一种新型高压线路微机保护的总体设计方案.doc
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1、摘 要高压输电线路是电力系统中最重要的电气元件,线路保护性能对电力系统的安全稳定运行有着十分重要的影响。近年来,随着我国高压电网建设的快速发展,电网自动化水平的不断提高,对高压线路保护性能提出了新的更高要求。与此同时,计算机技术的进步,特别是高性能DSP芯片的出现和应用,使得微机保护硬件平台资源更丰富,计算速度更快,为保护的功能完善提供了良好的硬件支持。因此,利用线路保护原理研究的新成果,以高性能硬件平台为基础,研究和开发性能更好的高压线路微机保护具有重要的理论和现实意义。论文首先对微机线路保护的发展历史和研究现状以及新进展进行了综述和分析,在此基础上,根据高压线路保护的运行特点和应用要求,提
2、出了一种新型高压线路微机保护的总体设计方案。文中系统介绍了总体方案的设计原则和保护装置的功能配置,并对保护系统的硬件结构和主要插件的设计特点进行了说明。保护原理是保护系统研究与开发的核心和基础。在保护方案设计中,借鉴和应用了近年来在保护原理研究中的新成果,主要包括基于序补偿电压模值比较的方向元件、三相电流综合突变量启动元件、新型故障选相元件等。文中对装置中采用的主要保护原理进行了介绍和分析。关键词:线路保护,方向纵联保护,距离保护,软件设计。ABSTARACTHV transmission lines are the most important electric components in
3、electric powersystem,so the performance of line protection has great influence on the security andstability of power system.In recent years,with the HV electric networks developing and the degree of automation of electric networks improving,the higher and newer performance of protective relaying for
4、 HV transmission lines are requested.At the same time,with the progresses of computer,especially with the applications of DSP,the hardware resource of microprocessor protection get richer and the computing speed turn faster,which provides the powerful support for the improvement of the microprocesso
5、r protection functions.It is of great theoretical and practical significance to develop more advanced microprocessor based protective relaying set for HV transmission line based on the new theory of line protection.At first this thesis introduced the history and new directions of microprocessor base
6、d protective relaying for transmission lines.Then the project design of protection is put forward according to the needs of HV transmission line.In this thesis,The design principles,the function settings,the hardware structure and the plug-ins designcharacteristic of the protection device are introd
7、uced.The software design is important work during the research of the device.Compared to conventional software design based on flow chart,the protection software is developed based on relay function module,which leads to the separation of time sequence and logic.目 录摘 要. .1ABSTARACT .2目 录. 31绪论. 51.2
8、输电线路微机保护的发展历史. 51.3输电线路微机保护的研究现状与新进展.61.4论文的主要工作和章节安排.82保护装置的总体设计方案与功能配置.92.1保护总体方案设计依据.92.2保护装置的功能配置.112.3装置的硬件结构与设计.132.4本章小结.163高压输电线路微机保护主要元件的基本原理.173.1方向纵联元件.173.2启动元件.203.3距离元件.233.4零序方向过流元件.283.5过流元件.293.7振荡闭锁元件.373.8重合闸及后加速.403.9其他的辅助功能.413.10本章小结.434距离保护程序的软件结构与设计.454.1引言.454.2基于继电器功能模块的软件设
9、计方法.454.3本章小结.465 全文总结. .47参考文献.491 绪 论本章在简述了高压输电线路继电保护发展历史的基础上,介绍了国内外高压输电线路继电保护的发展现状,综述了近年来高压输电线路微机保护技术的新进展,并讨论了今后的发展方向,最后对论文的主要工作和章节安排进行了说明。1.1引言输电线路保护作为保证电网运行安全的主要自动控制设备,其性能的改善和提高一直受到科研和运行部门的高度重视。近十多年以来,随着计算机技术的不断进步,特别是微机技术的成熟与应用,高压输电线路保护已由传统的电磁式保护、晶体管保护,集成电路保护进入到微机保护时代,成为继电保护系统发展的主要方向。微机继电保护技术的发
