套线路保护装置论文.doc

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1、 摘要输电线路是电力系统中的组成部分，负责电力输送与联网的重要任务。电力系统对供电质量提出了更高的要求，而快速准确地切除线路故障是保证电网安全的关键。本文采用微机控制方法设计了1套线路保护装置，对10kV线路故障和非正常运行状态进行判断和保护。这套线路保护装置采用ATmega128芯片作为控制核心，硬件电路主要包括芯片外围电路，模拟信号处理和采样电路，开关量输入输出电路，电源电路和RS-485通信电路等。考虑到户外复杂的电磁环境，在硬件电路中还进行了抗干扰设计，本文详细阐述各部分电路的组成和功能。在软件设计方面，研究了输电线路发生的各种主要故障，采用MATLAB仿真对故障进行了模拟，程序用C语

2、言编程方法，按照不同的功能采用模块化设计。在通信设计方面，本文阐述了保护装置所采用的RS-485通信电路和Modbus通信规约。关键词：线路保护 线路故障 交流采集49 / 53ABSTRACTElectrical transmission lines is the fundamental part of electrical system, undertakes the important task of power transmission and network. More requests have been raised in the dealing-with the quality

3、 of power supply. The paper designs a lines relay protection instrument based on micro processor and aims to detect various lines failure and abnormal operation state and supply protection accordingly. The lines relay protection instrument adopts ATmega128 as micro processor, the hardware circuit ma

4、inly consist of the chip peripheral circuit, analog signals procession and sampling circuit, switch value input-output circuit, source circuit and RS485 communicative physical interface circuit and soon. Considering outdoor complex ferromagnetic condition, the hardware circuit evaluates anti-interfe

5、rence design. The paper expounds composition and function of circuit in detail. On the part of soft ware design, the paper research various faults happened in transmission lines, adopts MATLAB to simulate inadequate influence that faults cause to. The soft ware program adopts C language programming

6、method and modular design according to different functions, which facilitates modulation and evaluation. On the part of communicative design, the paper introduce RS-485 communicative interface circuit and Modbus protocol.KEY WORDS: lines protection failure; alternative signals sampling; 目录摘要I目录III第一

7、章绪论11.1论文选题的背景与意义11.2 继电保护的国研究现状11.3 线路保护的国外研究现状21.5 现代继电保护装置的发展趋势31.6 本论文的主要容和章节4第二章线路保护的原理分析52.1 10kV线路故障分类与其原因分析52.1.1 10kV线路常见故障分类52.1.2 10kV线路短路故障原因分析52.1.3 10kV线路接地故障原因分析62.2 10kV线路异常工作状态分析与仿真62.2.1线路运行于过负荷工作状态分析与仿真62.2.2 线路运行于低电压工作状态82.2.3 线路运行于低频减载工作状态112.2.4 控制回路异常112.2.5 断路器弹簧未储能122.2.6 电压

8、互感器TV断线122.3 继电保护的原理与逻辑分析122.3.1 两段式电流保护的原理与逻辑分析132.3.2 过负荷保护的原理与逻辑分析142.3.3三相一次重合闸的原理与逻辑分析152.3.4后加速保护的原理与逻辑分析162.3.5低电压保护的原理与逻辑分析172.3.6 零序电流保护的原理与逻辑分析212.3.7低频减载保护的原理与逻辑分析222.3.8 控制回路异常告警232.3.9 TV断线告警24本章小结24第三章 10KV线路微机继电保护装置的硬件设计253.1 保护装置硬件设计253.2 三相电压和电流的交流采样电路263.2.1 三相交流信号低通滤波器TCL04的分析263.

9、2.2 三相交流信号的采样电路273.3 角度测量电路293.4 SD2200时钟电路313.5 8路开关量输入输出电路323.6 按键电路333.7 6路开关量输出电路333.8 液晶显示电路34本章小结35第四章线路保护装置的主程序364.1 主程序设计分析364.2 故障判断与处理程序374.3 SD2200时钟软件设计384.4 液晶显示软件设计384.5 主菜单的软件设计394.6 实验结果分析40本章小结43第五章总结与改进45参考文献47致49第一章 绪论1.1论文选题的背景与意义现代电力系统是一个巨大的统一的整体,系统中的装置以与用电设备都是由线路连接且都是开放设备。继电保护研

