電力系統微機保護第5章-微機繼電保護的軟件課件

2023/6/9主要內容5.1微機保護軟件概述5.2

微機保護裝置的軟件配置

5.3程序流程的基本結構5.4電流保護流程圖5.1微機保護軟件概述

(1)一套完整的微機繼電保護裝置實現需要選擇合理的繼電保護原理、數字濾波和算法，設計可靠的硬件電路等等。而微機繼電保護軟件的開發(fā)過程是對繼電保護的原理、數字濾波以及算法的實現過程。

(2)不論什么原理和功能的保護，微機保護裝置的硬件原理基本相同，主要由數據采集系統、微型機主系統和開關量輸入/輸出回路組成。

(3)微機繼電保護軟件開發(fā)完成由需求分析、功能定義、軟件設計、軟件代碼編寫和測試、整機測試五個階段組成。5.2微機保護裝置的軟件配置微機保護的硬件從結構功能的角度接口軟件

其軟件相應的有保護軟件1.接口軟件接口軟件是指人機接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運行程序。5.2.1軟件設置

人機接口保護5.2微機保護裝置的軟件配置2.保護軟件保護軟件配置有主程序和中斷服務程序。（1）主程序通常都有三個基本模塊：初始化和自檢循環(huán)模塊、保護邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。（2）中斷服務程序有定時采樣中斷服務程序和串行口通信中斷服務程序。

（3）保護軟件有三種工作狀態(tài)：運行、調試和不對應狀態(tài)。5.2微機保護裝置的軟件配置3.中斷服務程序及微機保護的中斷絕大多數的工控計算機應用軟件都采用了中斷技術，微機保護裝置是實時性要求較強的工控計算機設備，更是離不開中斷的工作方式。所謂實時性就是指在限定的時間內，對外來事件能夠及時做出迅速反應的特性。保護裝置為了滿足實時性的要求，必須采用帶層次要求的中斷工作方式，在這里中斷成為保護裝置軟件的一個重要概念。總之，由于外事件是隨機產生的，凡需要CPU立即響應并及時處理的事件，必須用中斷的方式實現。5.2微機保護裝置的軟件配置一種微機保護的主程序流程如圖5-1所示。

自檢循環(huán)程序（1）主程序故障處理程序5.2.2主程序流程5.2微機保護裝置的軟件配置（2）初始化自檢就是對系統硬件進行全面自檢。通過自檢，可以迅速發(fā)現保護裝置的軟、硬件故障，發(fā)出警告信號并閉鎖保護出口。自檢的內容和方式包括：（1）RAM讀寫檢查。（2）定值檢查。（3）EPROM求和自檢。（4）輸出通道（出口跳閘回路）自檢。5.2微機保護裝置的軟件配置（1）運行狀態(tài)自檢包括保護定值監(jiān)測、開關位置監(jiān)測（線路微機保護還包含重合閘充電、通道檢查、手動合閘判別等）和交流電流、電壓回路監(jiān)測等。（2）在自檢循環(huán)程序中，如果檢測到故障啟動標志，則進入故障處理程序。（3）保護的算法計算是完成微機保護功能的核心模塊。其主要內容有：采樣數據的數字濾波、故障特征量計算、保護的動作判據計算等。5.2微機保護裝置的軟件配置（1）在自檢循環(huán)程序中，需要響應采樣中斷，執(zhí)行采樣中斷程序。5.2.3采樣中斷程序

（2）采樣中斷程序中主要進行功能模擬量采集啟動判據的計算5.3程序流程的基本結構在微機保護中，定時中斷通常是最主要的中斷方式，下面僅以定時中斷服務程序為例，介紹三種典型的流程機構。1.

順序結構在圖5-3（a）所示的一次中斷服務流程中，將功能1，2，…，完全按順序執(zhí)行一遍。當微型機的運行速度較快，在結合DSP技術后，完全可以采取順序結構的方法來實現繼電保護的功能。

5.3程序流程的基本結構采用圖5-3（b）所示的分時切換的方法，每一次的中斷流程只執(zhí)行1，2，…，功能模塊中的一個功能。這種方法的采樣間隔時間小于順序結構的采樣間隔。如圖6-3（b）3混合結構圖5-3（c）所示的混合結構方法介于順序結構和切換結構之間，突出了1功能的實時執(zhí)行，而2，…的個功能采用分時切換執(zhí)行的方法。僅就中斷流程的執(zhí)行時間來說，具體的采樣間

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切換結構5.3程序流程的基本結構（1）順序法

（2）切換法

（3）混合法

5.4電流保護流程圖1.系統主程序流程在微機電流保護中，一種電流保護的流程如圖5-4所示。圖中只畫出了系統主程序流程和定時中斷服務流程。5.4.1電流保護流程（1）初始化過程從圖5-4（a）可見，該模塊主要完成如下工作：

其次，是讀取所有開關量輸入的狀態(tài)。

還有，要對裝置的軟硬件進行一次全面的自檢。首先，對硬件電路所設計的可編程并行接。5.4電流保護流程圖5.4電流保護流程圖（2）主程序的其它過程

初始化和全面自檢開放中斷數據采集系統投入

注意：只要微機保護不退出工作、裝置無異常狀況，就要不斷地發(fā)出采樣脈沖，實時地監(jiān)視和獲取電力系統的采樣信號。（3）主程序與中斷服務程序的關系在開中斷后，微型機實際上是交替地執(zhí)行系統主程序和中斷服務程序的，兩個程序流程的時序關系如圖5-5所示。5.4電流保護流程圖2.中斷服務流程

