110kV线路微机高频保护毕业论文

1、摘 要在电力系统中，继电保护是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要工具，而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护的要求也越来越高。高频保护是110kv及以上输电线路的主保护，也是高压电网保护的第一道防线，能够对全线路故障实现无时限切除，这是高频保护的重大优点，所以，在超高压电网的稳定措施中高频保护受到高度重视。本次的设计是110kv线路微机高频保护。本文首先简要介绍了电力系统微机继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。接着详细论述了110kv线路微机继电保护的构成以及各个部分的工作原理，设计内容包括三大部分：硬件电路设计，软件部分设计和高频

2、保护参数计算及动作值整定。和件结构够硬件电路主要由cpu主系统、数据采集系统和开关量输入/输出系统构成，软件设计，主要包括高频保护的主程序、中断服务程序和故障处理程序设计，软硬件结合实现保护功能。关键词：继电保护；微机保护；高频距离保护；高频零序保护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 录第1章 绪 论11.1电力系统微机保护的概述和发展历程11.1.1电力系统及微机保护概述11.1.2微机保护的发展历程11.2国内外关于该课题的研究现状及趋势21.3微机保护的发展方向2第2章 硬件部分设计32.1总体设计方案32.2数据采集

9、系统设计32.2.1电压形成32.2.2采样保持电路（s/h）42.2.3有源滤波器的结构及特点42.2.4模拟多路开关52.2.5模数转换器（a/d）62.3微机主系统62.3.1cpu(中央处理器)62.3.2开关量输入输出回路92.3.3人机接口回路112.4跳闸回路设计11第3章 高频保护参数计算及动作值整定133.1高频保护概述133.2高频通道及其工作方式133.3高频保护的算法143.4傅里叶级数算法153.5高频距离参数计算及动作值整定173.6 高频零序参数计算及动作值整定19第4章 高频保护软件设计214.1高频保护功能概述214.2 高频保护程序设计224.2.1高频保护

10、的主程序流程图说明224.2.2高频保护的中断服务程序流程图说明254.2.3高频保护的故障处理程序流程图说明284.2.4 振荡闭锁程序流程图错误！未定义书签。第5章 结 论38参考文献39致 谢40iv第1章 绪 论1.1电力系统微机保护的概述和发展历程1.1.1 电力系统及微机保护概述现代电力系统是一个巨大的统一的整体，一旦损毁不仅带来巨大的经济损失，而且会对电力系统本身稳定和工业生产及人民生活产生巨大影响。电力系统是一个复杂的、非线性的大系统，具有许多其它系统所没有的特殊性，随着电力系统不断向高电压、远距离、大容量的方向发展，系统的网架结构和运行方式日益复杂，这就对系统中继电保护装置提

11、出了更高的要求，即要求选择性更好、可靠性更高、动作速度更快。1.1.2 微机保护的发展历程近三十年来，计算机技术得到了飞速的发展，已广泛而深入地影响着人类社会的各个方面，如科学技术、生产制造和人们生活的各个领域。同样，计算机技术也影响到电力系统继电保护技术的发展。 继电保护在电力系统中占有重要地位。我国从七十年代末就开始了微机继电保护的研究，高等院校和科研院所在这里面起到了先导的作用，相继研制出了不同原理和不同型式的微机继电保护装置。自从1984年4月由我国自行研制的第一套微机线路保护装置在河北马头电厂投入实际运行以来，微机继电保护已经在我国取得了很大的发展，随后在投入批量生产后，从二十世纪九

12、十年代开始在我国电网中逐步得到实际应用。 随着国民经济对用电量需求的不断增大，各大高校与科研院所在微机继电保护方面进行了深入研究，国内几大继电保护生产厂家也纷纷转向微机继电保护的研发和生产。各种保护原理方案、算法的微机线路保护和微机主设备保护相继问世，为电力系统提供了一批优质可靠的微机继电保护装置，同时也积累了丰富的运行经验。随着微机保护装置的深入研究，在微机保护软件算法等方面也取得了很多的理论成果。我国继电保护技术己进入了微机保护的时代，并且也带动了变电站综合自动化的发展。当前，微机线路保护装置已广泛应用于我国电力系统中。 随着微机保护的发展，不断有新的改善继电保护性能的原理和方案出现。这些

