技術將CPU, ROM, RAM和I/0接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高、接口設計簡單、運行速度快、功耗低、性能價格比高的優點。因此高等院校和科研單位紛紛研制采用單片機的微機繼電保護裝置，而且由于單片機價格低廉，現階段應用單片機的微機保護仍是我國微機保護的主流產品。為了克服單片機運算能力弱的缺點，推出了一系列與個人計算機軟硬件兼容的嵌入式處理器，如INTEL386EX, AMD386/486E等。由于可利用PC豐富的開發環

14、境、應用軟件和電路設計技術，因而一經推出就得到了眾多工控廠家的歡迎，并紛紛在此基礎上開發出工SA, STD, PC104等總線工控主板。該嵌入式處理器具有很多優點，因此 STD工控機在電力系統繼電保護自動化產品中得到了最為廣泛的應用。而新一代處理器DSP具有相當強大的處理能力、快速的指令周期、哈佛結構、流水操作、專用乘法器、特殊的指令，加上集成電路優化設計，可以使DSP的指令周期達到200ns。將DSP應用于微機繼電保護，極大地縮短了數字濾波、濾序和付立葉變換算法的計算時間，不但可以完成數據采集、信號處理的功能，還可以完成以往主要由CPU完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。微機繼電保護

15、產品在電力系統中得到了廣泛的應用，并由于其相對于傳統繼電保護產品(整流型、集成電路型等)的一系列優點，大大提高了電力系統供電的安全性和可靠性，促進了電力系統自動化的發展。1.3微機保護的發展方向隨著我國變電站綜合自動化技術的發展及網絡技術的興起，微機保護裝置的研究設計工作應與變電站綜合自動化系統相適應，使微機保護既保持其相對獨立性，又要具備有與變電站監控系統接口的條件及遠方控制功能，以適應無人值守變電站的改造。同時，隨著新理論、新的硬件技術的發展，微機保護裝置也應吸收其中適應電力系統的部分，以提高微機保護的性能和技術水平。第2章 硬件部分設計2.1總體設計方案本次設計包括硬件和軟件兩大部分。其

16、中硬件部分包括：數據采集系統，CPU主系統設計，開關量輸入/輸出系統設計，硬件部分設計后還有跳閘出口電路及邏輯的等電路設計。軟件設計包括高頻保護主程序設計，高頻保護中斷服務程序設計，高頻保護故障處理程序設計。為了軟件設計的順利進行，還必須有高頻零序方向保護參數計算及動作之整定和高頻距離方向保護參數計算及動作之整定。最后是繪制硬件原理圖，軟件流程圖，答辯，打印等工作。硬件部分設計 微機保護的硬件一般包括以下三個部分：（1） 數據采集系統 數據采集系統包括電壓的形成，模擬濾波，采樣保持電路（S/H）多路轉換開關（MPX），以及模數轉換（A/D）等功能模塊，完成將模擬輸入量準確的轉換為微型機能夠識別

17、的數字量。（2） 微機主系統 微型機主系統主要包括微處理器，只讀存儲器，隨機存取存儲器，定時器，并行接口以及串行接口多等。微型機執行編制好的程序，對由數據采集系統輸入至RAM區的原始數據進行分析，處理，完成各種繼電保護的測量，邏輯，和控制功能。（3） 開關量輸入/輸出系統 開關量輸入/輸出系統由微型機的并行接口（PIA/PIO），光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘信號，外部觸點輸入，人機對話及通信等功能。2.2數據采集系統設計電壓形成 本次微機保護要從被保護的電力線路的電壓互感器或上取得信息，由于模數轉換器只能對一定范圍內的輸入電壓進行轉換，故需要降低和變換電壓，

