电力系统测控保护装置研究.doc

1、电力系统测控保护装置研究摘要：随着微机在继电保护的应用，微机电动机保护装置出现了许多新技术，一些常规的保护也有所更新。本文综合性地介绍了目前国内外微机电动机保护装置的最新技术和功能及应用。 继电保护装置是保证电力系统稳定运行的重要装置之一，近几年来，随着电力系统自动化技术的发展，研究和开发集保护、测量、控制和通讯于一体的微机测控保护装置已成为各国电力部门的普遍要求。 关键词：测控系统；微机保护；继电保护；流程图 中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号： 1.研究电力系统测控保护装置的背景 由于电力系统在国民经济中占有举足轻重的地位，而随着计算机技术、电子技术和通讯技术的高速发展，电力

2、系统调度自动化、配电自动化和变电站自动化正在世界范围内逐步实施起来。 90 年代以来，国际上出现了继电保护、操作控制和监测集成化、一体化的发展趋势，特别是 90 年代中期以来，这种趋势越来越强劲。随着计算机技术的飞速发展，有几个原因使继电保护和监控系统的紧密结合成为可能。 2.电力系统测控保护装置的特点 一是性能优。微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护模式无法实现的新功能。二是可靠性高。微机保护具有自诊断能力，能不断的对装置各部位进行自动检测，可以准确的发现装置故障部位，及时报警，以利处理。三是灵活性强

3、。各种类型的微机保护所使用的硬件和外围设备可通用，不同原理、特性和功能的微机保护主要取决于软件。微机保护功能通过软件来实现，使其具有极大的灵活性。四是调试维护工作量小。微机保护装置是由硬件和软件程序两大部分组成，若硬件完好，对于已成熟的软件，只要程序一样，就会达到设计要求。因此，微机保护用不着像传统保护那样，逐台做各种模拟试验来检验保护装置每一种功能是否正确。五是经济性好。随着大规模集成电路技术的发展和微机的广泛应用，微机硬件价格不断下降，而传统的继电器价格在同期内却一直上升。此外，微机是一个可编程的智能装置，可实现多种功能，微机保护的多功能化也提高了其经济性。至于运行维护费用，由于微机保护装

4、置的功耗较传统保护装置功耗小，其运行费用较低。六是多功能化和综合应用。微机保护很容易实现保护以外的其它功能。例如，微机保护可以对故障时发生的全部暂态现象进行故障录波和记录，借助几个微机保护装置之间故障后暂态数据的交换，可对事故进行周详分析。微机保护还可根据需要，随机打印出当前各电气量数值，省去了人工记录。 3.测控保护装置自身的特点 一是网络化。随着电网调度自动化的快速发展，越来越多的用户要求微机保护装置具有与 RTU(远断测控单元装置)通讯的功能，并通过 RTU将微机保护的信息传至当地监控甚至调度端，从而为调度命令的实施提供第一手现场资料。二是保护、测量、通讯、控制功能一体化。微机测控保护装

5、置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。 4.测控保护装置的设计 以往继电保护装置的不同功能是通过不同器件或者电路构成的。如不同的继电器、不同的晶体管或集成电路构成功率方向元件、阻抗元件等。而不同功能的微机保护主要是利用不同的保护软件构成不同的保护功能。除了少数元件如电压形成部分，绝大多数的硬件都是通用的。因此，微机继电保护在运行上有很大的灵活性。例如定值修改方便，而且可以预先整定好多套定值存在只读存储器中，根据运行方式不同选择不同

6、定值。甚至可以通过远程通信下载定值。像旁路母线断路器的保护可以将所有线路保护定值放在只读存储器中，在代线路断路器时选择相应的线路定值。 微机继电保护装置硬件可以分成 5 个基本部分：a 数据采集系统；b运算系统（CPU 主系统） ；c 开关量输入/输出系统；d 人机接口与通信系统；e 电源系统。微机保护硬件系统构成示意图见图。 图为微机保护硬件系统构成示意图 被保护一次设备的电气量经过电压互感器（TV）和电流互感器（TA）转换成为二次电压和电流。数据采集系统的主要功能是将 TV、TA输入的电压和电流通过电压形成电路变成模数转换器（A/D）或压频转换器（VFC）可以测量的电压，再经过模拟滤波器（