10、究电力系统故障和危与安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。近年来随着微型计算机和微处理机的飞速发展，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护被广泛使用。微机继电保护的对象一般包括发电机，电动机，变压器和线路。线路是电力系统重要的组成部分，但是由于线路容易受到周围环境以与自然灾害的影响下，其发生故障的可能性很大。2008年冬季的冻灾当中，由于输电线路受损导致受灾省份供电一度中断，

11、很多企业蒙受了经济损失尤其是对电力依赖较大的企业如电解铝厂，减产非常明显。这次灾害体现了线路保护重要性。本文针对输电线路设计开发出一套10kV线路微机继电保护装置，该继电保护装置采用高性价比的ATmega128作为中央处理器，能够提供2段式电流保护，过负荷保护，后加速保护等11项线路保护功能，能对10套保护定值进行独立的整定，通信采用RS-485/MODBUS通信方式，具有很好的兼容性和抗干扰能力。1.2 继电保护的国研究现状我国电力系统继电保护技术经历了电磁型保护、晶体管保护、集成电路保护、微机保护四个阶段。从上世纪90年代开始我国继电保护技术进入微机保护时代。微机保护在电力系统的各个方面与

12、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。1988年我国开始研究以32位数字信号处理器DSP为基础的保护、控制、测量体化微机装置，目前已研制成一种功能齐全的32位大模块，个模块就是个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受AD转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；关键是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度。很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(cache)和浮点数部件

13、都集成在CPU，完全满足继电保护算法对处理器的计算速度和精度更高的要求近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。基于生物神经系统的人工神经网络具有分布式存储信息、并行处理、自组织、自学习等特点，目前主要集中在人工智能、信息处理、自动控制和非线性优化等问题。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则迎刃而解。1.3 线路保护的国外研究现状我国线路保护主保护1994年前主要采用高频相差、高频距离，通道采用电力载波高频通道。1994年推出LFP-901、WXH-

14、15高频方向原理技术，逐渐运行成熟，线路保护主保护采用高频方向、高频距离原理为主，高频相差原理逐渐推出。随着电力系统逐步采用光纤通道(OPGW)，2000年后光纤差动逐步成为线路保护主保护。由于光纤通道抗干扰能力强，解决了高频相差、高频距离、高频方向很难解决的系统振荡、高阻接地、选相、复故障等问题，光纤电流差动保护成为主保护主流。随着光互感器(光TA、光TV)的研究采用,保护装置应适用于光互感器，国目前开展了适用于光互感器的保护装置的研究。自20世纪90年代中后期开始，国外著名继电保护制造商GE、ABB等公司的产品就已经在向保护测控装置网络化设计的方向发展，开始将网络设计思想引入装置部硬件设计

15、中。ABB公司早期的数字式保护如发电机保护REG216，就是基于通用标准化硬件设计的理念，采用了B448C总线作为保护部各模块问互连和数据传送的方式。并且ABB公司于1998年前后推出的REx5xx系列数字式保护装置就是具有代表性的全面实现网络硬件平台设计的新一代继电保护装置。1.5 现代继电保护装置的发展趋势现代继电保护装置的发展趋势是向计算机化，网络化，智能化和保护、控制、测量以与数据通信一体化。1) 微机控制化电力系统对微机保护的要求不断提高，除了对保护的基本功能要求外，还要求具有大容量故障信息和数据的长期存放空间、快速的数据处理功能、强大的通信能力与其它保护、控制装置和调度联网以共享全

16、系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程例如C语言编程等。2) 保护装置网络化继电保护的作用是要保证全系统的安全稳定运行，这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是微机保护装置的网络化。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。ModBus总线具有通用和成熟的第三方标准测试软件与较低的成本等优点。本保护装置采用RS-485串行通信方式和ModBus通信规约。3) 算法智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗

17、传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而可能造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等方法也都有其独特的求解复杂问题的能力，将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。4) 功能一体化继电保护技术在计算机化、网络

18、化和智能化的条件下，继电保护装置实际上就成为一台高性能、多功能的计算机，可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可以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和任一终端。1.6 本论文的主要容和章节本文主要是设计开发一种10kV微机线路保护装置，着重分析了该保护装置的硬件电路，软件程序以与通信方式。本保护装置采用ATmega128芯片作为CPU，采用MAX125芯片负责交流采集，显示部分采用带字库的液晶显示模块，通信物理接口是RS-485,采用ModBus通信规约，组网方便，可直接与微机监控或保护管理机联网通信。软件部分可准确计算各项电量参数，实现10套定值的独立整定