18、將輸入信號變換為滿足模數轉換器量程要求范圍內的電壓信號。因此，采用中間變換器來實現以上的變換，將交流信號變換為比例的電壓信號，可以采用電抗變換器，電壓變換器或電流變換器。但是，目前在微機保護中采用電壓變換器方式的為多，主要原因是由于在微機保護系統電流信號在最嚴重的短路故障時，其幅度可能達到正常信號的10到20倍，為使ADC在短路時也能不失真，為不使隔離系統的鐵心飽和通常采用針模合金材料作鐵芯。綜合比較以上變換器后，本次設計采用電壓變換器將電流信號變換為電壓信號。采樣保持電路（S/H） (一)采樣保持器的作用 輸人到微機保護系統的電壓、電流等模擬量信號經過電壓形成環節變換成所要求的電壓值后，再經

19、模擬低通濾波器(ALF)進入采樣保持器。所謂采樣，就是CPU每隔一個固定的時間間隔Ts讀一次數據。Ts稱為采樣周期。采樣周期的倒數稱為采樣頻率。 采樣保持器的作用是在一個極短的時間內測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，并在模擬數字轉換器進行轉換的期間內保持其輸出不變。常用的繼承采樣保持器有多種，本次設計采用LF-398型采樣保持芯片。 (二)對采樣保持電路的要求 高質量的采樣保持電路應滿足以下幾方面要求：(1)最小采樣寬度Tc，(或稱為截獲時間)要盡量短，以滿足對快速變化的信號的采樣要求；(2)在截獲時間內，使Ch上的電壓能按一定精度跟蹤上U1的變化， 一般要求跟蹤誤差小于01；(3)在信號保持期

20、間，保持電壓應基本不變。通常用該電壓的下降率來表示保持能力。(4)模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流要小。總的來說，阻抗變換器的質量在很大程度上決定了采樣保持器的質量同時，上面的要求也與電容器的容量有關。就截獲時間而言，希望Ch越小越好，但是就保持時間而言，則希望Ch越大。因此在設計微機保護系統時，虛根據實際要求來考慮如何選擇Ch。本次設計選用LF-398采樣保持芯片。有源濾波器的結構及特點在故障電壓或電流等模擬量進入采樣保持器之前，用一個模擬低通濾波器(ALF)將高頻分量濾掉，僅讓1/2f以下的頻率分量通過，就可降低采樣頻率值，從而降低對微機系統硬件過高的要求。有源濾波器是指出RC

21、與運算放大器構成的濾波電路。邊過在RC網絡中引入有源器件，就能實現傳遞函數在s域左半平面出現共軛極點，得到良好的濾波特性。在微機保護中，通常采用二階或三階有源低通濾波電路。圖2.1為種二階有源濾波器，這種電路也稱為單端正反饋低通濾波器。它的主要優點是：僅使用一個運算放大器，結構簡單，RC元件少，缺點是元件參數的變化對濾波效果影響較大。圖2.1 二階有源低通濾波器電路中各參數為：C1=0.33Uf,R1227k，R24.55k，R3R41364k，截止頻率f0150Hz，增益系數H。2，品質因數Q070 6，這種濾波器的特性更接近干理想特性，此外，這種濾波器還具有結構簡單、所用RC元件少，當運算

22、放大器頻率特性偏離濾波器頻率特性時不易引起振蕩等優點。這種濾波器的缺點是，元件參數變化時對濾波器的影響較大。線路保護一般采用每周波12次采樣（即600次/秒），根據采樣定理的要求，低通濾波器的截止頻率選在采樣頻率的一半，即300Hz。模擬多路開關多路轉換開關又成多路轉換器，在分時檢測時利用多路開關可將各個輸入信號依次的或隨機的連接到公用放大器或A/D轉換器上。多路開關是用來切換模擬電壓信號的關鍵元件。為了提高過程參數的測量精度，在設計過程中視多路開關為理想的，即接通時的導通電阻為零，切換速度快，噪音小，壽命長，工作可靠。 用多路開關實現通道切換，常用的多路開關有AD7501（8通道），AD75

