輸電線路電流微機(jī)保護(hù)實驗報告

1、.實驗報告姓名：班級：學(xué)號:實驗二 輸電線路電流微機(jī)保護(hù)實驗、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)中微機(jī)型電流、電壓保護(hù)時間、電流、電壓整定值的調(diào)整方 法。2了解電磁式保護(hù)與微機(jī)型保護(hù)的區(qū)別。二、基本原理1.試驗臺一次系統(tǒng)原理圖試驗臺一次系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。2.電流電壓保護(hù)基本原理1）三段式電流保護(hù)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時，電源與故障點之間的電流會增大。根據(jù)這個特點可以構(gòu) 成電流保護(hù)。電流保護(hù)分無時限電流速斷保護(hù)（簡稱I段）、帶時限速斷保護(hù)（簡 稱II段）和過電流保護(hù)（簡稱III段）。下面分別討論它們的作用原理和整定計 算方法。（1）無時限電流速斷保護(hù)（I段）單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護(hù)的作用原理可用圖

2、3-2來說明。短路電流的大小Ik和短路點至電源間的總電阻 R及短路類型有關(guān)。三相短路和兩相短 路時，短路電流Ik與R的關(guān)系可分別表示如下：I（3） EgEgI kRRsRolIk(2)邑2RsR0IEsEs式中，Es電源的等值計算相電勢；Rs歸算到保護(hù)安裝處網(wǎng)絡(luò)電壓的系 統(tǒng)等值電阻；R0線路單位長度的正序電阻；I 短路點至保護(hù)安裝處的 距離。由上兩式可以看到，短路點距電源愈遠(yuǎn)（I愈長）短路電流Lk愈小；系統(tǒng)運行 方式小（Rs愈大的運行方式）Ik亦小。Ik與I的關(guān)系曲線如圖3-2曲線1和2所示。 曲線1為最大運行方式（Rs最小的運行方式）下的Ik = f（l）曲線，曲線2為最小運行方 式（Rs最

3、大的運行方式）下的Ik = f（l）曲線。100%。但是KA2能夠瞬時k2點短路時，線路AB和BC上均裝有僅反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流速斷保護(hù)，則當(dāng) 線路AB上發(fā)生故障時，希望保護(hù)KA2能瞬時動作，而當(dāng)線路BC上故障時，希 望保護(hù)KA1能瞬時動作，它們的保護(hù)范圍最好能達(dá)到本路線全長的 這種愿望是否能實現(xiàn)，需要作具體分析。以保護(hù)KA2為例，當(dāng)本線路末端k1點短路時，希望速斷保護(hù) 動作切除故障，而當(dāng)相鄰線路 BC的始端（習(xí)慣上又稱為出口處） 按照選擇性的要求，速斷保護(hù) KA2就不應(yīng)該動作，因為該處的故障應(yīng)由速斷保 護(hù)KA1動作切除。但是實際上，k1和k2點短點時，從保護(hù)KA2安裝處所流過短 路電

4、流的數(shù)值幾乎是一樣的，因此，希望 k1點短路時速斷保護(hù)KA2能動作，而 k2點短點時又不動作的要求就不可能同時得到滿足。AKA2卜KA1C一I > 1I >丁Jk1k2II minI max»I k B max*-|I op式中，QeiO圖3-2單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護(hù)的計算圖為了獲得選擇性，保護(hù)裝置KA2的動作電流IoP2必須大于被保護(hù)線路AB外 部（k2點）短路時的最大短路電流Ik max。實際上k2點與母線B之間的阻抗非常 小，因此，可以認(rèn)為母線 B上短路時的最大短路電流Ik B max=Ik max。根據(jù)這個條 件得到：Io P2 KellkBmax可靠系

5、數(shù)，考慮到整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等，可取為1.21.3?？梢詷?gòu)成無時限的速動保。它完全依靠提高整定值3-2上可用直線3來表示。由于無時限電流速斷保護(hù)不反應(yīng)外部短路，因此， 護(hù)（沒有時間元件，保護(hù)僅以本身固有動作時間動作） 來獲得選擇性。由于動作電流整定后是不變的，在圖直線3與曲線1和2分別有一個交點。在曲線交點至保護(hù)裝置安裝處的一段線路 上短路時，lk>lo p2保護(hù)動作。在交點以后的線路上短路時，Ik< Iop2保護(hù)不會動作。 因此，無時限電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長的范圍。如圖3-2所示，它的最大保護(hù)范圍是Imax,最小保護(hù)范圍是Imin。保護(hù)范圍也可以用