13、原理和方案同时也对微机保护装置硬件提出了更高的要求。由于集成电路和计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速，功能更丰富，性能更加完善。1.2国内外关于该课题的研究现状及趋势目前应用于国内微机继电保护装置中的处理器主要有三类:单片机、dsp和嵌入式处理器。单片机通过大规模集成电路技术将cpu, rom, ram和i/0接口电路封装在一块芯片中，具有可靠性高、接口设计简单、运行速度快、功耗低、性能价格比高的优点。因此高等院校和科研单位纷纷研制采用单片机的微机继电保护装置，而且由于单片机价格低廉，现阶段应用单片机的微机保护仍是我国微机保护的主流产品。为了克服单片机运算能力弱的缺点，推出

14、了一系列与个人计算机软硬件兼容的嵌入式处理器，如intel386ex, amd386/486e等。由于可利用pc丰富的开发环境、应用软件和电路设计技术，因而一经推出就得到了众多工控厂家的欢迎，并纷纷在此基础上开发出工sa, std, pc104等总线工控主板。该嵌入式处理器具有很多优点，因此 std工控机在电力系统继电保护自动化产品中得到了最为广泛的应用。而新一代处理器dsp具有相当强大的处理能力、快速的指令周期、哈佛结构、流水操作、专用乘法器、特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使dsp的指令周期达到200ns。将dsp应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和付立叶变换算法的计算时

15、间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由cpu完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。微机继电保护产品在电力系统中得到了广泛的应用，并由于其相对于传统继电保护产品(整流型、集成电路型等)的一系列优点，大大提高了电力系统供电的安全性和可靠性，促进了电力系统自动化的发展。1.3微机保护的发展方向随着我国变电站综合自动化技术的发展及网络技术的兴起，微机保护装置的研究设计工作应与变电站综合自动化系统相适应，使微机保护既保持其相对独立性，又要具备有与变电站监控系统接口的条件及远方控制功能，以适应无人值守变电站的改造。同时，随着新理论、新的硬件技术的发展，微机保护装置也应吸收其中

16、适应电力系统的部分，以提高微机保护的性能和技术水平。第2章 硬件部分设计2.1总体设计方案本次设计包括硬件和软件两大部分。其中硬件部分包括：数据采集系统，cpu主系统设计，开关量输入/输出系统设计，硬件部分设计后还有跳闸出口电路及逻辑的等电路设计。软件设计包括高频保护主程序设计，高频保护中断服务程序设计，高频保护故障处理程序设计。为了软件设计的顺利进行，还必须有高频零序方向保护参数计算及动作之整定和高频距离方向保护参数计算及动作之整定。最后是绘制硬件原理图，软件流程图，答辩，打印等工作。硬件部分设计 微机保护的硬件一般包括以下三个部分：（1） 数据采集系统 数据采集系统包括电压的形成，模拟滤波

17、，采样保持电路（s/h）多路转换开关（mpx），以及模数转换（a/d）等功能模块，完成将模拟输入量准确的转换为微型机能够识别的数字量。（2） 微机主系统 微型机主系统主要包括微处理器，只读存储器，随机存取存储器，定时器，并行接口以及串行接口多等。微型机执行编制好的程序，对由数据采集系统输入至ram区的原始数据进行分析，处理，完成各种继电保护的测量，逻辑，和控制功能。（3） 开关量输入/输出系统 开关量输入/输出系统由微型机的并行接口（pia/pio），光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸信号，外部触点输入，人机对话及通信等功能。2.2数据采集系统设计2.2.1电压形

18、成 本次微机保护要从被保护的电力线路的电压互感器或上取得信息，由于模数转换器只能对一定范围内的输入电压进行转换，故需要降低和变换电压，将输入信号变换为满足模数转换器量程要求范围内的电压信号。因此，采用中间变换器来实现以上的变换，将交流信号变换为比例的电压信号，可以采用电抗变换器，电压变换器或电流变换器。但是，目前在微机保护中采用电压变换器方式的为多，主要原因是由于在微机保护系统电流信号在最严重的短路故障时，其幅度可能达到正常信号的10到20倍，为使adc在短路时也能不失真，为不使隔离系统的铁心饱和通常采用针模合金材料作铁芯。综合比较以上变换器后，本次设计采用电压变换器将电流信号变换为电压信号。