23、06（16通道），CD4051（8通道）。本次設計采用CD4051。 CD4051是由C-MOS.FET（場效應管）組成的單片多路開關，它是單端的8通道開關，它有三根二進制的控制輸入端A，B，C和一根禁止輸入端INH，片上有二進制譯碼器，可由 A，B，C三個二進制信號在8個通道中選一個，使輸入和輸出接通，而當INH為高電平時，不論A，B，C為何值，8個通路均不通。CD4051有很寬的數字和模擬信號電平，數字信號為315V，模擬信號峰-峰值為15Vp-p；當VDD-VEE=15V，輸入范圍為15Vp-p；時，其導通電阻為80；當VDD-VEE=10V時，其斷開時的漏電流為±10pA；靜

24、態功耗為1uW。 模數轉換器（A/D）(一)模數轉換(AD)的基本原理由于微機系統只能對數字量進行計算，而微機保護所能取得的電壓、電流信號均為模擬信號，因此必須將采樣所得到的模擬量經過模數轉換成為數字量。模數轉換的過程實質上就是對模擬信號進行量化和編碼的過程。 根據AD轉換的原理和特點的不同，可將AD轉換分為直接式AD轉換和間接式AD轉換兩大類。直接式AD轉換是將模擬信號直接轉換為數字量。常見的有逐次逼近式AD、記數式AD、并行轉換式AD等。間接式AD轉換是將模擬信號先變成中間變量，如脈沖周期T、脈沖頻率f脈沖寬度等，再將這些中間變量變成數字量，其中較常見的有單積分式AD、雙積分式AD、VFC

25、轉換式AD等。上述種種AD變換中，以逐次逼近式和VFC轉換式在微機保護中應用最廣。本次設計采用的是ADC式變換。采用的芯片是AD574。AD574是微機保護常用的一種芯片，是用逐次逼近原理實現的A/D變換器，分辨率為8位或12位，轉換時間25us。2.3微機主系統CPU(中央處理器) 微型計算機由三類大規模集成的芯片組成，關鍵的一塊芯片是微處理器，習慣上叫CPU芯片，CPU是計算機系統自動工作的指揮中樞，計算機程序的運行依賴于CPU來實現。因此，CPU的性能好壞在很大程度上決定了計算機系統性能的優劣。它包括通用電子計算機的運算器和控制器部分。存儲器芯片是第二類芯片， 計算機利用存儲器把程序和數

26、據保存起來，使計算機可以在脫離人的干預下自動地工作，它的存儲容量和訪問時間直接影響著整個計算機系統的性能。它主要用來存放程序和數據。根據程序和數據的大小可以選擇多塊存儲器芯片。第三類芯片是輸入/輸出接口芯片，用以溝通計算機和外部設備。本次設計選用的是MCS-51中的8位單片機8031，它片內沒有ROM，片內RAM為128B，可以尋址64KB的片外程序存儲器，可以尋址64KB的片外數據存儲器，32根雙向和可單獨尋址的I/O線，一個全雙工的異步串行口，2個16位定時/計數器，5個中斷源，2個中斷優先級，有片內時鐘振蕩器。 1.系統工作原理從被保護線路上采集電壓信號，經過電壓變換器后變成低壓信號，經

27、過二階有源低通濾波器后，濾掉高頻部分，只讓 1/2采樣頻率一下的分量通過，然后將得到的采樣值送入采樣保持電路LF398，以保證在ALD轉換期間內，測量模擬輸入量，保持其輸出不變，上述過程為數據采樣過程，在本次設計中，這樣的數據采集一共有8路，分別將這8路采集信號送入8路模擬轉換開關CD4501，A，B，C組成二進制數，當選中每一路時，每一路的信號經過A10變換器AD574輸入單片機。8031擴展所用芯片有74LS373，74LS139，2764，6264等。如圖3.2。2.鎖存器74LS37374LS373是一種8D鎖存器，具有三態驅動輸出，該鎖存器由8個D門組成，有8個輸入端1D8D，8個輸

28、出端1Q8Q，2個控制端G和OE，使能端G有效時，將D端數據打入鎖存器中D門，當輸出允許端OE有效時，將鎖存器中鎖存的數據送到輸出端Q。當使能端G為高電平時，同時輸出允許端OE為低電平，則輸出Q=輸入D；當使能端G為低電平，而輸出允許端OE也為低電平時，則輸出Q=QO（原狀態，即使能端G由高電平變為低電平前，輸出端Q的狀態，這就是“鎖存”的意義）。當輸出允許端OE為高電平時，不論使能端G為何值，輸出端Q總為高阻態。74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數據信息以及DMA頁面地址信息等。3.只讀存儲器27642764A是8K×8位紫外線擦除電可編程只讀存儲器，單一+5V電源供電，最