19、，包含11种线路保护算法，并可将故障报告上传。本论文的主要章节如下：第一章：绪论。主要介绍论文的背景和意义，国外继电保护的研究现状以与微机继电保护的今后发展方向。第二章：线路故障与微机保护原理分析。主要介绍线路保护的常见故障并结合Simulink对短路故障，低电压等故障进行了仿真，同时对相应的微机继电保护原理和故障判据进行了详细分析。第三章：10kV微机线路保护的硬件电路设计。主要分析了线路保护装置的交流采样电路、选相电路、开关量输入输出电路、通信电路等主要的硬件电路。第四章：10kV微机线路保护保护装置的主要程序。如交流采样程序，显示程序，主菜单程序以流程图的形势表示出来。第五章：总结与改进

20、。对10kV微机线路保护装置的设计开发工作进行了总结并提出了改进意见。第二章 线路保护的原理分析1 0 kV电网线路涉与面广，是重要的公用基础设施。如何正确有效地判断、查找、处理配电线路故障，缩短停电时间，与时恢复供电就尤为关键。2.1 10kV线路故障分类与其原因分析2.1.1 10kV线路常见故障分类一般来说，10kV线路常见故障包括：1 短路故障：短路故障分为2类：第1类是线路瞬时性短路故障（断路器重合闸成功）； 第2类是线路永久性短路故障（断路器重合闸不成功）。短路故障中常见故障包括线路金属性短路故障；线路引跳线断线弧光短路故障；跌落式熔断器、隔离开关弧光短路故障；雷电闪络短路故障等。

21、图2-1为三相电源A,C相对地短路：图2-1A，C相对地短路图2. 接地故障：第1类是线路瞬时性接地故障；第2类是线路永久性接地故障。2.1.2 10kV线路短路故障原因分析造成线路短路故障原因包括：造成短路故障原因包括：1.线路金属性短路故障：外力破坏造成故障，电缆上设备例如变压器、开关等被外力刮碰短路;2. 线路缺陷造成故障：弧垂过大引起碰线或短路产生电动力引起碰线。3. 线路引跳线断线弧光短路故障：线路老化引起断线以与线路过载等。4. 跌落式熔断器、隔离开关弧光短路故障：跌落式熔断器熔断件熔断引起熔管爆炸或拉弧引起相间弧光短路；线路老化或过载引起隔离开关线夹损坏造成相间短路。2.1.3

22、10kV线路接地故障原因分析造成线路接地故障原因包括：1.线路瞬时性接地故障：人为外抛物或树木碰触导线引起单相接地；线路绝缘子在阴雨天等湿度高的天气，出现对地闪络，一般雨过后即消失。2.线路永久性接地故障：线路隔离开关、跌落式熔断器因绝缘老化击穿引起；线路避雷器爆炸引起；由于线路绝缘子老化或存在缺陷击穿引起2.2 10kV线路异常工作状态分析与仿真2.2.1线路运行于过负荷工作状态分析与仿真非正弦电压、不对称电压、高频谐波等因素会使电能质量受到严重影响，同时也是线路过负荷的原因。造成线路过负荷的原因具体包括：1) 三相负载不平衡。三相负载采用Y接法时，如果三相负载出现不平衡，各相的负荷电流不相

23、等，就在相间产生了不平衡电流，使某一相的线路工作在过负荷状态并增加线损。如果三相负荷平衡，则向量差为零。即：(2-1)假设某三相四线制线路总负荷为，相线与中性线电阻皆为,则三相平衡时线路功率损耗为： (2-2)若三相负载不平衡，假设某相负荷为，另两相分别为，则中性线电流为： (2-3)(2-4)与平衡时相比功率损耗增加了1.25倍，可见三相负载不平衡造成线损增大。极端情况是全部负荷由一相供电，是三相平衡时的6倍，增大了5倍。功率损耗为: (2-5)2) 线路电压过高引起线路过负载。三相电压不平衡会使某一相的线路电压过高，造成线路过负荷运行。三相电量的不平衡度通常以负序分量与正序分量的百分比%表