19、2.2.2采样保持电路（s/h） (一)采样保持器的作用 输人到微机保护系统的电压、电流等模拟量信号经过电压形成环节变换成所要求的电压值后，再经模拟低通滤波器(alf)进入采样保持器。所谓采样，就是cpu每隔一个固定的时间间隔ts读一次数据。ts称为采样周期。采样周期的倒数称为采样频率。 采样保持器的作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。常用的继承采样保持器有多种，本次设计采用lf-398型采样保持芯片。 (二)对采样保持电路的要求 高质量的采样保持电路应满足以下几方面要求：(1)最小采样宽度tc，(或称为截获时间)要尽量短，

20、以满足对快速变化的信号的采样要求；(2)在截获时间内，使ch上的电压能按一定精度跟踪上u1的变化， 一般要求跟踪误差小于01；(3)在信号保持期间，保持电压应基本不变。通常用该电压的下降率来表示保持能力。(4)模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。总的来说，阻抗变换器的质量在很大程度上决定了采样保持器的质量同时，上面的要求也与电容器的容量有关。就截获时间而言，希望ch越小越好，但是就保持时间而言，则希望ch越大。因此在设计微机保护系统时，虚根据实际要求来考虑如何选择ch。本次设计选用lf-398采样保持芯片。2.2.3有源滤波器的结构及特点在故障电压或电流等模拟量进入采样保持器之前

21、，用一个模拟低通滤波器(alf)将高频分量滤掉，仅让1/2f以下的频率分量通过，就可降低采样频率值，从而降低对微机系统硬件过高的要求。有源滤波器是指出rc与运算放大器构成的滤波电路。边过在rc网络中引入有源器件，就能实现传递函数在s域左半平面出现共轭极点，得到良好的滤波特性。在微机保护中，通常采用二阶或三阶有源低通滤波电路。图2.1为种二阶有源滤波器，这种电路也称为单端正反馈低通滤波器。它的主要优点是：仅使用一个运算放大器，结构简单，rc元件少，缺点是元件参数的变化对滤波效果影响较大。图2.1 二阶有源低通滤波器电路中各参数为：c1=0.33uf,r1227k，r24.55k，r3r41364

22、k，截止频率f0150hz，增益系数h。2，品质因数q070 6，这种滤波器的特性更接近干理想特性，此外，这种滤波器还具有结构简单、所用rc元件少，当运算放大器频率特性偏离滤波器频率特性时不易引起振荡等优点。这种滤波器的缺点是，元件参数变化时对滤波器的影响较大。线路保护一般采用每周波12次采样（即600次/秒），根据采样定理的要求，低通滤波器的截止频率选在采样频率的一半，即300hz。2.2.4模拟多路开关多路转换开关又成多路转换器，在分时检测时利用多路开关可将各个输入信号依次的或随机的连接到公用放大器或a/d转换器上。多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。为了提高过程参数的测量精度，在设

23、计过程中视多路开关为理想的，即接通时的导通电阻为零，切换速度快，噪音小，寿命长，工作可靠。 用多路开关实现通道切换，常用的多路开关有ad7501（8通道），ad7506（16通道），cd4051（8通道）。本次设计采用cd4051。 cd4051是由c-mos.fet（场效应管）组成的单片多路开关，它是单端的8通道开关，它有三根二进制的控制输入端a，b，c和一根禁止输入端inh，片上有二进制译码器，可由 a，b，c三个二进制信号在8个通道中选一个，使输入和输出接通，而当inh为高电平时，不论a，b，c为何值，8个通路均不通。cd4051有很宽的数字和模拟信号电平，数字信号为315v，模拟信号峰

24、-峰值为15vp-p；当vdd-vee=15v，输入范围为15vp-p；时，其导通电阻为80；当vdd-vee=10v时，其断开时的漏电流为10pa；静态功耗为1uw。 2.2.5模数转换器（a/d）(一)模数转换(ad)的基本原理由于微机系统只能对数字量进行计算，而微机保护所能取得的电压、电流信号均为模拟信号，因此必须将采样所得到的模拟量经过模数转换成为数字量。模数转换的过程实质上就是对模拟信号进行量化和编码的过程。 根据ad转换的原理和特点的不同，可将ad转换分为直接式ad转换和间接式ad转换两大类。直接式ad转换是将模拟信号直接转换为数字量。常见的有逐次逼近式ad、记数式ad、并行转换式