29、大工作電流為75mA，維持電流為35mA,讀出時間最大為250ns,為28腳雙列直插式封裝。圖2.2 8031擴展電路圖4. 隨機存儲器6264 6264是8K×8位靜態隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功耗200mV,典型存取時間200ns,為28線雙列直插式封裝, 74LS139是“2-4”譯碼器，每個譯碼器僅有一個使能端，具有2個選擇輸入端，4個譯碼輸出，0電平有效。5.8255是可編程接口電路本次設計采用程序查詢方式，由計算機啟動A/D轉換，隨后通過程序查詢轉換結束標志是否置位，等到置位后，將轉換結果存入內存。假定CPU是8位機，即只有8根數據線，因而

30、ADC574A中的12/端子固定接地，端子同CPU的地址總線的低位直接相連，而12位的數據輸出線并聯后接至CPU的8位數據總線。ADC574A的三根基本控制線（）采用標準接法，因而可以用CPU對地址寫和讀的指令來啟動轉換和讀取數據。轉換完成后的信息由ADC574A的狀態線STS經并行口PB送給CPU。多路開關CD4501的三根路數選擇線分別接至并行口的PAPA，因而CPU可以通過PAPA賦值的指令控制多路開關的切換，各采樣保持器芯片（LF398）的邏輯輸入端并聯后接至定時器的脈沖輸出端。定時器在再次發出采樣脈沖的同時向CPU請求中斷，以通知CPU來控制數據采集系統的工作。（一） 并行接口初始化

31、規定PAPA為輸出，并且賦值為0000，使多路開關接通0通道，同時規定PB為輸入，以便CPU查詢STS狀態。（二）采集數據寄存地址指針初始化由數據采集系統得到的各通道采樣值的轉換結果，應存放在一個規定的RAM區內，通常稱為循環寄存區，因為數據是源源不斷輸入的，而寄存區是有限的，故只能不斷刷新舊數據而循環使用。但為了有一定的記憶能力，循環寄存區應有一定的存儲容量。為了CPU能知道下一個轉換結果應存放在什么地址，在RAM區應設置一個地址指針，在初始化時把循環寄存區的首地址存入指針。CPU在每次取得轉換結果后，總是把它存入指針指向的地址，然后指針指向下一個地址。指針內容的更新在一般情況下是加工，因為

32、12位的轉換結果要占兩個字節，但要檢查一下更新結果是否超出循環寄存器的末地址，如超出則應重新回到首地址以保證循環使用。（三）定時器初始化微機系統的定時器（如Intel的8253和Motorola的6840）都是可編程的，使用非常靈活。定時器是定每次采樣的脈沖寬度，定它在每次發出采樣脈沖的同時請求中斷。開關量輸入輸出回路（1）開關量輸入回路 開關量的輸入回路是為了讀入外部接點的狀態，包括斷路器和隔離開關的輔助接點或跳合閘位置繼電器接點，壓力繼電器接點，還包括某些裝置上壓板位置輸入等。對微機繼電保護裝置的開光量輸入可分為兩大類： 安裝在裝置面板上的接點。包括在裝置調試時用的或運行中定期檢查裝置用的

33、鍵盤接點以及切換裝置工作方式用的轉換開關等。 從裝置外部經端子排引入裝置的接點。圖2.3 開光量輸入回路本次設計采用的是裝置外部接點輸入回路。 圖2.3中方線框內是一個光電耦合器件，集成在一個芯片內，當外部接點K1接通時，有電流通過光電器件的發光二極管電路，使光敏三極管導通。K1打開時，則光敏三極管截止。光電耦合芯片的兩個互相隔離部分間的分布電容僅僅是幾皮法，可大大削弱干擾。（2）開關量輸出回路 開關量輸出主要包括保護的跳閘出口以及本地和中央信號等，一般采用并行接口的輸出口來控制有接點繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經過一級光電隔離。只要通過軟件使并行口的PB0輸出“0”，PB1輸出“