7、ALF） 、采样保持器（S/H） 、多路转换开关和模数转换转变成与一次电量成线性关系的数字量。CPU 主系统包括微处理器（CPU） ，只读存储器（ROM） ，随机存储器（RAM） ，及定时器等。CPU 为装置的控制和运算元件，有的系统中为了提高运算速度以满足高性能保护的复杂运算还增加专门的运算元件数字信号处理器（DSP） 。只读存储器用来存放程序、常数、保护定值等不能改写的数据，掉电也不会丢失，可以保存十几年。程序和常数一般用EPROM 或 FLASHROM 器件存放，保护定值为了可以在调试时写入一般放在EEPROM 或 FLASHROM 中。RAM 用以存放临时数据，包括测量的数据、运算的中

8、间结果等，掉电后数据会消失。定时/计数器用于采样时间间隔的定时，计数器芯片还可以用于压频转换器的脉冲计数。人机接口系统采用并行接口芯片连接液晶显示屏、键盘和打印机用于调试、定值调整等。通过通信接口芯片并加以光电隔离后实现与其他设备通信。输入/输出系统经过并行接口芯片、光电隔离元件和附加电路驱动中间继电器实现跳闸、合闸、信号输出，通过光电隔离后实现开关状态输入等功能。总线包括了所有的数据线、地址线和控制线，微机的所有芯片都联在总线上。逆变电源将蓄电池的直流电源逆变成高频交流电源再整流成为微机供电的低压直流电源，蓄电池的直流电源有靠性高的特点。 5.微机保护软件流程图的实现 故障处理程序。当系统上

9、电复位后就开始执行程序，首先对系统初始化，完成设置栈指针，计数器/定时器工作方式，计数器/定时器初值，自检模块运行，为保证数据的准确性须进行数值处理计算。计算完之后就要检查有无故障，如有故障就进行程序处理，要是没有故障就继续下一显示刷新，动态自检，若自检正确就继续往复循环检测，自检之后还是有有误，那就要封锁以达到安全保护。 采样中断程序。当单片机检测到外部的中断信号后，就会转向服务子程序。在中断服务子程序中要完成对 A/D 转换、数据的变换、存储及其它操作。中断服务子程序也是软件设计的核心，在检测到外部中断后，要处理以下事务：? 5.1A/D 转换。前级模拟处理电路的信号是模拟量，须经 A/D

10、 处理后再将信号送入单片机。?5.2 数据的变换。由于前级模拟处理电路进行过幅值处理，故需对数据进行变换。5.3 数据存储。为防意外掉电及便于查询，须存储次数、电流极性、幅值及发生时间等数值。 主保护故障处理程序。当系统内任一元件发生电气故障时，相应的继电保护装置动作（主保护、后备保护等） ，故障处理过程启动，由于继电保护装置的保护范围是确定的，即保护的动作与开关动作之间有着确定的关系，正常情况下，根据保护和开关的动作情况，原则上可识别故障点，这也是本系统用以进行警报处理和故障定位的基本依据。但是，在电力系统实际运行中，存在着相当多的不确定因素，如运行方式的变化、设备的检修、保护的投切。除此以

11、外，还有事故信号的误传（即指信号的冗余和丢失）以及其他难以预见的人为干预等等。凡此种种因素，使得原本并不复杂的故障识别过程复杂化了，因此必须要有故障记录显示并要使跳闸速度快。 后备保护故障处理程序。除了主保护故障处理程序外，还设计了后备保护故障处理。当主保护故障处理程序失效时或者无法起到正常的主保护故障处理作用时，后备保护开始运行，动作标志复位，取电流电压信号一周波数据，经分析数据后，若符合过电流继电保护动作的要求时，过电流继电器开始计时，当达到规定时限就记录故障并显示，同时继电器跳闸，当没达到过电流动作时限或若没达到过电流保护动作的要求，就使过负荷继电器开始计时，当过负荷继电器计时时限到时就记录就记录故障并显示出来同时使继电器动作，当过负荷继电器计时时限没到或者过负荷继电器没动作时就返回后备保护故障主处理程序重新运行保护程序。 6.结语 目前我国对该装置的研究比较广泛，发展的比较也比较快速，微机保护技术已经成为继电保护中绝对主流技术，特别是在 10KV 及以上电压等级的各种电气设备的保护中，几乎成了微机保护的一统天下。然而随着计算机技术的迅速发展，电力系统产品技术也不断的在更新，本文就微机型继电保护装置提出了新的基本思路。