1、 本科毕业设计（论文） 基于虚拟仪器的三段式距离保 护研究 韩国祥 燕 山 大 学 2010 年 6 月 本科毕业设计（论文） 基于虚拟仪器的三段式距离 保护研究 学院（系）： 里仁学院 专 业： 电力系统 学生 姓名： 韩国祥 学 号： 061203031103 指导 教师： 杨秋霞 答辩 日期： 2010-6-20 燕山大学毕业设计（论文）任务书 学院：电气工程学院 系级教学单位：电气工程系 学 号 061203031103 学生 姓名 韩国祥 专 业 班 级 电气工程及其自 动化 题目名称 基于虚拟仪器的三段式距离保护 题目性质 1.理工类：工程设计 （ ） ；工程技术实验研究型（ ）
2、； 理论研究型（ ） ；计算机软件型（ ） ；综合型（ ） 2.管理类（ ） ；3.外语类（ ） ；4.艺术类（ ） 题目类型 1.毕业设计（ ） 2.论文（ ） 题 目 题目来源 科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主 要 内 容 1.较全面的熟悉继电保护方面的知识，掌握三段式距离保护的工作原理。 2. 学习一种计算机编程语言 LabVIEW，能过进行较复杂的编程。 3. 研究设计虚拟继电保护实验系统的系统构成、功能结构、可视效果等。 4. 开发三段式距离保护软件模块。 基 本 要 求 1. 遵守毕业设计期间的纪律，按时答辩。 2. 独立完成设计，培养基本的科研能力。 3. 设计说
3、明书一份（不少于万字） ，A1 图纸一张；英文资料翻译不少于 3 千 字；说明书要求条理清晰、文笔通顺，符合毕业设计撰写规范的要求；论文、 图纸中的符号符合国家现行标准。 4. 完成相关仿真，并反映在论文中，以附件的形式给出编写的程序清单。 参 考 资 料 1.继电保护相关教材 2.在校园期刊网上查阅有关文献 10 篇以上，外文文献 1 篇以上。 周 次 第 1 4 周 第 5 8 周 第 9 12 周 第 1316 周 第 1718 周 应 完 成 的 内 容 查阅文献，熟 悉选题的相关 知识，对所选 题目建立总体 认识。 学习与选题有关 的必要知识；完 成设计内容的前 两部分任务 完成设计
4、任 务的第三部 分。 完成设计任 务的第四部 分。 撰写毕业论文准 备答辩。 指导教师：杨秋霞 职称：副教授 09 年 12 月 25 日 系级教学单位审批： 09 年 12 月 27 日 摘要 I 摘要 继电保护对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。继电保护 是电力系统运行中不可或缺的重要二次设备，其作用是对发电机、变压器、 输配电线路等电气设备可能发生的故障实施监事和保护。对出现的故障进 行及时和正确的处理，从而防止人员伤亡和设备损坏，保证电能质量，所 以继电保护装置在电力系统运行中的作用也就尤为重要。 虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)是仪器技术与计算机技术
5、深层次 的结合。它是运用应用程序将计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可 以通过友好的图形界面来操作这台计算机，利用计算机来管理仪器、组织 仪器系统，最终达到取代传统电子仪器的目的。虚拟仪器实际上是软硬件 结合、虚实结合的产物，它充分利用最新的计算机技术实现并扩展了传统 仪器的功能。 本文就将虚仪器技术应用于电力系统继电保护中，介绍继电保护技术 以及如何使用虚拟仪器开发三段式距离保护实系统，包括其系统组成、功 能结构、可视效果等。实验结果表明该系统具有以下功能：故障类型的判 别、区段判别、算法程序。 此外，该系统在减低设备成本的同时，还具有人机界面友好，维护方 便和功能扩充容易的优点。该系统在
6、电力系统试验中充分体现了方便、快 捷、实用等优势。 关键词：电力系统；距离保护；虚拟仪器；LABVIEW 燕山大学本科生毕业设计（论文） II Abstract The relay protection plays an important role in the power system security. Power system relay protection is an indispensable operation of secondary equipment, Its role is to generators, transformers, transmission and di
7、stribution lines and other electrical equipment failures that may occur to implement supervisor and protection. On the breakdown of timely and accurate processing, thereby preventing casualties and damage to equipment, to ensure power quality, so protection devices in power system operation also par
8、ticularly important role. The virtual instrument is the deeply combination of the instrument technology and the computer technology. It combines computer with the functional module hardware using application program. User can not only manipulate the computer through friendly graphical interface, but