25、ad等。间接式ad转换是将模拟信号先变成中间变量，如脉冲周期t、脉冲频率f脉冲宽度等，再将这些中间变量变成数字量，其中较常见的有单积分式ad、双积分式ad、vfc转换式ad等。上述种种ad变换中，以逐次逼近式和vfc转换式在微机保护中应用最广。本次设计采用的是adc式变换。采用的芯片是ad574。ad574是微机保护常用的一种芯片，是用逐次逼近原理实现的a/d变换器，分辨率为8位或12位，转换时间25us。2.3微机主系统2.3.1cpu(中央处理器) 微型计算机由三类大规模集成的芯片组成，关键的一块芯片是微处理器，习惯上叫cpu芯片，cpu是计算机系统自动工作的指挥中枢，计算机程序的运行依赖

26、于cpu来实现。因此，cpu的性能好坏在很大程度上决定了计算机系统性能的优劣。它包括通用电子计算机的运算器和控制器部分。存储器芯片是第二类芯片， 计算机利用存储器把程序和数据保存起来，使计算机可以在脱离人的干预下自动地工作，它的存储容量和访问时间直接影响着整个计算机系统的性能。它主要用来存放程序和数据。根据程序和数据的大小可以选择多块存储器芯片。第三类芯片是输入/输出接口芯片，用以沟通计算机和外部设备。本次设计选用的是mcs-51中的8位单片机8031，它片内没有rom，片内ram为128b，可以寻址64kb的片外程序存储器，可以寻址64kb的片外数据存储器，32根双向和可单独寻址的i/o线，

27、一个全双工的异步串行口，2个16位定时/计数器，5个中断源，2个中断优先级，有片内时钟振荡器。 1.系统工作原理从被保护线路上采集电压信号，经过电压变换器后变成低压信号，经过二阶有源低通滤波器后，滤掉高频部分，只让 1/2采样频率一下的分量通过，然后将得到的采样值送入采样保持电路lf398，以保证在ald转换期间内，测量模拟输入量，保持其输出不变，上述过程为数据采样过程，在本次设计中，这样的数据采集一共有8路，分别将这8路采集信号送入8路模拟转换开关cd4501，a，b，c组成二进制数，当选中每一路时，每一路的信号经过a10变换器ad574输入单片机。8031扩展所用芯片有74ls373，74

28、ls139，2764，6264等。如图3.2。2.锁存器74ls37374ls373是一种8d锁存器，具有三态驱动输出，该锁存器由8个d门组成，有8个输入端1d8d，8个输出端1q8q，2个控制端g和oe，使能端g有效时，将d端数据打入锁存器中d门，当输出允许端oe有效时，将锁存器中锁存的数据送到输出端q。当使能端g为高电平时，同时输出允许端oe为低电平，则输出q=输入d；当使能端g为低电平，而输出允许端oe也为低电平时，则输出q=qo（原状态，即使能端g由高电平变为低电平前，输出端q的状态，这就是“锁存”的意义）。当输出允许端oe为高电平时，不论使能端g为何值，输出端q总为高阻态。74ls3

29、73锁存器主要用于锁存地址信息、数据信息以及dma页面地址信息等。3.只读存储器27642764a是8k8位紫外线擦除电可编程只读存储器，单一+5v电源供电，最大工作电流为75ma，维持电流为35ma,读出时间最大为250ns,为28脚双列直插式封装。图2.2 8031扩展电路图4. 随机存储器6264 6264是8k8位静态随机存储器，采用cmos工艺制造，单一+5v电源供电，额定功耗200mv,典型存取时间200ns,为28线双列直插式封装, 74ls139是“2-4”译码器，每个译码器仅有一个使能端，具有2个选择输入端，4个译码输出，0电平有效。5.8255是可编程接口电路本次设计采用程

30、序查询方式，由计算机启动a/d转换，随后通过程序查询转换结束标志是否置位，等到置位后，将转换结果存入内存。假定cpu是8位机，即只有8根数据线，因而adc574a中的12/端子固定接地，端子同cpu的地址总线的低位直接相连，而12位的数据输出线并联后接至cpu的8位数据总线。adc574a的三根基本控制线（）采用标准接法，因而可以用cpu对地址写和读的指令来启动转换和读取数据。转换完成后的信息由adc574a的状态线sts经并行口pb送给cpu。多路开关cd4501的三根路数选择线分别接至并行口的papa，因而cpu可以通过papa赋值的指令控制多路开关的切换，各采样保持器芯片（lf398）的