34、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。在初始化和需要繼電器K返回時應使PB0輸出“1”，PB1輸出“0”。設置反向器B1及與非門H1，而不將發光二極管直接同并行口相連，一方面是因為并行口帶負載能力有限，不足以驅動發光二極管，另一方面是因為采用與非門以后要滿足兩個條件才能使K動作，增加了抗干擾能力。圖2.4 開關量輸出回路為了防止拉合直流電源的過程中繼電器K的短時誤動，將PB0經一反向器輸出，而PB1不經反向器輸出。如圖2.4。人機接口回路鍵盤輸入回路 為了簡便操作，保護裝置鍵盤的數量應盡可能的減少。人機接口的面板上鍵盤只有七個鍵：“”，“”，“”，“”，“Q”(返回

35、鍵)，“復位”和“確認”鍵。“復位”和“確認”鍵用于裝置復位和操作確認。正揚科醫師的電路十分簡單，操作也很方便，鍵盤輸入電路有兩種：獨立鍵盤電路和行列式鍵盤電路。（1）獨立式按鍵 由于只需少量按鍵，因此可以采用最簡單的獨立式鍵盤電路，如圖2.5所示，從而大大簡化了電爐，也使鍵盤程序簡單。在監控程序安排下，接口CPU對74LS245輸出不停的檢測，由于每一個按鍵都有特定的鍵值，輸入CPU后，根據該鍵特定的鍵值就可以專項執行該鍵的功能程序了，例如，按下“”，就轉向執行將光標移上一行的程序，當鍵均未被按下時，74LS245接口芯片的輸入數碼為11111110即FEH，接口 CPU就認為無鍵輸入。（2

36、）行列式按鍵當鍵的數量較多是采用行列式按鍵電路，可節省I/O。 圖2.5 獨立式鍵盤電路2.4跳閘回路設計本次設計出口跳閘回路如圖所示：裝設了各跳閘出口繼電器KOF，啟動繼電器KST及停信繼電器KHS。 啟動繼電器動作后啟動發信，同時兼作總開放繼電器，由其常開觸點對跳閘回路及停信繼電器24V電源的負極實現閉鎖。三個保護用的CPU分別驅動各自的啟動繼電器KST，KST的觸點接成三取二閉鎖方式，只有當CPUl、CPU2、CPU3中至少有兩個同時啟動時，才能開故跳閘回路。綜合重合閘裝置的啟動元件KST作為重合閘回路的總閉鎖。CPU4的KST動作后，為重合閘繼電器KRC(邏輯插件上)和重合閘信號繼電器

37、KOH(信號插件上)提供負電源，這樣，當線路輕載偷跳單相時，雖各保護的KST不動作，但亦能保證重合閘回路可靠工作。 當CPUlCPU3中有一退出工作時，為了三取二閉鎖方式不影響未退出保護動作出口的可靠性，可以采取下面兩種措施： (1)通過連線LXl、LX2解除三取二閉鎖。 (2)某保護無故障停用時，可仍使該插件運行，其啟動元件仍然工作，只是將該保護的出口壓板退出，這樣三取二閉鎖方式不會影響裝置的正常工作。 停信繼電器由CPU1的KST驅動。采用閉鎖方式時，用于控制停信；采用允許方式時，用于控制發信機發允許信號。 KOFA、KOFB、KOFC、KOPR各有兩付觸點輸出，用于接通跳閘線圈。KOFA