6、解析法求得。無時限電流速斷保護(hù)的靈敏度用保護(hù)范圍來表示，規(guī)程規(guī)定，其最小保護(hù)范 圍一般不應(yīng)小于被保護(hù)線路全長的15%20%。實驗時可調(diào)節(jié)滑線電阻，找尋保 護(hù)范圍。并且保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化影 速斷保護(hù)就可能沒有保護(hù)范圍，因而不能圖中：1 I k=f ( l)關(guān)系；2 I opA 線；3 I opA 線；4 I opB 線電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛應(yīng)用。它 的缺點是不可能保護(hù)線路AB的全長， 響很大，當(dāng)被保護(hù)線路的長度較短時， 采用。II BC一八3C由于無時限電流速斷不能保護(hù)全長線路， 即有相當(dāng)長的非保護(hù)區(qū)，在非保護(hù) 區(qū)短路時，如不采取措施，故障便不能切

7、除，這是不允許的。為此必須加裝帶時 限電流速斷保護(hù)，以便在這種情況下用它切除故障。（2）帶時限電流速斷保護(hù)（II段）對這個新設(shè)保護(hù)的要求，首先應(yīng)在任何故障情況下都能保護(hù)本線路的全長范 圍，并具有足夠的靈敏性。其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動 作時限。正是由于它能以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為帶時限速斷保護(hù)。帶時限電流速斷保護(hù)的原理可用圖3-3來說明。由于要求帶時限電流速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路 AB的全長，因此，它的保護(hù) 范圍必須伸到下一線路中去。例如，為了使線路AB上的帶時限電流速斷保護(hù) A 獲得選擇性，它必須和下一線路BC上的無時限電流速斷保護(hù) B配合。為此，

8、帶 時限電流速斷保護(hù)A的動作電流必須大于無時限電流速斷保護(hù) B的動作電流。若帶時限電流速斷保護(hù) A的動作電流用iOPa表示，無時限電流速斷保護(hù) B的動 作電流用I爲(wèi)表示，則(3-1)| 11 K 11 11式中，K；e,I opArel opB可靠系數(shù)，因不需考慮非周期分量的影響，可取為1.11.2。保護(hù)的動作時限應(yīng)比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個時間階段，此時間階段以t表示。即保護(hù)的動作時間tA t （ t 一般取為0.5s）。帶時限電流速斷保護(hù)A的保護(hù)范圍為lA （見圖3-3）。它的靈敏度按最不利 情況（即最小短路電流情況）進(jìn)行檢驗。即(3-2)K11 | /| 11n I k min 八

9、opA式中，Ik min在最小運行方式下，在被保護(hù)線路末端兩相金屬短路的最小短路電流。規(guī)程規(guī)定KS：應(yīng)不小于1.31.5。Ksk必須大于1.3的原因是考慮到 短路電流的計算值可能小于實際值、電流互感器的誤差等。由此可見，當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷保護(hù)以后，它們的聯(lián)系 工作就可以保證全線路范圍內(nèi)的故障都能夠在0.5s的時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能夠滿足速動性的要求。具有這種性能的保護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。帶時限電流速斷保護(hù)能作為無時限電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)（簡稱近后備），即故障時，若無時限電流速斷保護(hù)拒動，它可動作切除故障。但當(dāng)下一段線路故 障而該段線路保護(hù)或斷路器拒動時，帶時限

10、電流速斷保護(hù)不一定會動作， 故障不 一定能消除。所以，它不起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。為解決遠(yuǎn)后備的問題，還必須加 裝過電流保護(hù)。（3）定時限過電流保護(hù)（III段）過電保護(hù)通常是指其啟動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝 置。它在正常運行時不應(yīng)該啟動， 而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)電流的增大而 動作。在一般情況下，它不僅能夠保護(hù)本線路的全長范圍， 而且也能保護(hù)相鄰線 路的全長范圍，以起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。為保證在正常運行情況下過電流保護(hù)不動作，它的動作電流應(yīng)躲過線路上可 能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流Il max，因而確定動作電流時，必須考慮兩種情況：其一，必須考慮在外部故障切除后，保護(hù)裝置能夠返回。例