31、逻辑输入端并联后接至定时器的脉冲输出端。定时器在再次发出采样脉冲的同时向cpu请求中断，以通知cpu来控制数据采集系统的工作。（一） 并行接口初始化规定papa为输出，并且赋值为0000，使多路开关接通0通道，同时规定pb为输入，以便cpu查询sts状态。（二）采集数据寄存地址指针初始化由数据采集系统得到的各通道采样值的转换结果，应存放在一个规定的ram区内，通常称为循环寄存区，因为数据是源源不断输入的，而寄存区是有限的，故只能不断刷新旧数据而循环使用。但为了有一定的记忆能力，循环寄存区应有一定的存储容量。为了cpu能知道下一个转换结果应存放在什么地址，在ram区应设置一个地址指针，在初始化时

32、把循环寄存区的首地址存入指针。cpu在每次取得转换结果后，总是把它存入指针指向的地址，然后指针指向下一个地址。指针内容的更新在一般情况下是加工，因为12位的转换结果要占两个字节，但要检查一下更新结果是否超出循环寄存器的末地址，如超出则应重新回到首地址以保证循环使用。（三）定时器初始化微机系统的定时器（如intel的8253和motorola的6840）都是可编程的，使用非常灵活。定时器是定每次采样的脉冲宽度，定它在每次发出采样脉冲的同时请求中断。2.3.2开关量输入输出回路（1）开关量输入回路 开关量的输入回路是为了读入外部接点的状态，包括断路器和隔离开关的辅助接点或跳合闸位置继电器接点，压力

33、继电器接点，还包括某些装置上压板位置输入等。对微机继电保护装置的开光量输入可分为两大类： 安装在装置面板上的接点。包括在装置调试时用的或运行中定期检查装置用的键盘接点以及切换装置工作方式用的转换开关等。 从装置外部经端子排引入装置的接点。图2.3 开光量输入回路本次设计采用的是装置外部接点输入回路。 图2.3中方线框内是一个光电耦合器件，集成在一个芯片内，当外部接点k1接通时，有电流通过光电器件的发光二极管电路，使光敏三极管导通。k1打开时，则光敏三极管截止。光电耦合芯片的两个互相隔离部分间的分布电容仅仅是几皮法，可大大削弱干扰。（2）开关量输出回路 开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和

34、中央信号等，一般采用并行接口的输出口来控制有接点继电器的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。只要通过软件使并行口的pb0输出“0”，pb1输出“1”，便可使与非门h1输出低电平，光敏三极管导通，继电器k被吸合。在初始化和需要继电器k返回时应使pb0输出“1”，pb1输出“0”。设置反向器b1及与非门h1，而不将发光二极管直接同并行口相连，一方面是因为并行口带负载能力有限，不足以驱动发光二极管，另一方面是因为采用与非门以后要满足两个条件才能使k动作，增加了抗干扰能力。图2.4 开关量输出回路为了防止拉合直流电源的过程中继电器k的短时误动，将pb0经一反向器输出，而pb1不经反向器输

35、出。如图2.4。2.3.3人机接口回路键盘输入回路 为了简便操作，保护装置键盘的数量应尽可能的减少。人机接口的面板上键盘只有七个键：“”，“”，“”，“”，“q”(返回键)，“复位”和“确认”键。“复位”和“确认”键用于装置复位和操作确认。正扬科医师的电路十分简单，操作也很方便，键盘输入电路有两种：独立键盘电路和行列式键盘电路。（1）独立式按键 由于只需少量按键，因此可以采用最简单的独立式键盘电路，如图2.5所示，从而大大简化了电炉，也使键盘程序简单。在监控程序安排下，接口cpu对74ls245输出不停的检测，由于每一个按键都有特定的键值，输入cpu后，根据该键特定的键值就可以专项执行该键的功

36、能程序了，例如，按下“”，就转向执行将光标移上一行的程序，当键均未被按下时，74ls245接口芯片的输入数码为11111110即feh，接口 cpu就认为无键输入。（2）行列式按键当键的数量较多是采用行列式按键电路，可节省i/o。 图2.5 独立式键盘电路2.4跳闸回路设计本次设计出口跳闸回路如图所示：装设了各跳闸出口继电器kof，启动继电器kst及停信继电器khs。 启动继电器动作后启动发信，同时兼作总开放继电器，由其常开触点对跳闸回路及停信继电器24v电源的负极实现闭锁。三个保护用的cpu分别驱动各自的启动继电器kst，kst的触点接成三取二闭锁方式，只有当cpul、cpu2、cpu3中至