9、 also manage instrument control and organization instrument system. It can finally achieve the goal of substitution tradition electronic instrument. In fact, the virtual instrument is the union of software and hardware, and the union of virtual and actual. It fully uses the newest computer technolog
10、y to complete and expand the function of traditional instrument. This virtual instrument technology will be used in Power System Protection in this paper. This paper introduces how to use the virtual relay technology and instrument development from the protection of real three-stage system .Includin
11、g the system composition, function and structure, visual effects. Experimental resultS show that the system has the following features: fault type of discrimination,algorithm procedure. In addition, the system while reducing equipment costs, but also has friendly interface, easy maintenance and func
12、tional advantages of easy expansion. The system in power system fully embodies the easy, fast and practical advantages. Keywords：Power system,Distance protection,Virtual instruments ,LabVIEW III 目 录 摘要 .I Abstract.II 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题背景 .1 1.2 继电保护概述 .1 1.3 虚拟仪器概述 .4 1.3.1 虚拟仪器概念 4 1.3.2 国内外发展状况 5
13、1.3.3 虚拟仪器技术的意义 6 1.4 本课题研究的意义 .6 1.5 本课题的研究内容 .7 第 2 章 电网的距离保护 .8 2.1 距离保护的基本概念 .8 2.1.1 距离保护的时限特性 .8 2.2 阻抗继电器 9 2.2.1 阻抗继电器的接线方式 .11 2.2.2 相间短路阻抗继电器的“0” 接线方式 .11 2.2.3 死区及消除死区的方法 .13 2.3 距离保护的整定计算原则 14 2.4 距离保护应用中的相关辅助措施 15 2.5 本章小结 15 第 3 章 LabVIEW 基础知识 .17 3.1 LABVIEW 简介 .17 3.2 LABVIEW 的特点 .17
14、 3.3 LABVIEW 的组成 .19 3.4 基于 LABVIEW 的虚拟仪器设计方法 23 3.5 本章小结 23 第 4 章 距离保护软件系统开发 .24 IV 4.1 距离保护的组成 24 4.2 系统软件设计 25 4.2.1 流程图 .25 4.2.2 傅里叶算法模块 .26 4.2.3 故障类型判别程序 .28 4.2.4 阻抗继电器模块 .30 4.2.5 区段判别程序 .30 4.2.6 动作逻辑模块 .31 4.3 可视化效果设计 .32 4.4 本章小结 33 结论 .34 参考文献 .35 致谢 .37 附录 .38 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 课
15、题背景 随着时代的不断发展人们对电能的需求不断提高也对电能的质量要求 也越来越高。因此，作为一个电力行业的人我们的职责就是不断满足广大 人民的日益增长的需求，为他们提供安全、可靠地电能满足其生活和生产。 继电保护对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。所以要更 加注重对继电保护的学习，尤其是三段式距离保护以其显著的优点在电力 系统中得到的广泛的应用，在对电网的保护中起着至关重要的作用。因此， 学习和掌握三段式距离保护的有关知识是我们必须做到的。 目前微机保护在国内外电力系统中得到了广泛的应用。有很多公司开 发了微机保护实验装置。就传统实验装置而言，其仪器繁多，连线复杂， 占地面积大，仪器的
16、更新换代需要大量的资金。倘若用虚拟仪器代替传统 仪器，将其应用在实践中，则不仅能克服上述传统仪器的缺点，还有易于 实现技术更新，易于网络化，能充分利用现有的软硬件资源，自动化、智 能化程度高，功能齐全，价格相对便宜等优点。 本课题将距离保护与虚拟仪器结合在一起，不仅有利于对距离保护知 识的更加深入的学习，而且也有助于我们掌握虚拟仪器的应用。 1.2 继电保护概述 电力系统由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成。各 电气元件及系统整体一般处于正常运行状态，但可能发生各种故障和不正 常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。可能 产生严重的后果如：由于电流很大会使故障元