24、示。三相电压不平衡度的准确算式： (2-6)3) 线路电流过高引起线路过负载。通常在在补偿电容器在合闸投入电网瞬间，由于电容器两端电压不能跃变，相当于电源合闸到短路上去因而产生频率，幅值很大的过渡性电流，称为合闸涌流 一般情况下涌流为正常电流幅值的68倍，造成了线路过负荷工作。4) 电网高次谐波引起的过负荷。电网线路中由于大量非线性设备的投运，或是电路中的非完全正弦电势的存在都会产生高次谐波。由于电网中的多次谐波大多是周期性的，因而可使用离散傅立叶分析，如图2-3所示:图2-3 离散Fourier分析高次谐波信号图2-3中用离散Fourier模块分析了包含3次，4次，11次谐波在的电压信号，通

25、过Display模块显示出基波和3次谐波的电压有效值和初相位角，误差几乎为0。负载在非正弦电压作用下电网中由于大量非线性设备的投运，或是电路中的非完全正弦电势的存在都会产生高次谐波，使得总电流有效值比基波电流值大得多，从而导致线路的过负荷运行。2.2.2 线路运行于低电压工作状态当三相电压不平衡，无功功率欠补，负载变化，或发生短路故障时，都会出现某一相的线路工作在低电压状态。当电压下降到额定电压的65%70%时，无功静态稳定破坏，将发生电压崩溃，造成大面积停电事故。电网低电压的形成主要是由于发电厂向用户输送无功功率，而这些无功功率是使用大量的无功负荷造成的。由于负载在昼夜之间的变化，当负荷高峰

26、时产生低电压运行情况；也有在同一时间线路起点到中点电压是满足要求的，但在线路的终端却出现了低电压运行，发电机由于接地短路引起低电压运行仿真电路如图2-5所示:图2-5 发电机短路故障仿真电路图2-6 三相电源线路短路时定子与转子电流和电压图2-7 正常状态下的定子与转子的电流和电压 电动机是电网中使用比较广泛的设备， 当线路出现低压运行状态时，电动机不能正常工作，低压对异步电动机的影响如图2-8所示：图2-8 异步电动机短路故障仿真电路图2-9 正常状态的定子与转子电流 图2-10 短路故障下的定子与转子的电流图2-11 正常状态下转子转速 图2-12 接地短路故障下的定子转速在图2-8中，由

27、对比发现，异步电动机在低压状态下，定子与转子的电流减小，转子转速明显降低，此时由异步电动机驱动的设备如水泵等出力随之下降。2.2.3 线路运行于低频减载工作状态在事故情况下，由于发电厂的退出，导致系统有功功率供需不平衡，这将引起系统频率下降，如果调频装置不能快速释放备用容量，使系统频率尽快恢复，那么自动减负荷装置作为最后的补救措施而动作，将阻止系统频率的继续下降，从而避免系统出现“频率崩溃”、“电压崩溃”的结果。电力线路运行在低频状态下产生的影响包括：1)频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大,对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因产生共振而断裂，造成

28、重大事故。2)频率下降到4748Hz时，这种趋势如果不能与时制止，就会在短时间使电力系统频率下降到不允许的程度，这种现象称为频率雪崩。3)电力系统频率下降使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，从而使系统电压下降。频率下降还会造成发电机的电动势下降，导致全系统电压水平降低，引发电压雪崩现象。4)电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。5)电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致所带动机械的转速和出力降低，影响用户设备的正常运行。2.2.4控制回路异常一个正常的控制回路操作部分应包括能满足双重化跳

29、闸；跳合闸命令应保持足够长的时间；有防止多次跳跃动作的闭锁措施；井对跳合闸回路的完好性应能随时监视；能实现液压气压低的闭锁。在现场的调试过程中发现，控制回路常发生不能正常操作的问题：如开关弹跳，指示灯状态全无等。这些异常情况主要由以下三方面引起：1) 控制回路中元件的质量问题。控制回路中主要包括跳闸位置继电器、合闸位置继电器、防跳继电器与压力闭锁继电器等。这些机械触点式电磁继电器经检验调整后几乎不会出现故障，但这些电磁继电器线圈上都并联有消除线圈反电势的灭磁二极管。当TWJ上并联的灭磁二极管被软击穿后，相当于合闸信号一直加在合闸回路上，开关跳开后又通过此回路使断路器自动合上。同理若HWJ上的灭