37、少有两个同时启动时，才能开故跳闸回路。综合重合闸装置的启动元件kst作为重合闸回路的总闭锁。cpu4的kst动作后，为重合闸继电器krc(逻辑插件上)和重合闸信号继电器koh(信号插件上)提供负电源，这样，当线路轻载偷跳单相时，虽各保护的kst不动作，但亦能保证重合闸回路可靠工作。 当cpulcpu3中有一退出工作时，为了三取二闭锁方式不影响未退出保护动作出口的可靠性，可以采取下面两种措施： (1)通过连线lxl、lx2解除三取二闭锁。 (2)某保护无故障停用时，可仍使该插件运行，其启动元件仍然工作，只是将该保护的出口压板退出，这样三取二闭锁方式不会影响装置的正常工作。 停信继电器由cpu1的

38、kst驱动。采用闭锁方式时，用于控制停信；采用允许方式时，用于控制发信机发允许信号。 kofa、kofb、kofc、kopr各有两付触点输出，用于接通跳闸线圈。kofa、kofb、kofc还另有两付触点用于启动失灵保护。kstl、kst2各一付触点用于启动发信。图2.6 跳闸出口回路第3章 高频保护参数计算及动作值整定3.1高频保护概述输电线路的高频保护（载波保护）是将两侧电流的相位（或功率方向）变成高频讯号后再经加工后的输电线（称高频传输通道）传至对侧进行直接或间接的相位比较（或逻辑判断）来实现全线速动保护的，它可以有效的克服辅助导线（导引线）方法时的种种缺点。3.2高频通道及其工作方式1高

39、频通道主要由以下几个部分组成（1）输电线路：用于传输高频电流信号。（2）高频阻波器：高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的50hz并联谐振回路。它对工频电流显低阻抗，而对高频讯号显高阻抗，它可阻止高频电流进入被保护线路以外的电力系统中的其它设备。（3）耦合电容：耦合电容一方面起隔离工频电压的作用，另一方面与连接滤波器组成带通滤波器，只允许通带内的高频电流通过，对工频电流显高阻抗。（4）连接滤波器：连接滤波器由空心变压器和电容组成，它与耦合电容组成带通滤波器，即可以进一步隔离高压线路和高频收发讯机，又起阻抗匹配器的作用（架空线波阻抗为400，电缆的波阻抗为100，）以减少高频讯号的衰减。（5）高

40、频电缆：高频电缆连接户内的收发迅机和户外的连接滤波器。（6）保护间隙：它可防止高频收发讯机和高频电缆受过电压的腐蚀。（7）接地刀闸：它可以保证工作人员在检修和调试高频收发迅机，连接滤波器时的安全。（8）高频收发讯机：高频收发讯机（载波机）用于发出和接收高频信号（频率为400500khz）.（9）继电保护部分：它不属于高频通道，但对于高频通道中的某些部件起控制作用。高频通道原理接线图如图3.1所示。2高频通道的工作方式 高频通道的工作方式是指高频通道内的高频电流存在两种状态。发讯机在发生故障时启动发讯，通道内短时有高频电流的状态，称为短时发讯方式，当发讯机在正常发讯，高频通道内经常有高频电流的状

41、态，称为长期发讯方式。因此，短时发讯方式必须有发讯机的启动元件，长期发讯方式则发讯机不必启动元件。但前者的通道需定期检查其完好性，后者的通道则经常处在一种被监视的状态，通道内正常无高频电流时表明通道可能有故障。图3.1 高频通道原理接线图3.3高频保护的算法高频保护的方向是通过微机保护算法实现的。电力系统的微机保护是采用微型计算机对电力系统中的各种电气量进行采样，通过软件程序对采样数据进行运算，分析和判断，以实现各种保护功能的一种形式，因此说微机保护是用数学运算方法实现故障测量，分析和判断的。微机保护中的一个基本问题就是寻找适当的离散运算方法来实现一定保护功能，从而使运算结果的精确度能满足工程