17、件损坏，或者缩短他们的使 用寿命；部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产 品质量；破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统 瓦解。 在电力系统中，除采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以 燕山大学本科生毕业设计（论文） 2 外，故障一旦发生，必须迅速而又有选择性的切除故障元件，这是保证电 力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之 几甚 至百分之几秒。，实践证明 只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能 满足这个要求。这个装置 知道目前为止，大多由单个继电器或继电器与其附 属配置的组合构成，故 称为继电保护装置。在电业部门常用继电
18、保护一词泛 指继电保护技术 或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。 继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务 是： （1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，是故障元 件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。 （2）反应电器元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动 作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据 对电力系统及元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于 干扰而引起误动作。 完成继电保护所负担的任务，应该要求他能够正确的区分系统正常
19、运 行与发生故障或不运行状态之间的差别。就一般而言，整套继电保护装置 是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的 【1】 。 测量部分 测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定 值进行比较，根据比较的结果，给出“是” 、“非”； “大于”、“ 不大于”性质的 一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 逻辑部分 逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出 现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是 否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。 执行部分 执行部分使逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所负担的务。 第 1 章 绪论
20、 3 如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号 1 。 对电力系统的基本要求有四个，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 现在分别讨论如下： 1.选择性 继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系 统中切除，是停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分继续安全运 行。 2.速动性 快速的切出故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电 压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发 生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。 3.灵敏性 保护装置的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障时或不正常运行 状态时的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是事
21、先规定的保护范 围内故障时，不论短路点的位置、短路的类型，以及短路点是否有过渡电 阻，都能敏锐感觉，正确反应。 4.可靠性 保护装置的可靠性是指该保护装置规定的保护范围内发生了他该动作 的故障时，他不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应动作的情况下， 则不应该误动作。 电力系统继电保护工作的特点如有：电力系统由很多复杂的一次主设 备和二次保护、控制、调节、讯号等辅助设备组成的一个有机整体。每个 设备都有其特有的运行特性和故障时的工作行为。电力系统继电保护是一 门综合性的学科，它奠基于理论电工，电机学和电力系统等理论基础，还 与电子技术、通讯技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有密切的 联系
22、。继电保护是一门理论和实践并重的学科。继电保护的工作稍有差错， 就有可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来 不可估计的损失。 继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。20 世纪初，继电 燕山大学本科生毕业设计（论文） 4 器开始广泛应用于电力系统的保护中，这个时期可认为是继电保护技术发 展的开端。从 20 世纪 50 年代到 90 年代末，在 40 余年的时间里，继电保 护技 术经历了四个发展阶段：从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置， 到 集成电路继电保护装置，再到微机继电保护装置。与此同时，构成继电 保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革，并且理论上也得到较