11、如在圖 3-4所示 的接線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)k1點短路時，短路電流將通過保護(hù)裝置 5、4、3，這些保護(hù)裝 置都要啟動，但是按照選擇性的要求，保護(hù)裝置 3動作切除故障后，保護(hù)裝置4 和5由于電流已經(jīng)減小應(yīng)立即返回原位。其二，必須考慮當(dāng)外部故障切除后，電動機(jī)自啟動電流大于它的正常工作電流時，保護(hù)裝置不應(yīng)動作。例如在圖3-4中，k1點短路時，變電所B母線電壓降低，其所接負(fù)荷的電動機(jī)被制動，在故障由3QF保護(hù)切除后，B母線電壓迅速恢復(fù)，電動機(jī)自啟動，這時電動機(jī)自啟動電流大于它的正常工作電流，在這種情況下，也不應(yīng)使保護(hù)裝置動作。(3-3)(3-4)式中,K rel可靠系數(shù)，考慮繼電器整定誤差和負(fù)荷電流計算不準(zhǔn)確

12、等圖3-4 選擇過電流保護(hù)啟動值及動作時間的說明考慮第二種情況時，定時限過電流保護(hù)的整定值應(yīng)滿足:1111K |I opf SS I L max式中，Kss電動機(jī)的自啟動系數(shù)，它表示自啟動時的最大負(fù)荷電流與正常 運行的最大負(fù)荷電流之比。當(dāng)無電動機(jī)時 Kss=1，有電動機(jī)時Kss> 1?？紤]第一種情況，保護(hù)裝置在最大負(fù)荷時能返回，則定時限過電流保護(hù)的返 回值應(yīng)滿足1 re KssIL max考慮到Ire lOP，將式（3-3）它改寫為1 reKrelKssI L max因素，取為考慮到1.1 1.2。Kre=|re/|o p,所以(3-5)川 丄(«川K I )I op d re

13、l d ss I L max /K reto為了保證選擇性，過電流保護(hù)的動作時間必須按階梯原則選擇（如圖3-5） o兩個相鄰保護(hù)裝置的動作時間應(yīng)相差一個時限階段過電流保護(hù)靈敏系數(shù)仍米用式（3-2）進(jìn)行檢驗，但應(yīng)米用I op代入，當(dāng)過電Ksen 1.2。流保護(hù)作為本線路的后備保護(hù)時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時 的電流進(jìn)行校驗，要求Ksen 1.31.5 ；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時，則應(yīng)采用 最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，此時要求定時限過電流保護(hù)的原理圖與帶時限過電流保護(hù)的原理圖相同，只是整定的時間不同而已。圖3-5過電流保護(hù)動作時間選擇的示意圖1.2Ao無時

14、限電流速斷保 K" =1.1,過電流保護(hù)可靠KzC=1.0o3. 保護(hù)的整定值計算圖3-1中若取電源線電壓為100V （實際為變壓器副方輸出線電壓為100V）， 系統(tǒng)阻抗分別為Xs.maX=2Q、Xs.N=4Q、Xsmin=5Q，線路段的阻抗為10Q。線路 中串有一個2Q的限流電阻，設(shè)線路段最大負(fù)荷電流為 護(hù)可靠系數(shù)KI =1.25,帶時限電流速斷保護(hù)可靠系數(shù)為 系數(shù)K"=1.15，繼電器返回系數(shù)Kre=0.85，自啟動系數(shù)根據(jù)上述給定條件：(1)IPuK1I (3)I 末 max1.2510012 2 105.16IPUI (3)I 末 min11.21007312 5

15、102.78IPU(K111Kre)I max15 1.00.85)1.21.62理論計算線路段電流保護(hù)各段的整定值計算：II''tp u=0.5tPIU=i4. 微機(jī)保護(hù)的原理（一）微機(jī)保護(hù)的硬件微型機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的硬件一般包括以下三大部分。（1）模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）。包括電壓的形成，模擬濾波， 多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D ）等功能塊,完成將模擬輸入量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn) 換為所需要的數(shù)字量的任務(wù)。（2）CPU主系統(tǒng)。包括微處理器（80C196KC），只讀存儲器（EPROM ）， 隨機(jī)存取存儲器（RAM ）以及定時器等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序， 對由數(shù)據(jù)