30、磁二板管软击穿就会发生断路器合上后自动跳开的现象。由此可见，控制回路中电子元件的选用很重要。 2)设计回路原理上不合理。一个逻辑回路设计不合理，不仅无确控制某设备或某一系统的工作状态，而且将影响到被控系统的工作可靠性和安全性。例如回路不合理引起控制回路间产生迂回寄生回路，致使跳闸位置继电器或合闸位置继电器误动。3)断路器二次附加回路引起。2.2.5断路器弹簧未储能弹簧在任意伸长为时的弹性势能为： (2-7)在断路器合闸之前，首先通过储能电机将电能转化为动能，再将动能通过压缩弹簧的形式储存在弹簧里，当合闸命令到达时，通过一系列的机构释放弹簧里的能量使断路器合闸。可见当弹簧未储能时，断路器无法与时

31、合闸。2.2.6 电压互感器TV断线当配电网的母线电压超过3 kV时，必须使用电压互感器(TV)和电流互感器(TA)实现对电能参数的检测 。TV和TA在运行时会出现两类故障：短路和断线。TV的短路和TA的断线都是非常严重的事故，会严重影响电网的正常运行，这种故障一般不允许发生，也不便检测。而TV的断线和TA的短路则可能发生，它们的出现不会影响电网的正常运行，但会使电能计量装置出现严重误差。2.3 继电保护的原理与逻辑分析根据上文分析的线路故障与异常工作状态，线路继电保护装置需要设置如下保护功能。2.3.1 两段式电流保护的原理与逻辑分析1 两段式电流保护的原理两段式电流保护是对两段的电流变化做

32、出反应。在主线上由于变压器将主线分为了A，B，C，三段。对A段的电流保护要考虑其本身出问题的时候带来的影响，这个称为1段保护，要考虑B段对A的影响，就要设置2段保护。第1段为主保护段，第2段为后备保护段。在实际应用中，为简化保护配置与整定计算，把瞬时电流速断保护和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。瞬时电流速断保护和定时限过电流保护由电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)组成。在本装置中,电流的1段和2段保护均采用了定时限过电流保护。瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速，但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全

33、长,但动作时限太长。因此,它的保护围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样，当下一段线路始端发生短路时，保护也会起动。为了保证选择性的要求，须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大1个时限级差，其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些。2 两段式电流保护的定值与逻辑分析两段式电流保护的定值和整定围如表1所示：表1 两段式电流保护的整定1电流段保护电流段定值0.2In20In 0.01A电流段时限0s100s 0.01s电流段压板投入或退出2电流段保护电流段定值0.2In20In 0.01A电流段时限0s100s 0.01s电流段压板投入或退出表1中电流1段和2段保护的定

34、值围从0.2In20In,In为额定电流 整定步长为0.01A。电流段保护时限围从0s100s，整定步长为0.01s。两段式电流保护的逻辑框图如图2-13所示：图2-13 两段式电流保护的逻辑框图2.3.2 过负荷保护的原理与逻辑分析1 过负荷保护的原理线路出现过负荷的原因在上文已经分析了，三相负载不平衡、线路过电压或者过电流都可以造成线路出现过负荷运行。在本装置中，过负荷保护以三相电流作为输入，在与其额定负荷相对应的温度下连续不间断运行，当负荷电流超过允许的额定电流一段时间以后，就会出现过热的现象。研究证明过负荷产生的热量与电流的平方成正比，在这一加热过程中温度按指数时间常数上升。2 过负荷

35、保护的算法逻辑分析过负荷保护的定值和整定围如表2所示：表2 过负荷保护的整定过负荷保护过负荷定值0.2In4In 0.01A过负荷时限0s600s 0.01s过负荷压板投入或退出过负荷跳闸投退投入（作用于跳闸）或退出（作用于告警）表2中过负荷保护定值围从0.2In4In, 整定步长为0.01A。保护时限围从0s600s，整定步长为0.01s。过负荷保护的逻辑框图如图2-14所示：图2-14 过负荷电流保护的逻辑框图由于本装置以三相电流的有效值为计算量，如果输入电流中有谐波分量，也会计算在，因此要求电路要有低通滤波器，同时在算法上对于采样电流值用全波傅立叶滤除谐波和直流分量，确保计算出的有效值准

