輸電線路電壓/電流的計算機(jī)保護(hù)設(shè)計與實現(xiàn)

嚴(yán)曉龍,文涇濤

摘 要:輸電線路電流保護(hù)和電壓保護(hù)分別作為電力系統(tǒng)保護(hù)原理和手段之一,是十分重要的保護(hù)類型。該設(shè)計分別對電力線路的過壓、欠壓以及過流進(jìn)行實時的監(jiān)測與控制。同時采用相間短路的電流/電壓保護(hù)和接地短路的零序電流/電壓保護(hù)。這里利用計算機(jī)的高速處理能力性能,達(dá)到了對輸電線路進(jìn)行復(fù)雜多方式監(jiān)測,復(fù)雜多方式控制與保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞:輸電線路;計算機(jī);繼電保護(hù);電流保護(hù);電壓保護(hù)

中圖分類號:TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)20-203-02

Computer Protection Scheme for Voltage and Current of Electric Power Circuit

YAN Xiaolong,WEN Jingtao

(Inventec Besta(Xi′an) Co.Ltd.,Xi′an,710075,China)

Abstract:Curren protection and voltage protection in transmission line as one method and principle of electric power system,they are very important protection.The overvoltage,undervoltage and overcurrent of transmission line are controlled and monitored in real-time by the design.At the same time,the current and voltage protection of phase-to-phase short circuit,and zero sequence current/voltage protection of ground short circuit are both adopted.Using high processing of computers,the complex multi-mode monitoring,control and protection for transmission line are realized.

Keywords:transmission line;computer;relay protection;current protection;voltage protection

0 引 言

輸電線路保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)自動化的重要組成部分。輸電線路保護(hù)裝置的任務(wù)是能夠在被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作時,發(fā)出跳閘脈沖或警告信號。

計算機(jī)繼電保護(hù)有著以下的優(yōu)點:程序可以實現(xiàn)自適應(yīng)性,可依系統(tǒng)運行狀態(tài)而自動改變整定值和特性;有可存取的存儲器;在現(xiàn)場可靈活的改變繼電器特性;用數(shù)學(xué)方程方法較之用繼電器組件特性方法可以使保護(hù)性能得到更大的改進(jìn);有自檢能力;有利于事故后的分析;可與計算機(jī)交換信息;對現(xiàn)有的硬件可增加其功能;可在低功率傳變機(jī)構(gòu)中工作。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

輸電線路保護(hù)一般由測量回路、邏輯回路、執(zhí)行回路三部分組成,如圖1所示。

圖1 輸電線路保護(hù)的方框圖通常一個微機(jī)測控系統(tǒng)應(yīng)具有三個組成部分,它們分別是輸入信道,輸出信道和主計算機(jī)。輸入通道是對被測信號進(jìn)行數(shù)字采集的電路;主計算機(jī)部分是對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理和對輸入/輸出信息進(jìn)行控制管理的部分;輸出通道包括輸出信號的電路和顯示裝置。

計算機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成如圖2所示。

考慮到測控系統(tǒng)的可靠性和實時性,該設(shè)計采用相間短路的電流/電壓保護(hù)和接地短路的零序電流/電壓保護(hù)。其中相間短路的電壓/電流保護(hù)又包含無時限電流速斷保護(hù)、帶時限電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、電壓/電流連鎖速斷保護(hù)和三段式電流保護(hù)四部分;而接地短路的零序電壓/電流保護(hù)又包含多段式零序電流保護(hù)。

同時,為了提高測控系統(tǒng)本身的可靠性,采用最簡單、有效、普遍的方法:增加系統(tǒng)自動檢測功能。

圖2 計算機(jī)保護(hù)的總框圖

2 輸入通道設(shè)計

輸入通道主要包括互感器、信號變換電路多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器以及鍵盤輸入部分。如圖3所示。

圖3 多路分時采集單端輸入結(jié)構(gòu)

考慮到需要測量的物理量均為電壓、電流正弦信號,故采用12點定點采樣的方法,從而大大簡化了算法,降低了系統(tǒng)的運算負(fù)擔(dān),達(dá)到提高系統(tǒng)的效率的目的。

3 輸出通道設(shè)計

輸出通道包含控制信號輸出電路和顯示器接口電路。該設(shè)計的顯示信號和控制信號通過總線共享一個鎖存器輸出,利用一個片選信號選中LED顯示或驅(qū)動相應(yīng)的繼電器動作。

3.1 顯示器接口電路

使用一組LED顯示器顯示測試結(jié)果以及運行狀態(tài),顯示方法使用動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是逐位地輪流點亮顯示器各個位。對于顯示器的每一位來說,是分時顯示的,但由于人眼視覺的暫留現(xiàn)象,仍感覺所有的位是同時顯示的。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少,價格便宜。

3.2 控制信號輸出電路

監(jiān)測程序一旦發(fā)現(xiàn)故障或非正常運行,就要發(fā)出故障信號,同時控制驅(qū)動相應(yīng)的繼電器動作,達(dá)到切除故障的目的。

4 程序設(shè)計

4.1 A/D轉(zhuǎn)換部分

轉(zhuǎn)換一個模擬信號的程序流程如圖4所示。

4.2 鍵盤輸入部分

鍵盤分析程序包括:是否有鍵按下以及識別哪個鍵按下。一旦找到某鍵,是否按下此鍵,如按下此鍵,去抖動,再將程序轉(zhuǎn)到該鍵的功能程序段。小鍵盤通過擴(kuò)展I/O口接入CPU的鍵分析程序流程圖如圖5所示。

4.3 顯示程序部分

LED顯示程序流程圖如圖6所示。

圖4 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖

圖5 鍵分析程序流程圖

圖6 顯示程序流程圖

4.4 控制程序部分

繼電器控制程序使用標(biāo)準(zhǔn)的繼電器控制流程。

5 致 謝

在該設(shè)計過程中,自始至終得到了西北工業(yè)大學(xué)姬勞老師以及西北工業(yè)大學(xué)謝栓勤老師的幫助和指導(dǎo),特致謝忱。

參考文獻(xiàn)

[1]陳德樹.計算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1992.

[2]許建安.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].北京:水利電力出版社,2008.

[3]高華.新型繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].電力自動化設(shè)備,2000,20(5):50-53.

[4]甘忠,董新洲,薄志謙.輸電線路自適應(yīng)無通道保護(hù)(一)構(gòu)成方案與仿真試驗[J].電力系統(tǒng)自動化,2002,26(7):33-37.

[5]葛耀中,吳雪峰.微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)的研究和開發(fā)[J].電力系統(tǒng)自動化,1999,23(3):19-23.

[6]李頌倫.電氣測試技術(shù)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1992.

[7]史新福,馮萍.32位微型計算機(jī)原理、接口技術(shù)及其應(yīng)用[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[8]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.

[9]李嘉,李世作.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法研究[A].04′中國企業(yè)自動化和信息化建設(shè)論壇暨中南六省區(qū)自動化學(xué)會學(xué)術(shù)年會專輯[C].2004.

[10]劉然,包蘭宇,景志華.電力專業(yè)英語[M].北京:中國電力出版社,2004.

[11]Mahseredjian J,Alvarado F.Creating an Electromagnetic Transients Program in Matlab[J].IEEE Trans.on Power Delivery,1997,12:380-388.

[12]Dennis R Morgan,Samuel E Crafg,Gordon H Danlielson.Adaptive Interference Cancellation for Power Line Carrier Communication Systems[J].IEEE Trans.on Power Deli-very,2000,6(4).