10、展与应用是近三十年来继电保护领域取得的最显著的成果。经过长期的研究和实践,现在人们已普遍认可了微机保护在高压、超高压电网保护中无可替代的优势。迄今,在国内广大科研工作者、制造商和运行部门工作人员的共同努力下,我国在高压、超高压电网微机保护装置的研究和应用中取得了骄人的成就,为我国的电网安全运行提供了有力的保障。1984年我国第一套微机距离保护通过鉴定,投入试运行。进入上世纪九十年代后,微处理机芯片的成熟和推广,极大加快了我国微机线路保护研究和应用的步伐,不断有新的保护产品推出。具有代表性的产品有北京四方公司的WXB-11型微机高压线路保护装置,其后的南瑞继电保护公司研制的LFP-900系列微机
11、成套保护装置以及国电南自公司推出的PowerStar系列线路微机保护等。这些微机保护装置在电力系统的推广应用,极大的提高了我国电网继电保护系统的运行水平。近年来,随着我国国民经济的快速发展,电力建设的步伐也在不断加快。西电东送、南北互供、全国联网的格局正逐步形成。高压和超高压电网规模的不断扩大,网络结构日趋复杂,电网运行安全问题日益突出,对继电保护的性能提出了新的更高要求。与此同时,线路保护新原理研究的不断深入,运行经验的不断积累,以及计算机2技术的快速发展,使得研制开发功能更加完善、智能化水平更高的新型微机高压线路保护成为可能。因此,利用线路保护原理研究的新成果,以高性能硬件平台为基础,研究
12、和开发性能更好的高压线路微机保护是当前一项具有重要理论和现实意义的研究课题。1.2输电线路微机保护的发展历史自1901年第一代机电型感应式过电流继电器在电力系统应用以来,继电保护技术的发展已历经一个多世纪。随着人们认识的不断深入,不同的保护原理相继提出,如差动保护(1908年)、方向电流保护(1910年)、距离保护(1923年)、高频保护(1927年)等。在继电保护原理研究不断取得进展的同时,继电保护装置的实现技术也发生了重大的变革,经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。计算机在继电保护领域里的应用是继电保护发展史上一个重要的里程碑。微机继电保护的研究始于上个
13、世纪六十年代1。1965年初,英国剑桥大学的P.G.McLaren等提出利用采样技术实现输电线路的距离保护2。随后,澳大利亚新南威尔士大学的I.F.Morrison等学者对计算机技术在保护和变电站控制领域的应用问题进行了探讨,并对相关保护算法进行了理论研究34。1969年前后,美国西屋公司的G.D.Rockefeller等开始进行具体装置的研制56,并于1972年发表该装置的试运行样机的原理结构与现场实验结果。但自从六十年代计算机保护概念提出开始,到七十年代末,由于受当时计算机技术水平和价格的限制,计算机继电保护的研究重点主要是不同保护原理的实现方式和算法,除少量的试验装置外,计算机保护没有在
14、电力系统中得到广泛采用。随着计算机技术的不断进步,特别是微处理器技术的成熟和应用,极大地推动了计算机保护技术的发展。20世纪80年代,以微处理器为核心的微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟,微机保护开始在工业发达国家中得到推广应用。我国对微机保护的研究从20世纪70年代末开始。虽然起步相对较晚,但由于受到科研和运行部门的高度重视,因此,无论是在理论研究,还是在实现技术研究方面均得到了快速发展。1984年上半年,华北电力学院研制的第一套以6089(CPU)为基础3的保护样机投入运行。标志着我国继电保护的开发进入了重要的发展阶段。进入20世纪90年代以后,微机型保护在我国已得到大量应用,成为了
15、继电保护装置的主要形式。微机型保护具有强大的数字计算和逻辑判断能力以及优良的信息记忆能力,为传统保护原理的改善以及新原理的应用提供了良好硬件支持。此外,微机型保护易于实现较完善的硬件自检和软件自检功能,有助于提高其抗干扰能力和运行的稳定性。随着计算机技术、网络通讯技术的飞速发展,微机保护的智能化水平不断提高,故障录波、事件记录、故障测距以及数据通讯等辅助功能也得以在保护中实现,这极大地简化了保护的运行维护管理,同时也为事故分析和事故后的处理提供了极大方便。由于微机型保护装置具有的巨大优越性和潜力,因而已取代传统的模拟式保护,成为继电保护的主流形式17。1.3 输电线路微机保护的发展趋势微机继电
16、保护是一门综合性学科,并随着相关学科领域的不断进步而发展。新的保护原理将被不断地应用到计算机继电保护中,特别是故障暂态信息的挖掘和应用,人工智能技术和网络信息技术的应用受到了广泛的关注,并呈现出良好的应用前景。(1) 故障暂态信息的应用继电保护的任务就是检测故障信息、识别故障信号,并由此决定保护的动作行为。因此,故障信息的识别、处理和利用是继电保护技术发展的基础,不断发掘和利用故障信息对继电保护的进一步发展有着十分重要的意义20。基于故障分量的继电保护原理的研究和应用在继电保护技术的发展历程中一直占用重要地位。在模拟式保护中,以故障分量为基础的零序电流保护、负序电流保护以及差动电流保护得到了广
17、泛使用,并取得了良好的运行效果。在微机保护中,由于计算机具有的数据计算和存储能力,使得故障分量的获取更为方便,从而极大地推动了基于故障分量的保护新原理的发展。电网发生故障后,故障分量可以分解为故障暂态分量和故障稳态分量两部分。迄今,实用化的故障分量保护主要是利用故障稳态分量构成,而故障暂态分量一般作为噪声信号加以滤除。这种处理方式,虽然原理相对简单,实现技术难度低,但故障稳态分量的提取需要一定时间,限制了保护动作速度的提高。此外,故障暂态信号所包含的故障特征信息未能得到有效利用,也妨碍了保护性能的进一步改善。随着电力系统的不断发展,输电线路传输容量的不断扩大,对电力系统的安全稳定运行提出了更高
18、要求。快速保护作为提高电力系统稳定性的重要手段,其保护原理和实现技术的研究受到广泛的关注,其中,基于故障暂态分量的微机保护的研究尤其受到重视。行波保护作为故障暂态量保护的一种,在上世纪七十年代末已投入现场运行212223。其后,由于技术条件的限制以及对故障暂态分量特性认识的不足,使得暂态量保护的开发和应用未取得突出进展。近年来,随着计算机技术的快速发展,特别是高速采样技术和大容量数据存储技术的成熟,制约微机暂态量保护发展的硬件瓶颈已不复存在。在此背景下,基于故障暂态分量的微机保护的研究已成为当前继电保护研究领域的重要发展方向。利用故障暂态分量构成微机保护有不同的实现原理,具有代表性的是利用输电
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