23、大的 发 展。20 世纪 50 年代，我国在引进并消化了国外先进的电磁式继电器制 造技 术的基础上，完成了我国的电磁型继电保护装置的设计和制造，其主 要是由各个电磁型继电器组成，这阶段在保护的理论上也有了较大的发展， 建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。自 20 世纪 50 年代末，我国已经进行了晶体管继电保护的研究工作，到 20 世纪 70 年 代，晶 体管保护进入了一个广泛运用的时间，特别是对 110kV 以上线路 的线路保护的运用。自 20 世纪 50 年 代末，我国已经进行了晶体管继电保 护的研究工作，到 20 世纪 70 年代，晶 体管保护进入了一个广泛运用的时 间
24、，特别是对 110kV 以上线路的线路保从三个阶段来看，由于我国电力工 业发展(特别是在 20 世纪 90 年代初期)较慢的问题，造成了三个阶段的继 电保护装置并列使用的局面，由于继电保护专业人员素质差距较大，造成 保护装置的不正确动作也较多。从 80 年代初期，部分电力研究院及高校开 始着眼微机保护，并在 20 世纪 80 年代末至 20 世纪 90 年代中期，微机保 护进入一个快速发展的阶段，在电力系统的各个方面及各种电压等级上均 有较大的发展，如线路保护、发电机保护、变压器保护、励磁调节系统等。 至此，各种不同原理、性能优良、功能齐全、可靠性高的微机保护装置已 全面运用在电力系统中，可以
25、这样说从 20 世纪 90 年代后期起，我国电力 系统的继电保护已进入了微机保护时代 9 。 1.3 虚拟仪器概述 1.3.1 虚拟仪器概念 虚拟仪器技术首先由 NI(National Instruments)公司提出，它是以计算机 软、硬件技术为核心，以自动控制技术、传感技术、现代信号处理技术、 数值分析技术为支撑，以各专业学科为应用背景的现代测试技术。他利用 第 1 章 绪论 5 高性能的模块化集成概念和方法，结合软件设计平台高效、简便的程序编 译功能，依据用户各类特殊需求创建出人机对话界面，实现并取代各类特 殊、昂贵的测试仪器的功能，目前已成为测试理论和应用试验研究的重要 支撑。 虚拟仪
26、器的出现彻底改观了传统检测设备更改麻烦、升级困难的问题， 也破除了传统仪器的功能由厂家定义、用户无法改变的模式。虚拟仪器技 术给仪器设计者和仪器用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间，用户 可以随心所欲地根据自己的需求，设计出自己的系统，以满足多种多样的 应用需要。虚拟仪器的强大功能和灵活特性，使得它在仪器测量领域的应 用前景十分广阔。由于它以软件为核心，主要依靠软件来实现仪器系统的 功能，因此虚拟仪器系统的体积小，生产成本低，开发与生产周期短，智 能化功能强，产品的技术性能好，利润率高。在当今仪器仪表界，“软件就 是仪器”、“软件就是系统 ”的观念已经被人们普遍接受。 LabVIEW 是一个
27、具有革命性的图形化开发环境，在工业测量和控制领 域中掀起了一场变革。同样，它也为传统的院校科研与教学带来巨大变化， 是近年来在国内迅速推广的一种测量仪器和系统的概念及相关软件，它具 有功能强大、编程灵活、人机界面良好的特点，在测量技术和仪器工程科 学领域中得到了广泛的应用。虚拟仪器是计算机技术和仪器技术完美结合 的产物，代表了仪器仪表的发展方向。 在虚拟仪器中，硬件是软件赖以运行的物理环境，它仅仅是为了解决 信号的输入和输出，软件才是仪器的核心，用户只要通过调整或修改仪器 的软件，便可方便地改变或增减仪器系统的功能和规模，甚至仪器的性质。 虚拟仪器是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工
28、业生产 将产生不可估量的影响。自问世以来，经过几十年的不断和发展，虚拟仪 器也有了不断地丰富。目前，它己具有GPIB，DAQ ，VXI ，PXI 四种标准 体系结构。到21世纪初，全球已有超过25000用户在使用虚拟仪器技术，其 中不乏国际知名的大公司，像Nokia、Siemens、Tektronix等。在世界财富 500强中的制造业商，有95 都采用了虚拟仪器技术。根据专家预测，到 燕山大学本科生毕业设计（论文） 6 2010年我国将有50的仪器为虚拟仪器。虚拟仪器将在航天、航空、通信、 医疗、电力、石油、铁路等行业普及及应用。近年来，虚拟仪器技术逐步 应用于电力系统测量、电力系统监控以及电
29、力系统的仿真和教学中 2 。 1.3.2 国内外发展状况 虚拟技术,计算机通信技术与网络技术是信息技术最重要的组成部分， 它们分别被称为 21 世纪科学技术中的三大核心技术。Labview 是美国 NI（ National Instrument）公司推出的一种基于计算机的虚拟仪器开发平台， 自 1986 年问世第一个版本以来，就以图形化的编程理念在工业界引起了广 泛的关注。虚拟仪器在美国发展的十分迅速，相继推出了总线系统多达数 百个品种的虚拟式仪器。 作为仪器领域中新兴的技术，虚拟式仪器的研究开发已经过了起步阶 段。从 90 年代中期以来，国内的许多大学和公司都致力于研究和开发虚拟 仪器产品。
30、它们引进和吸收 NI 等公司的产品方面做了一系列有益的工作， 并在研究和开发虚拟仪器产品及设计平台上取得了许多优秀的成果。 1.3.3 虚拟仪器技术的意义 1.虚拟仪器采用图形化编程语言，开发人员大大节省了编程时间和精 力。与传统仪器相比，采用虚拟仪器技术研制同一个项目，不仅可以缩短 仪器开发周期，降低仪器成本，而且还可以提高仪器性能。 2.虚拟仪器的硬件和软件具有标准化和规范化的特点，因此，可以根 据不同的测量要求，设计出新的数据采集、分析和表达方案。通过增减硬 件电路、修改部分软件，还可以重新配置原有的仪器，创建新的仪器系统。 因此，拥有一台虚拟仪器系统，就相当于拥有一个个人实验室. 3.