38、、KOFB、KOFC還另有兩付觸點用于啟動失靈保護。KSTl、KST2各一付觸點用于啟動發信。圖2.6 跳閘出口回路第3章 高頻保護參數計算及動作值整定3.1高頻保護概述輸電線路的高頻保護（載波保護）是將兩側電流的相位（或功率方向）變成高頻訊號后再經加工后的輸電線（稱高頻傳輸通道）傳至對側進行直接或間接的相位比較（或邏輯判斷）來實現全線速動保護的，它可以有效的克服輔助導線（導引線）方法時的種種缺點。3.2高頻通道及其工作方式1高頻通道主要由以下幾個部分組成（1）輸電線路：用于傳輸高頻電流信號。（2）高頻阻波器：高頻阻波器是由電感線圈和可調電容組成的50Hz并聯諧振回路。它對工頻電流顯低阻抗，而

39、對高頻訊號顯高阻抗，它可阻止高頻電流進入被保護線路以外的電力系統中的其它設備。（3）耦合電容：耦合電容一方面起隔離工頻電壓的作用，另一方面與連接濾波器組成帶通濾波器，只允許通帶內的高頻電流通過，對工頻電流顯高阻抗。（4）連接濾波器：連接濾波器由空心變壓器和電容組成，它與耦合電容組成帶通濾波器，即可以進一步隔離高壓線路和高頻收發訊機，又起阻抗匹配器的作用（架空線波阻抗為400，電纜的波阻抗為100，）以減少高頻訊號的衰減。（5）高頻電纜：高頻電纜連接戶內的收發迅機和戶外的連接濾波器。（6）保護間隙：它可防止高頻收發訊機和高頻電纜受過電壓的腐蝕。（7）接地刀閘：它可以保證工作人員在檢修和調試高頻收

40、發迅機，連接濾波器時的安全。（8）高頻收發訊機：高頻收發訊機（載波機）用于發出和接收高頻信號（頻率為400500KHz）.（9）繼電保護部分：它不屬于高頻通道，但對于高頻通道中的某些部件起控制作用。高頻通道原理接線圖如圖3.1所示。2高頻通道的工作方式 高頻通道的工作方式是指高頻通道內的高頻電流存在兩種狀態。發訊機在發生故障時啟動發訊，通道內短時有高頻電流的狀態，稱為短時發訊方式，當發訊機在正常發訊，高頻通道內經常有高頻電流的狀態，稱為長期發訊方式。因此，短時發訊方式必須有發訊機的啟動元件，長期發訊方式則發訊機不必啟動元件。但前者的通道需定期檢查其完好性，后者的通道則經常處在一種被監視的狀態，

41、通道內正常無高頻電流時表明通道可能有故障。圖3.1 高頻通道原理接線圖3.3高頻保護的算法高頻保護的方向是通過微機保護算法實現的。電力系統的微機保護是采用微型計算機對電力系統中的各種電氣量進行采樣，通過軟件程序對采樣數據進行運算，分析和判斷，以實現各種保護功能的一種形式，因此說微機保護是用數學運算方法實現故障測量，分析和判斷的。微機保護中的一個基本問題就是尋找適當的離散運算方法來實現一定保護功能，從而使運算結果的精確度能滿足工程要求而計算耗時又盡可能短，達到既判斷準確又動作迅速，可靠的效果。微機保護的算法基本可以分為輸入量為正弦函數的算法，輸入量為周期函數的算法和輸入量為隨機函數的算法。各種算

42、法有各自的特點。 各種算法各有優缺點，本次設計選擇傅里葉級數算法。3.4傅里葉級數算法傅里葉級數算法的基本思路來自傅里葉級數，算法本身具有濾波作用。他假定被采樣的模擬信號是一個周期性時間函數，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波。可表示為x（t）= （n=0,1,2）式中an、 bn-分別為直流、基波和各次諧波的正弦項和余弦項的振幅， bn =Xncosn。由于各次諧波的相位可能是任意的，所以，把他們分解成任意振幅的正弦項和余弦項之和。a1、 b1分別為基波分量的正弦項和余弦項的振幅，b0為直流分量的值。根據傅式級數的原理，可以求出 a1 = (3-1)b1 = (3-2)由積分過程可以知