42、要求而计算耗时又尽可能短，达到既判断准确又动作迅速，可靠的效果。微机保护的算法基本可以分为输入量为正弦函数的算法，输入量为周期函数的算法和输入量为随机函数的算法。各种算法有各自的特点。 各种算法各有优缺点，本次设计选择傅里叶级数算法。3.4傅里叶级数算法傅里叶级数算法的基本思路来自傅里叶级数，算法本身具有滤波作用。他假定被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波。可表示为x（t）= （n=0,1,2）式中an、 bn-分别为直流、基波和各次谐波的正弦项和余弦项的振幅， bn =xncosn。由于各次谐波的相位可能是任意的，所以，把他们分解成任意振幅的正弦项和

43、余弦项之和。a1、 b1分别为基波分量的正弦项和余弦项的振幅，b0为直流分量的值。根据傅式级数的原理，可以求出 a1 = (3-1)b1 = (3-2)由积分过程可以知道，基波分量正、余弦项的振幅已经消除了直流分量和整次谐波分量的影响。于是x（t）中的基波分量为x1(t)=a1sin1t+b1cos1t合并正弦，余弦项，可写为x1(t)= x1 sin（1t+）式中，x1为基波分量的有效值；为t=0时的基波分量的相角。将sin(t+)用和角公式展开，不难得到x1，和a1,b1之间的关系为 a1= x1cos （3-3）b1= x1 sin （3-4）用复数表示为x1=（a1+j b1）（3-4

44、7） 因此，可根据a1 和b1，求出有效值和相角为2x21= a12+ b12 （3-5）tg= b1 /a1 （3-6）在微处型机处理时，式（3-1）和式（3-2）的积分可以用梯形法则求出得：a1=2sin(k) (3-7)b1=x0+2cos(k)+xn (3-8)n基波信号一周采样点数；xk第k次采样值x0,xn分别为k=0和k=n时的采样值。由于通过式（3-3）和式（3-4），已求得基波分量的实部和虚部参数，因此可以方便的实现任意角度的移相，具体计算公式为=1=（a1+j b1）（cos+ sin）= （a1 cos- b1 sin）+ j（a1 sin+ b1 cos）式中 f移相后

45、的相量移相的角度由于为设计的移相角度，所以，sin和cos两个参数可以事先算出来，成为已知的常数。在分别求得a，b，c三相基波的实部和虚部参数后，还可以求得基波的对称分量，从而实现对称分量滤过器的功能。求基波的对称分量的公式为1a=（1a+a1b+a21c）2a=(1a + a21b +a1c)3a=(1a+1b+1c)式中1a，2a，3a分别为a相的正序，负序和零序的对称分量；1a，1b，1c分别为a，b，c三相的基波分量；=11200。顺便指出，将式（3-7）和式（3-8）改为下列表达式，即可求得任意n次谐波的振幅和相位，适用于谐波分析。当然，被分析的最高谐波次数与采样频率之间，应满足采样

46、定理。 an=2sin(kn) (3-7) bn=x0+2cos(kn)+xn (3-8)式中 n-谐波次数。同样，n次分量正余弦的振幅已经消除了直流分量、基波和n次以外的整次谐波分量的影响。本次继电保护需要计算出零序电流，我们利用上面傅式算法中计算出的三相电流基波分量的实、需部iaa、iba、iab、ibb、iac、ibc及i1sc计算三相电流的零序分量。 a相零序电流与三相电流的关系为3将实部和需部分开，得到3iaa0=iaa+iab+iac3iba0=iba+ibb+ibc于是我们便得到零序电流的幅值为i0m=通常零序电流的整定按照正负序电流的3.5倍整定。 3.5高频距离参数计算及动作

47、值整定 圆特性的阻抗继电器整定值较小时，保护范围受过度电阻的影响大；而当整定值较大时，躲过负载的能力又差。为此，很多距离保护中的阻抗测量元件均采用了具有四边形动作特性的阻抗元件。如图3-2所示。对于单项接地短路来说短路带过度电阻的情况更为严重，甚至成为警告阻抗接地短路。根据单项带过渡电阻接地短路的特性及对阻抗动作特性的要求，在第一象限电抗动作特性的动作方程：41xsetrset32rjx图3.2 四边形动作特性第一象限 xmxset-rmtg电阻动作特性的动作方程： rmrset+xmctg第二象限电抗动作特性的动作方程：xmxet电阻动作特性的动作方程：rm-xmtg第四象限电抗动作特性的动