31、虚拟仪器的接口具有通用性、开放性的特点，因此，现有的设备仪 器可以很容易地进行联网，这便于提高仪器的自动化程度以及实现仪器的 远程测控和网络化。 1.4 本课题研究的意义 电力系统中的设备昂贵，安全稳定运行要求高，这就需要一套能够模 第 1 章 绪论 7 拟电力系统的运行情况的软件系统，为试验保护方案的和测试器件性能创 造一个实验环境，虚拟仪器技术应用于电力系统中可以很好的解决这一难 题。 目前，大量的实验设备仍采用传统仪器，虽然试验方法相对简单，但 需要的仪器繁多，连线复杂，占地面积大，仪器的更新换代需要大量的资 金。如果使用虚拟仪器，将大大提高实验效率，降低试验成本。 1.5 本课题的研究
32、内容 本文的研究对象是基于虚拟仪器的三段式距离保护。 首先，介绍了距离保护的作用原理，阻抗继电器和它的接线方式，重 点研究了距离保护的整定值计算原则和对线路短路时各个相电流的变化情 况进行阻抗继电器的相应动作。 其次，介绍了虚拟仪器的一些基本的知识和用法。有关 LabVIEW 的 编程基础，编程环境。 最后，进行基于虚拟仪器的距离保护试验系统开发。主要是三段式距 离保护试验系统的软件设计方案及设计方法，分模块介绍了保护系统的软 件构成，以及功能结构、可视效果等。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 第 2 章 电网的距离保护 2.1 距离保护的基本概念 由于电流保护的各种特点，在 35KV 及
33、以上电压的复杂网络中，他们 都很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用 性能更加完善的保护装置。距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。 距离保护是反映故障点到保护安装地点之间的距离（或阻抗） ，并根据 距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离继 电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点之间 的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点到保护安装处近时， 其测量阻抗小，动作时间短；当短路点到保护安装处远时，其测量阻抗增 大，动作时间增长，这样就保证了有选择性的切除故障线路。 2.1.1 距离保护的时限特性 距离保护的动作时间与保
34、护安装地点至短路点之间距离的关系 t=f(l), 称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目 前广泛使用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如上图所示，分别称为 距离保护的 I、II ，III 段。 A 2 B 1 C d Z a b + z d z d t 1 t 2 t 3 t 1 t 2 Z d z 2 Z d z 1 Z ” d z 1 Z ” d z 2 2-1 距离保护的作用原理 第 2 章 电网的距离保护 9 距离保护的第 I 段是瞬时动作的， 是保护本身的固有动作时间。第 It1 段本应保护线路的全长，即保护范围为全长的 100，然而实际上却是不 可能的，因
35、为当下段线路出口处短路时，第 I 段不应动作，为此，其起动 阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量的阻抗 ，即 Ia-Ib Ib-IcIa-Ic B 或 C 为计算 相 Ia=Ib=Ic 三相短路 BC 相短路 任一相为计算相 N 第 4 章 距离保护软件系统开发 29 以下为故障类型判别的前面板： 以下为故障类型判别程序的程序框图： 4-5 故障类型判别流程图 4-6 故障类型判别的前面板 4-7 故障类型判别的程序框图 燕山大学本科生毕业设计（论文） 30 4.2.4 阻抗继电器模块 阻抗继电器的主要作用是测量短路点到保护安装出的线路阻抗，并与 整定阻抗进行比较已确定是否动作。阻抗测量元件
36、的输入为三相电压，电 流的向量值以及由选相元件所判断出来的选相结果。输出为计算出的测量 阻抗。 根据选相结果来判断是选用接地阻抗继电器还是相间阻抗继电器。当 发生单相接地短路故障和三相短路故障时，选用接地阻抗继电器，当发生 两相相间短路和两相接地短路故障时，选用相间阻抗继电器。 由于本课题的测量阻抗是给定的，所以不设计阻抗继电器的虚拟模块， 在这里仅做简单的介绍。 4.2.5 区段判别程序 首先应先判断是否在 I 断内，若在 I 断区内，立即给出 I 断阻抗出口报 告，然后去跳闸程序，选择故障相立即跳闸。如故障不在 I 断内，给出报 告后判断是否为单相接地，如不是单相接地，则判断故障是否在 I