43、道，基波分量正、余弦項的振幅已經消除了直流分量和整次諧波分量的影響。于是x（t）中的基波分量為x1(t)=a1sin1t+b1cos1t合并正弦，余弦項，可寫為x1(t)= X1 sin（1t+）式中，X1為基波分量的有效值；為t=0時的基波分量的相角。將sin(t+)用和角公式展開，不難得到X1，和a1,b1之間的關系為 a1= X1cos （3-3）b1= X1 sin （3-4）用復數表示為X1=（a1+j b1）（3-47） 因此，可根據a1 和b1，求出有效值和相角為2X21= a12+ b12 （3-5）tg= b1 /a1 （3-6）在微處型機處理時，式（3-1）和式（3-2）的

44、積分可以用梯形法則求出得：a1=2sin(k) (3-7)b1=x0+2cos(k)+xn (3-8)N基波信號一周采樣點數；xk第K次采樣值x0,xn分別為k=0和k=N時的采樣值。由于通過式（3-3）和式（3-4），已求得基波分量的實部和虛部參數，因此可以方便的實現任意角度的移相，具體計算公式為=1=（a1+j b1）（cos+ sin）= （a1 cos- b1 sin）+ j（a1 sin+ b1 cos）式中 F移相后的相量移相的角度由于為設計的移相角度，所以，sin和cos兩個參數可以事先算出來，成為已知的常數。在分別求得A，B，C三相基波的實部和虛部參數后，還可以求得基波的對稱分

45、量，從而實現對稱分量濾過器的功能。求基波的對稱分量的公式為1A=（1A+a1B+a21c）2A=(1A + a21B +a1c)3A=(1A+1B+1c)式中1A，2A，3A分別為A相的正序，負序和零序的對稱分量；1A，1B，1c分別為A，B，C三相的基波分量；=11200。順便指出，將式（3-7）和式（3-8）改為下列表達式，即可求得任意n次諧波的振幅和相位，適用于諧波分析。當然，被分析的最高諧波次數與采樣頻率之間，應滿足采樣定理。 an=2sin(kn) (3-7) bn=x0+2cos(kn)+xn (3-8)式中 n-諧波次數。同樣，n次分量正余弦的振幅已經消除了直流分量、基波和n次以

46、外的整次諧波分量的影響。本次繼電保護需要計算出零序電流，我們利用上面傅式算法中計算出的三相電流基波分量的實、需部IaA、IbA、IaB、IbB、IaC、IbC及I1SC計算三相電流的零序分量。 A相零序電流與三相電流的關系為3將實部和需部分開，得到3IaA0=IaA+IaB+IaC3IbA0=IbA+IbB+IbC于是我們便得到零序電流的幅值為I0m=通常零序電流的整定按照正負序電流的3.5倍整定。 3.5高頻距離參數計算及動作值整定 圓特性的阻抗繼電器整定值較小時，保護范圍受過度電阻的影響大；而當整定值較大時，躲過負載的能力又差。為此，很多距離保護中的阻抗測量元件均采用了具有四邊形動作特性的

47、阻抗元件。如圖3-2所示。對于單項接地短路來說短路帶過度電阻的情況更為嚴重，甚至成為警告阻抗接地短路。根據單項帶過渡電阻接地短路的特性及對阻抗動作特性的要求，在第一象限電抗動作特性的動作方程：41XsetRset32Rjx圖3.2 四邊形動作特性第一象限 XmXset-Rmtgß電阻動作特性的動作方程： RmRset+Xmctg第二象限電抗動作特性的動作方程：XmXet電阻動作特性的動作方程：Rm-Xmtg第四象限電抗動作特性的動作方程：RmRset電阻動作特性的動作方程：Xm-Rmtg1動作判據 ：-RmtgXmXset-Rmtgß-XmtgRmRset+Xmctg其中

48、=20（為保證被保護線路出口帶過渡電阻短路時阻抗元件不拒動的角）ß=7-10（tgß=）(ß為防止在雙電源網絡中帶過渡電阻短路時的阻元件見誤動的角)一般取60=（為保證區內金屬短路阻抗元件可靠動作的角）本次設計選用的是LGJ-185的導線， 電阻 0.17Km/，電抗在均距（2500mm）時為0.365Km/，假設線路長度為43Km 。 Rm=0.17×43=7.31()Xm=0.365×43=15.695()第一象限的整點值：XmXset-RmtgßRmRset+Xmctg代入數據為： 15.695Rset-7.31×Xs