36、确。2.3.3三相一次重合闸的原理与逻辑分析1 三相一次重合闸的原理重合闸一般装设在输电线路上，作用是当输电线路受到瞬间故障断路器跳闸后，自行对线路进行一次强送点的过程，这就提高了电力系统供电的可靠性。重合闸装置在动作后，均应能够自动复归，准备好下一次再动作，但动作次数应符合预先的设定。三相一次重合闸是同时对A，B，C三相合闸，充电时间应在1525s。2 三相一次重合闸的整定与算法逻辑分析表3三相一次重合闸的整定Tab.3 Identification of threephase one shot recloser三相一次重合闸重合闸压板投入或退出重合闸时限0.2s10s 0.01s表3中三相

37、一次重合闸的保护时限围从0.2s10s, 整定步长为0.01s。三相一次重合闸的逻辑框图如图2-15所示：图2-15 三相一次重合闸逻辑框图2.3.4后加速保护的原理与逻辑分析1 后加速保护的原理后加速保护当线路发生故障后，后加速保护有选择性地动作切除故障，重合闸进行一次重合后回复供电。若重合于永久性故障时，后加速保护装置不带时限无选择性动作跳开断路器，这种方式称为后加速保护,原理图如图2-16所示：图2-16后加速保护原理图用加速继电器JSJ的瞬时闭合延时断开常开接点JSJ1来加速继电保护动作。若线路故障发生在过电流保护围，电流继电器3LJ、4LJ动作接点闭合，起动时间继电器2SJ，经过整定

38、时间后2SJ1闭合，有选择地使断路器跳闸切除故障。断路器跳闸后，线路重合闸继电器ZCH动作，将断路器重合。同时，ZCH起动加速继电器JSJ，其延时常开接点JSJ1闭合，为后加速保护的动作做好准备。如果线路上发生的是持续故障，则3LJ、4LJ再次动作，使2SJ励磁，2SJ的瞬时接点2SJ2闭合接通后加速保护（JSJ1接点已经闭合）立即将线路断路器重新跳闸。2 后加速保护的的整定与算法逻辑分析表4 后加速保护的整定后加速保护后加速保护压板投入或退出后加速保护电流定值0.2In20In 0.01A 后加速保护时限0s3s 0.01s表4中后加速保护时限整定围0s3s, 整定步长为0.01s, 后加速

39、保护电流整定围0.2In20In, 整定步长为0.01A。后加速保护的逻辑框图如图2-17所示：图2-17重合闸后加速保护逻辑框图3 后加速保护误动作分析与解决方法大多数10kV线路上的用户变压器一次侧，在线路停电后并没有与线路断开，线路合闸瞬间，这些变压器都会出现很大的冲击性励磁涌流，数值可达额定电流的68倍。用户变压器越多，线路合闸瞬间出现的变压器励磁涌流越大，当达到或超过3LJ、4LJ动作电流时，便会引起重合闸后加速保护误动作。此外，10kV线路停电后，接于其上的变压器二次侧负荷未全部断开，线路合闸瞬间，这部分负荷电流迭加在变压器励磁涌流上，也增加了重合闸后加速保护误动作的可能性。为避免

40、后加速保护误动作应依据10kV线路的实际接线情况，重新对电流保护动作电流进行整定计算，即按躲过线路合闸瞬间出现的最大电流原则整定3LJ、4LJ的动作电流。 从以上分析还看到，随着系统容量的增加，供电围的扩大，线路上用户变压器的增多，电网参数的改变，应当适时调整保护定值，以避免各种线路保护可能出现的误动作。2.3.5低电压保护的原理与逻辑分析1 低电压保护的原理电网低电压的形成主要是由于发电厂向用户输送无功功率引起的，无功功率因数降低，引起电压下降，并增加了线路损耗。当电压低于低电压定值时，低电压保护装置将启动保护动作。防止线路出现低电压运行的原则是要求用户无功负荷和网络无功损耗就地供应，如某条

41、配电线路功率因数从0.7提高到0.95，则线路中有功损耗减少45 。为了就地供应无功损耗，可在一次与二次变电站、配电所与配电线路上，分散安装无功补偿装置，为了考虑动态补偿，可安装TSC无功补偿装置或SVC装置。SVC装置的模型如图2-20所示：图2-18 SVC装置无功补偿的模型模型中三相电压为500kV,设置三相电压峰值随时间波动变化，SVC装置对电压进行调整，当三相电压降低时，SVC输出无功功率，当三相电压升高时，SVC吸收无功功率，如图2-19,2-20所示：图2-19 SVC装置输出无功功率波形图 图2-20 SVC装置输出电压波形图当在电路中设置短路故障时,SVC通过输出或吸收无功功