37、II 断内， 在判断是否在 II 断内，若在 III 断内不在 II 断内，则经 时间跳闸；若在t2 III 断内不在 II 断内，则经 延时跳闸。在 或 延时到达之前，微机不断t3t23 利用最新得到的电压和电流采样值进行故障相的阻抗计算 7 。流程图如下： N N Y在 I 断内 单相接地 在断内 I 断出口报告 经 t3断出口报告 经 t2断出口报告 Y 跳闸 跳闸 跳闸 4-8 区段判别逻辑图 第 4 章 距离保护软件系统开发 31 以下为区段判别程序的前面板： 以下为区段判别程序的程序框图： 4.2.6 动作逻辑模块 距离保护为了满足速冻性、选择性灵敏性，目前广泛广泛使用具有三 段式
38、动作的保护。距离保护的第 I 段是瞬时动作的，可以保护本线路的约 4-9 区段判别的前面板 4-10 区段判别的程序框图 燕山大学本科生毕业设计（论文） 32 80，因此是一个严重的缺陷，这就需要设置保护的第 II 段，其整定值应 使其不 超过下一条线路距离 I 段的保护范围，同时带有高出一个 的时限，t 以保证选择性。例如在下图的单侧电源网络中，当保护 1 第 I 段末段线路 时，保护 2 的测量阻抗 为：z2 =0.8（ + ）=0.8（ +0.8 ） （4-8）ABdz1ABzC 距离 I 段和距离 II 段的联合工作构成了本线路的主保护。作为相邻线 路的保护装置和断路器拒绝工作的后备保
39、护，通知也作为距离 I 段、II 段 的后备保护。对距离 III 段整定值的考虑，其动作阻抗要按躲开正常运行的 负荷阻抗来选择。其动作时限也要再高出一个 来 7 。下图为动作逻辑模t 块的线路图： 4.3 可视化效果设计 微机保护的主要部分是计算机主体。他被用来分析计算电力系统的有 关量和判定系统是否故障。然后，决定是否发生跳闸信号。因此，除微机 系统主体外，还必须配备自电力系统向计算机送入有关信息的输入接口部 分和向电力系统送出控制信号的输出接口部分。因此计算机还必须有人机 对话部分，这一点可以用良好的界面来实现。下图为整个系统的主界面： Zdz2.1.Zdz1. T32TTABdCBA 2
40、3 4-11 动作逻辑模块的线路图 第 4 章 距离保护软件系统开发 33 4.4 本章小结 本章利用虚拟仪器及其编程语言 LabVIEW，设计了基于微机的三段式 距离保护程序，这其中涉及数据采集，然后根据数据判断出故障类型，再 选相，进而使用算法程序得到实验中所需要的电流电压有效值，再进而得 到测量阻抗，然后经过比较程序，判断出是哪个区段的保护应该动作，然 后显示屏上的灯就会闪亮。在使用过程中可以根据实验具体要求输入三段 距离整定值和各段延时时间，以及具体的采集参数等等。 4-12 系统的主界面 燕山大学本科生毕业设计（论文） 34 结论 本论文的工作重点在于将虚拟仪器技术应用于三段式距离保
41、护中，现 将工作的研究内容和成果归纳如下： 1.利用 LabVIEW 开发的电流和电压算法程序完成了对基波的的采集， 可以计算出所需的有效值。与硬件仪器相比，具有滤波器类型容易调整、 成本低、滤波效果直观等优点。基于 LabVIEW 编写的数字滤波程序还可 以将其作为子程序在其它虚拟仪器系统中调用，大大增强了程序的通用性。 2. 利用 LabVIEW 实现故障类型的判别，本文是根据相电流突变原理 来进行故障类型的判别的。原理为当不同相的电流差进行比较，按照突变 的大小来判断故障类型。 3.本文是以 110KV 单端供电系统为模型设计的虚拟三段式距离保护系 统，采用全阻抗继电器原理进行设计。这样
42、设计的方案结构相对简单，易 于理解和设计。 该系统的设计还存在着一些缺陷，总结如下： 1. 本文是以 110KV 单端供电系统为模型设计的，所以不能应用到两 端供电系统中，因此应用范围相对较小。软件的可适应性较差，有待于进 一步的改进，以使其能在不同网络下，均能正常动作。 2.将虚拟技术应用到电力系统中尚处于理论阶段，要应用到实际当中 仍有很长的一段路要走。在其他方面的基于虚拟仪器的保护仍要得到重视 和加大研究力度。 参考文献 35 参考文献 1 贺家李，宋从矩电力系统继电保护原理 北京：水利电力出版社， 2004 2 杨乐平，李海涛，杨磊LabVIEW 程序设计与应用 北京：电子工业 出版社