49、et16.60875()即 7.31Rset +15.695×Rset-1.752第二象限的整定值：XmXetXset15.695()Rm-Xmtg7.31-15.695tg207.31-5.7121第四象限的整定值為：RmRsetRset7.31Xm-Rmtg15.695-7.31tg2015.695-2.6604動作判據為： -RmtgXmXset-Rmtgß-XmtgRmRset+Xmctg代入數據為：-2.660415.695Xset-0.9138-5.71217.31Rset=9.06123.6 高頻零序參數計算及動作值整定零序保護整定值按正負序的3.5倍整定第一

50、象限Xset58.1306Reset-6.132第二象限 Xset54.9325第四象限 Rset25.585動作判據為9.311458.1306Xset-3.1983-19.992425.585Rset+31.7142第4章 高頻保護軟件設計 4.1高頻保護功能概述本保護包含高頻距離保護和高頻零序方向保護。分別反映相間故障和單相接地故障。(1)該保護有相電流差突變量原理的啟動元件D11當線路在保護范圍內故障時，該啟動元件動作驅動其執行繼電器KST，同時使保護進入故障處理程序，進行故障計算。(2)啟動元件動作進人故障處理程序后，將執行段相電流差突變量原理的選相程序，以判斷故障類型和相別。判為相

51、問故障時，則計算故障相間阻抗，由帶記億的多邊形動作特性的阻抗元件判別方向。正方向時驅動停信繼電器KHS ，等待對側信息。符合出口條件時出口三跳；若判為反方向故障，直接進人振蕩閉鎖程序。 若判為單相接地故障，由零序功率方向元件判別方向，兩側均為正方向時，60ms內出口選相跳閘：反方向時則進入振蕩閉鎖程序。(3)高頻距離保護開放100ms。高頻零序保護不需振蕩閉鎖，在第一次故障時不帶延時，但60ms內不動作，以后再動作需帶60ms延時其目的是防止零序功率倒向引起高頻零序保護的誤動。在振蕩閉鎖狀態中，高頻零序動作，作用于三跳不選相。在振蕩閉鎖程序中設有阻抗元件、相電流元件及零序電流元件，用于判別振蕩

52、是否停息，若上述三個元件持續4s均不動作說明故障已切除，振蕩已停息，保護整組復歸。(4)本線路非全相運行時，高頻距離保護和高頻零序保護退出工作，不再利用通道，此時利用反應兩健全相電流差突變量元件D12來判斷健全相是行發生故障，并用阻抗確認。一旦確認為健全相又故障，立即出口三跳：為保證可靠切除出口發展性故障，阻抗元件特性帶偏移。(5)手投故障線路或重合于永久性故障時，高頻距離保護計算阻抗在保護區內時則瞬時三跳，此時本保護不受對側高頻信號的閉鎖，所用阻抗特性也與高頻距離保護中阻抗判別元件相同。為了可靠切除出口故障，特性略帶偏移。重合后的瞬時加速功能可在整定時利用控制字投入或退出。(6)本保護可以由定值單中的控制字選擇為閉鎖式或允許式兩種工作方式。 a工作在高頻閉鎖方式時 發信：由CPUl高頻保護驅動的KST觸點控制 停信：由CPUl驅動的KHS觸點控制停信條件是:相間故障時為正方向且區內故障，單相接地時為正方向且3I。和3U0大于整定值.出口跳閘條件：兩側均為正方向:啟動后至少先收到高頻傳號持續5ms后才停信收不到對側高頻信號。 b工作在高頻允許方式時由KHS繼電器的常開觸點控制發允許信號，出口條件為：本側正方向且收到跳頻信號(若通道阻塞其出口條件為：本側判定正方向且導頻消失)： (7)高頻零序保護所采用的3Uo由三相電壓相加而得(通常稱自產3U。)，當電壓互感器二次回