中斷服務程序流程示于圖5-4（b）。為了使流程和邏輯更清晰，圖中只畫了電流元件和時間元件的工作流程。這是電流保護功能的主體，主要包括以下功能：5.4電流保護流程圖（1）將各模擬輸入量的信號轉換成數字量的采樣值，然后存入RAM區(qū)的循環(huán)寄存器中。（2）時鐘計時功能。（3）計算保護功能中用到的測量值。（4）測量電流與Ｉ段電流定值進行比較如果測量電流大于Ｉ段定值，則立即控制出口回路，發(fā)出跳閘命令和動作信號，同時保存Ｉ段動作信息，用于記錄、顯示、查詢和上傳。（5）在電流Ｉ段的功能之后，執(zhí)行電流II段的功能。

（6）電流III段的功能、邏輯和比較過程均與電流II段相似，注意考慮了第三相電流的合成。（7）當I、II、III段的電流測量元件都不動作時，再控制出口回路，使出口繼電器處于都不動作狀態(tài)，達到收回跳閘命令的目的。5.4電流保護流程圖5.4.1軟件實現方向元件

在雙電源供電的系統中，為了提高供電的可靠性，保證繼電保護的選擇性通常需要配置方向元件，用以區(qū)分短路的方向。當保護功能需要采用方向元件時，只要在圖5-4的流程中，考慮方向元件的判斷就可以實現相應的邏輯。

按接線方式的要求，計算出進行方向比較的兩個電氣量的相量和。5.4電流保護流程圖在微機中，相量和的實部、虛部均為數字量，所以，通過式（5-1）的幅值比較方程就可以構成靈敏角為的方向元件，其動作特性如圖5-6所示，動作區(qū)域為。（5-1）1.方程比較方法5.4電流保護流程圖當希望方向元件的動作特性如圖5-7所示時，幅值比較動作方程只要改為：（5-2）2.虛擬阻抗方法利用相量和，求出阻抗,如果取為動作條件，那么就可以構成靈敏角為的方向元件，其動作特性如圖5-8所示。動作區(qū)域為。

5.4電流保護流程圖對于低電壓電網的方向元件，常用的接線方式是接線。利用與接線方式對應的和求阻抗時，計算值不一定就是短路阻抗（與短路類型有關），因此，將這種方向元件構成的方法稱之為虛擬阻抗法。5.4電流保護流程圖

利用微型機的優(yōu)勢和故障的特點，在相同模擬量輸入的情況下，考慮電流保護整定值隨故障類型的不同而自動調整，從而有效地提高電流保護的靈敏度。5.4.2提高電流保護靈敏度的方法如果將衰減非周期分量和諧波分量的影響用濾波的方法予以消除，那么，對于只引入A、C相電流的不完全星形接線，從A、C兩相電流來看，三相短路和兩相短路有如下特征：5.4電流保護流程圖(1)三相短路時，三相電流是對稱的。于是，由引入的A、C兩相電流可得(5-3)

其中，為計算得到的第三相電流。如果取

和，那么，三相短路時，在理論上有。(2)兩相短路時，兩個故障相的故障電流分量大小相等、方向相反，非故障相的故障電流分量等于0。

5.4電流保護流程圖于是，在各種相別的兩相短路情況下，測量的故障電流和計算電流具有如表5-1所示特征。顯然，在三相的測量和計算電流中，有和。故障相別測量電流計算電流000表5-1各相間短路的故障電流分量5.4電流保護流程圖于是，綜合上述（1）和（2）得分析后，可以得到鑒別同一電壓等級上。發(fā)生兩相短路的一種故障分量判別方法為：（3）由故障分析可知，當下一設備分接線

的降壓變壓器時，若低壓側發(fā)生兩相短路，則三相的測量和計算電流中，有：。實際上，這種短路情況下，電流保護的靈敏度已經得到提高，所以，本方案不考慮這種短路情況。(5-4)

式中，K為大于2的比例系數，避開第（3）種情況的影響。實際應用中，考慮到互感器的傳變誤差、測量和計算誤差，并考慮一定的裕度，可以取K值為4~5。5.4電流保護流程圖于是，當時，判定為兩相短路；當時，判定為三相短路。在相同運行方式下，同一地點分別發(fā)生三相和兩相短路時，二者的短路電流關系為：。于是，可以構成圖5-10的流程，提高了電流保護的靈敏度。圖中只畫出了電流速斷邏輯的流程示意圖。圖5-10中是按照最大運行方式和三相短路情況下，計算出來的電流速斷整定值，此時，靈敏度只要按照最小運行方式下三相短路來校驗。下面，分析靈敏度得到提高的程度。5.4電流保護流程圖傳統電流速斷的最小保護范圍為

(5-5)

5.4電流保護流程圖采用區(qū)分故障類型、自動調整電流定值的方法后，電流速斷的最小保護范圍為式中：為電流速斷保護的最小保護范圍；為線路單位長度的正序阻抗；為電流速斷保護的可靠系數，一般取為1.2~1.3；為線路線路全長（km）；為歸算到保護安裝處的系統等值阻抗最小值；為歸算到保護安裝處的系統等值阻抗最大值；(5-6)

于是，電流速斷的靈敏度得到提高的百