42、率调节电压，如图所示：图2-21 SVC装置输出电压波形图图2-22 SVC装置输出无功功率波形图双电源供电系统SVC模型如图2-23所示：图2-23 双电源供电SVC系统当设置单侧三相电源电压峰值随时间波动，SVC输出或吸收无功功率如图所示：图2-24 单侧电压波动SVC输出无功功率波形图 图2-25 SVC输出波动电压波形 图2-26 A相接地故障SVC输出无功功率 图2-27SVC输出波动电压波形将上述供电系统单侧三相电源换为同步发电机时，SVC模型仿真如图2-28所示：图2-28 同步电动机与三相电源供电系统SVC无功补偿模型当同步发电机发生A相短路时，SVC通过输出无功功率以提高电压

43、，如图所示：图2-29同步电动机电路单相短路时SVC 图2-30 同步电动机单相短路时SVC输出电压输出无功功率图2-31同步电动机电路正常时SVC输出无功功率 图2-32 同步电动机电路正常时SVC电压2低电压保护的整定与逻辑分析表5低电压保护的整定低电压保护低电压保护压板投入或退出低电压保护定值10V100V 0.01V低电压保护时限0s100s 0.01s低电压保护的逻辑分析框图如图2-33所示：图2-33 低电压保护逻辑分析图低电压保护的接线反应了对称的电压降低，但在电压互感器回路断线时，低电压保护不应动作。为了达到此目的，在AB和BC相之间各接1个低电压继电器。2.3.6 零序电流保

44、护的原理与逻辑分析1 零序电流保护的原理当电力系统出现不对称运行时，就要出现零序电流。例如：所有的接地故障，单相重合闸过程中的两相运行等。1) 当系统任一点单相与两相接地短路时，3倍零序电压(或电流)的相量和，即 ,零序功率为。2) 接地故障时，零序电流与零序电压的相位关系只与变电所和有关支路的零序阻抗角有关，与故障点的过渡电阻无关。三相电源单相短路故障电路如图2-34所示： 图2-34 单相接地故障电路故障点零序电流和电压如图2-35所示：图2-35 零序电流和电压波形图本装置采用的是零序过电流保护，当3倍零序电流大于零序电流保护定值时，通过算法判断是否启动告警或是跳闸。启动保护的零序电流定

45、值应躲过相邻线路出口处三相短路时所出现的最大不平衡电流，同时启动电流按逐级配合原则整定，即本线路零序过电流保护的保护围不能超出相邻线路的保护围。2 零序电流保护的整定与逻辑分析表6 零序电流保护的整定零序电流保护零序电流定值0.02A12A 0.01A零序电流时限0s100s 0.01s零序电流压板投入或退出零序电流跳闸投退投入（作用于跳闸）或退出（作用于告警）零序电流保护的逻辑分析框图如图2-36所示：图2-36零序电流保护逻辑图2.3.7低频减载保护的原理与逻辑分析1 低频减载保护的原理电力系统低频减载是指电力系统在遭受大扰动、出现大功率缺额时，响应于系统频率启动并切除部分负荷，维持系统功

46、率平衡和防止系统频率崩溃的一种有功频率控制手段。本保护装置中，当频率下降到设定的频率点时，测量当前的频率变化率，频率,等参数，根据这些参数决定具体切负荷量，其中低电压闭锁定值固定为60V，滑差闭锁定值固定为5Hz/s。2 低频减载保护的整定与逻辑分析表7低频减载保护的整定低频减载低频减载压板投入或退出低频减载定值45.00Hz49.50Hz 0.01Hz低频减载时限0.2s20.0s 0.01s滑差闭锁投入或退出低频减载保护的逻辑分析框图如图2-37所示：图2-37低频减载保护逻辑图2.3.8 控制回路异常告警控制回路异常告警用于采集断路器的跳位和合位，当控制电源正常，断路器位置辅助触点正常时，跳位或合位这两个开入量中，必有且只能有一个开入，否则经2s延时报控制回路异常告警信号，同时重合闸放电，但不闭锁保护。控制回路异常告警的逻辑分析框图如图2-38所示： 图2-38 控制回路异常告警保护逻辑图2.3.9 TV断线告警TV作用是将输入的一次电压转变成系统需要的二次电压，系统的TV断线，使一次电压无法转换为二次电压，系统不能正常工作,保护装置检测到TV断线延时