48、作方程：rmrset电阻动作特性的动作方程：xm-rmtg1动作判据 ：-rmtgxmxset-rmtg-xmtgrmrset+xmctg其中 =20（为保证被保护线路出口带过渡电阻短路时阻抗元件不拒动的角）=7-10（tg=）(为防止在双电源网络中带过渡电阻短路时的阻元件见误动的角)一般取60=（为保证区内金属短路阻抗元件可靠动作的角）本次设计选用的是lgj-185的导线， 电阻 0.17km/，电抗在均距（2500mm）时为0.365km/，假设线路长度为43km 。 rm=0.1743=7.31()xm=0.36543=15.695()第一象限的整点值：xmxset-rmtgrmrset

49、+xmctg代入数据为： 15.695rset-7.31xset16.60875()即 7.31rset +15.695rset-1.752第二象限的整定值：xmxetxset15.695()rm-xmtg7.31-15.695tg207.31-5.7121第四象限的整定值为：rmrsetrset7.31xm-rmtg15.695-7.31tg2015.695-2.6604动作判据为： -rmtgxmxset-rmtg-xmtgrmrset+xmctg代入数据为：-2.660415.695xset-0.9138-5.71217.31rset=9.06123.6 高频零序参数计算及动作值整定零序

50、保护整定值按正负序的3.5倍整定第一象限xset58.1306reset-6.132第二象限 xset54.9325第四象限 rset25.585动作判据为9.311458.1306xset-3.1983-19.992425.585rset+31.7142第4章 高频保护软件设计 4.1高频保护功能概述本保护包含高频距离保护和高频零序方向保护。分别反映相间故障和单相接地故障。(1)该保护有相电流差突变量原理的启动元件d11当线路在保护范围内故障时，该启动元件动作驱动其执行继电器kst，同时使保护进入故障处理程序，进行故障计算。(2)启动元件动作进人故障处理程序后，将执行段相电流差突变量原理的选

51、相程序，以判断故障类型和相别。判为相问故障时，则计算故障相间阻抗，由带记亿的多边形动作特性的阻抗元件判别方向。正方向时驱动停信继电器khs ，等待对侧信息。符合出口条件时出口三跳；若判为反方向故障，直接进人振荡闭锁程序。 若判为单相接地故障，由零序功率方向元件判别方向，两侧均为正方向时，60ms内出口选相跳闸：反方向时则进入振荡闭锁程序。(3)高频距离保护开放100ms。高频零序保护不需振荡闭锁，在第一次故障时不带延时，但60ms内不动作，以后再动作需带60ms延时其目的是防止零序功率倒向引起高频零序保护的误动。在振荡闭锁状态中，高频零序动作，作用于三跳不选相。在振荡闭锁程序中设有阻抗元件、相

52、电流元件及零序电流元件，用于判别振荡是否停息，若上述三个元件持续4s均不动作说明故障已切除，振荡已停息，保护整组复归。(4)本线路非全相运行时，高频距离保护和高频零序保护退出工作，不再利用通道，此时利用反应两健全相电流差突变量元件d12来判断健全相是行发生故障，并用阻抗确认。一旦确认为健全相又故障，立即出口三跳：为保证可靠切除出口发展性故障，阻抗元件特性带偏移。(5)手投故障线路或重合于永久性故障时，高频距离保护计算阻抗在保护区内时则瞬时三跳，此时本保护不受对侧高频信号的闭锁，所用阻抗特性也与高频距离保护中阻抗判别元件相同。为了可靠切除出口故障，特性略带偏移。重合后的瞬时加速功能可在整定时利用控制字投入或退出。(6)本保护可以由定值单中的控制字选择为闭锁式或允许式两种工作方式。 a工作在高频闭锁方式时 发信：由cpul高频保护驱动的kst触点控制 停信：由cpul驱动的khs触点控制停信条件是:相间故障时为正方向且区内故障，单相接地时为正方向且3i。和3u0大于整定值.出口跳闸条件：两侧均为正方向:启动后至少先收到高频传号持续5ms后才停信收不到对侧高频信号。 b工作在高频允许方式时由khs继电器的常开触点控制发允许信号，出口条件为：本侧正方向且收到跳频信号(若