16、采集系統(tǒng)輸入至 RAM的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù) 的功能。以完成各種保護(hù)的出口跳閘，信號報（3）開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)。由若干并行接口適配器（PIO）， 光電隔離器件及有觸點的中間繼電器組成， 警，外部接點輸入及人機(jī)對話等功能。微機(jī)保護(hù)的典型結(jié)構(gòu)圖5-1所示。PJ|交流接口彳電壓形模擬濾波C冷交流接口十|電壓形成円模擬濾波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)!80C196 KC! ERROME2PROM RMA多 路 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān)EPU 系統(tǒng)'8255 PIO H 光電隔離円出口 I!<=>! I I/O IM 顯示器/鍵盤Ii 輸入輸出系統(tǒng)圖5-1微機(jī)保護(hù)典型硬件結(jié)構(gòu)

17、圖（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器或其他 變換器上獲取的有關(guān)信息，但這些互感器的二次數(shù)值、輸出范圍對典型的微機(jī)電 路卻不適用，故需要變換處理。在微機(jī)保護(hù)中通常要求模擬輸入的交流信號為 芳V電壓信號，因此一般采用中間變換器來實現(xiàn)變換。 交流電流的變換一般采用 電流中間變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需要的電壓的方式。對微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，在故障初瞬電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量 （例如2KHZ以上），而目前大多數(shù)的微機(jī)保護(hù)原理都是反映工頻量的，為此可 以在采樣前用一個低通模擬濾波器（ALF ）將高頻分量濾掉。對于反映兩個量以上的繼電器保護(hù)裝置都要求

18、對各個模擬量同時采樣，以準(zhǔn)確的獲得各個量之間的相位關(guān)系，因而對每個模擬量設(shè)置一套電壓形成。 但由于 模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格昂貴，通常不是每個模擬量通道設(shè)一個 A/D，而是公用一個，中 間經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）切換輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微機(jī)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器或稱ADC ）。由于計算機(jī)只能對數(shù)字量進(jìn)行運算，而電 力系統(tǒng)中的電流。電壓信號均為模擬量，因此必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬 量變?yōu)殡x散的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以認(rèn)為是一編碼電路。它將輸入的模擬量 UA相當(dāng)于模擬參考量UR經(jīng)一編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（三）輸入輸出回路（1）開關(guān)量輸出回路開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘以 及本地和中央

19、信號等。一般都采用并行的 輸出口來控制有觸點繼電器（干簧或密封 小中間繼電器）的方法，但為了提高抗干 擾能力，也經(jīng)過一級光電隔離，如圖 5-2 所示。（2）定值輸入回路對于某些保護(hù)裝置，如果需要整定的項目很有限，D輸出。-E圖5-2裝置開關(guān)量輸出回路接線圖則可以在裝置面板上設(shè)置 定值插銷或撥輪開關(guān)，將整定值的數(shù)碼的每一位象接點那樣輸入。對于比較復(fù)雜的保護(hù)裝置，如果需要整定的項目很多時，可以將定值由面板上的鍵盤輸入， 并 在裝置內(nèi)設(shè)置固化電路，將輸入定值固化在E2PROM中。本裝置采用鍵盤輸入方式設(shè)置定值，整定方法詳見附錄二中的有關(guān)使用說明。（四）CPU系統(tǒng)選擇什么級別的CPU才能滿足微機(jī)保護(hù)的

20、需求，關(guān)鍵的問題是速度。也就 是說，CPU能否在兩個相鄰采樣間隔內(nèi)完成必須完成的工作。本微機(jī)保護(hù)采用 美國INTEL公司高檔16位微處理器80C 196KC作為中央處理器。在80C 196KC 的內(nèi)部集成了 8路10位單極性A/D、6通道高速輸出（HSO）和2通道高速輸 入（HIS）、4通道16位定時器、全雙工串行通訊接口、多路并行I/O 口、512字節(jié)片內(nèi)寄存器等，集成度高、功能強(qiáng)大，極其利于構(gòu)成各種高性能控制器。（五）微機(jī)保護(hù)的軟件在DJZ-m實驗保護(hù)臺中，微機(jī)保護(hù)裝有無時限速斷電流保護(hù)，帶時限電流 速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)以及電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)。在DJZ- m變壓器微機(jī)試驗臺中，裝有