43、，2006 3 刘君华基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计 北京：电子工业出版社， 2006 4 刘刚，王丽香，张连俊等LabVIEW8.20 中文版编程及应用 北京： 电子工业出版社，1998 5 夏道止电力系统分析 北京：中国电力出版社，2007 6 李光琦电力系统暂态分析 北京：中国电力出版社，2007 7 杨秋霞，贾清泉，魏丹基于虚拟仪器的距离保护试验开发系统 燕山 大学电气工程学院 8 赵文静，贾清泉，王宁等基于 LabVIEW 的距离保护试验系统开发 中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集， P912-915 9 荣雅君，刘琳，贾艳等基于 LabVIEW 的四边
44、形阻抗继电器设计 电 力系统保护和控制，2008，36（17）：79-99 10 邹贵宾，高厚磊，江世芳微机距离保护仿真系统的设计与实现 电 力自动化设备，2007，27（9）：8890 11 杨洋，李涛基于 DPS 及 LabVIEW 控制电力系统电流保护试验系统设 计实验室研究与探索，2009，28（10）：176178 12 赵国忠虚拟仪器与实验室建设及教学实践（一） 国外电子测量技术， 2009，28（5）：1416 13 继电保护技术问答 北京：电子工业出版社，2004 14 李莉虚拟仪器技术基础及其应用程序大连理工大学硕士论文， 2003.P113 15 陈德树，张骨，尹项根微机继
45、电保护 北京：中国电力出版社， 燕山大学本科生毕业设计（论文） 36 2000 16 Stegawski M A, SchaumannR. A New Virtual-Instrumentation Based Experimenting Environment for Undergraduate Laboratories with Application in Research an Manufacturing. IEEE Trans IM, 1998; 47: 1503- 1507 17 K Mok Aloysius, Stuart Douglas. RTL Semantics for L
46、abVIEW. IEEE Aerospace Applications Conference Proceedings, 2001: 61- 71 18 BorrasD, CastillaM, Morenon. Wavelet and Neural Structure a New Tool for Diagnostic of Power System Disturbances. IEEE Trans on Industry Applications, 2001, 37(1): 184- 190 致谢 37 致谢 本论文是在我的老师杨秋霞的关注和指导下完成的。在写毕业论文期 间，由于以前并没有类似
47、的经历，所以开始有很大的困难，但杨老师给了 我莫大的关心和帮助，细心地教导我写论文的注意事项和该如何进行合理 的安排，这样使我有了信心。论文进行过程中，由于我知识有限遇到的许 多困难，杨老师在百忙之中抽出时间给我讲解，使我的论文顺利的进行， 也是我学到了许多知识。完成论文之后，杨老师进行了细心地察看，对论 文多次提出中肯的意见，对设计过程中的不足和缺陷及时给出指出，使我 的论文更加的完善。在完成论文之际，谨向杨老师致以衷心的感谢和崇高 的敬意！ 另外，我还要向我的同学表示感谢，在此期间他们也给了我很大的帮 助。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 38 附录 附录 1：开题报告 附录 2：文献综述
48、 附录 3：中期报告 附录 4：文献译文 附录 5：英文文献 附录 4 输电线路的距离保护 在过电流保护灵敏度低或选择性差时，应当考虑采用距离保护。距离 保护通常用于输电线路相间短路的主保护和后备保护，装有快速自动重合 闸的线路不需要保持稳定性，而且在线路末端区域短路时容许短时间延时。 过电流保护通常用于接地短路的主保护和后备保护，但接地故障也逐渐有 运用距离保护的趋势。 单段式距离保护被用于发电机出线端相间短路的后备保护，同时，单 段距离保护也可方便的用于电力变压器故障的后备保护。但在目前，还是 用反时限过电流保护作为电力变压器故障的后备保护。 距离保护比电流保护更好，因为距离保护受短路电流大小变化的影响 比电流保护小的多，因此，距离保护受电力系统运行方式的影响非常小。 这是因为，距离保护的继电器动作是依据阻抗而不是电流。 一、 全阻抗继电器、电抗继电器和电阻继电器的选择 因为接地电阻是可变的，而接地距离继电器必须几乎不受短路电阻大 的变化的影响。因此，电抗保护更适用于接地保护。 对于相间保护，每一种类型都有它的优点和缺点。在非常短的线路段， 使用电抗型继电器更好的原因在于它可以迅速的保护更长的线路。这是因 为电抗继电器实际上不受过渡电阻的影响，这或许是与线路