21、變壓器差動保護(hù)和變壓器速切保護(hù)兩種。保護(hù)的軟件是根據(jù)常規(guī)保護(hù)的原理，結(jié)合微機(jī)計算機(jī)的特點來設(shè)計的，具有 以下幾個功能：（1）正常運行時，裝置可以測量電流（電壓），起到類似電流、電壓表的作用，同時還起到監(jiān)視裝置是否正常工作的作用。(2) 被保護(hù)元件(變壓器及線路)故障時，它能正確地區(qū)分保護(hù)區(qū)內(nèi)、外 故障，并能有效地躲開勵磁涌流的影響。(3) 它具有較完善的自檢功能，對裝置本身的元件損壞及時發(fā)出信號。5-3所示。(4) 有軟件自恢復(fù)的功能。 電流電壓保護(hù)軟件基本框圖如圖I段保護(hù)投入?II段保護(hù)模塊初始化初Y有鍵入信號?m段保護(hù)模塊1讀鍵盤信息讀鍵盤信息 I圖5-3 DJZ-III試驗臺微機(jī)保護(hù)裝置

22、電流電壓保護(hù)軟件流程圖三、實驗內(nèi)容1.三段式電流微機(jī)保護(hù)實驗(1) DJZ-III試驗臺的常規(guī)繼電器和微機(jī)保護(hù)裝置都沒有接入電流互感器 TA 回路，在實驗之前應(yīng)該接好線才能進(jìn)行試驗，實驗用一次系統(tǒng)圖參閱圖3-1,實 驗原理接線圖如圖5-4所示。按原理圖完成接線，同時將變壓器原方 CT的二次 側(cè)短接。(2)(2) 兩相上。(4)段退出，低壓閉鎖和使用重合相繼電器的狀態(tài)均改為此時A相、B相、C相負(fù)載燈全亮。因用微機(jī)保護(hù)，則需將LP1接通(微機(jī)出口連接片投入)。任意選擇兩相短路，如果選擇AB相，合上AB相短路模擬開關(guān)。合上故障模擬斷路器3KM，模擬系統(tǒng)發(fā)生兩相短路故障，此時負(fù)荷燈OFF。圖滬4微機(jī)電

23、流電壓保護(hù)實驗原理接線圖將模擬線路電阻滑動頭移動到 0 Q處。運行方式選擇，置為“最小”處。將交流電壓表接到PT測量孔的任意1KM、合上三相電源開關(guān)，直流電源開關(guān)，變壓器兩側(cè)的模擬斷路器2KM，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使交流電壓表指示從 0V慢慢升到50V。(5) 合上微機(jī)裝置電源開關(guān)，將無時限電流速斷保護(hù)(I段)動作電流整定 為2.58A，動作時間整定為0.05s；帶時限電流速斷保護(hù)(II段)動作電流整定 為1.39A，動作時間整定為0.5s;定時限過電流保護(hù)(III段)動作電流整定為 0.81A，動作時間整定為1s。同時將微機(jī)保護(hù)的I段(速斷)投入，將微機(jī)保護(hù) 的 II 、 III(6)(7)(8

24、)(9) 部分熄滅。短路電流大于速斷(I段)保護(hù)整定值，故應(yīng)由I段保護(hù)動作跳開模 擬斷路器，從而實現(xiàn)保護(hù)功能。將動作情況和故障時 電流測量幅值記錄于表5-1表5-1電流速斷保護(hù)靈敏度檢查實驗數(shù)據(jù)記錄表短路阻抗/ Q012345678最 大 運 行 方 式AB相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A5.244.463.643.172.8BC相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A5.084.323.563.102.74CA相短路I段動作情況VVVVVX短路電流/A0.460.490.520.460.48012345678正 常 運 行 方 式AB相短路I段動作情況VVVX短路電流/A3.503.072.70BC相短路I段動作情況VVVX短路電流/A3.422.992.62CA相短路I段動作情況VVVX短路電流/A0.460.470.43012345678最 小 運 行 方 式AB相短路I段動作情況VX短路電流/A2.61BC相短路I段動作情況VX短路電