緒論一、微機繼電保護裝置的特點1．維護調(diào)試便利牢靠性高易于獲得附加功能敏捷性大二、微波保護：微波中繼通信-利用微波實現(xiàn)信息交換行波保護：應(yīng)用與故障測距爭論熱點：自適應(yīng)保護，暫態(tài)量保護，廣域信息保護，智能式繼電保護，參數(shù)識別原理繼電保護微機保護進展：從原件到線路從高壓到低壓單cpu——多cpu硬件構(gòu)造-高性能德16位單片機構(gòu)成——32位psp+cpu智能變電站：格外規(guī)互感器，IEC61850標準，一次設(shè)備智能化，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)智能變電站體系構(gòu)造易于獲得附加功能：各局部的動作挨次記錄線路：測距微機保護與常規(guī)保護的區(qū)分通用性，工作環(huán)境中間變換器：溝通電壓信號——電壓變換器溝通電流信號——電抗變換器或電流變換器阻值放大高頻重量有穩(wěn)相微機保護的硬件原理第一章微機保護的硬件原理一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)〔或稱為模擬量輸入系統(tǒng)輸入量準確地轉(zhuǎn)換為微型機能夠識別的數(shù)字量。微型機主系統(tǒng)：執(zhí)行編制好的程序，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進展分析、處理，完成各種繼電保護的測量、規(guī)律和掌握功能。開關(guān)量〔或數(shù)字量〕輸入/輸出系統(tǒng)：完成保護的出口跳閘、信號、外部觸點輸入、人機對話及通信等功能。微處理器選擇原則:速度、功能、通用性、工作環(huán)境電壓互感器二次側(cè)額定電壓：100V電流互感器二次側(cè)額定電流：1A或5A。電抗變換器：具有阻擋直流、放大高頻重量的作用；線性范圍較大，鐵芯不易飽和，有移相作用。二、電流變換器：只要鐵芯不飽和，則二次電流及并聯(lián)電阻上的二次電壓的波形可根本保持與一次電流波形一樣，不會移相。在非周期重量的作用下易飽和，線性度差，動態(tài)范圍0也較小。工頻f0f

50Hz N=12基頻f

1〔實際值〕f Nf采樣頻率：

s每個周期〔基頻〕采樣的點數(shù)Ns 01T采樣周期：s

fsf2f f 300hz采樣定律：s max max數(shù)據(jù)采集核心器件：模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔編碼電路〕 DUsrU RDB1*21B→二進制數(shù)

B2*22

.......Bn*2n三、模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔ADC或A/D轉(zhuǎn)換器〕區(qū)分率：A／D轉(zhuǎn)換器所能區(qū)分模擬輸入信號的最小變化量。12q U2n R量化誤差：數(shù)模轉(zhuǎn)換編碼的位數(shù)越多，即數(shù)值分得越細，所引起的量化誤差就越小〔區(qū)分率越高。精度：對應(yīng)于輸出數(shù)碼的實際模擬輸入電壓與抱負模擬輸入電壓之差。轉(zhuǎn)換時間：依據(jù)規(guī)定的精度將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出所需要的時間。量程：A／D轉(zhuǎn)換器能轉(zhuǎn)換模擬信號的電壓范圍。DACD/A〔虛短、虛斷〕IUR I I1

I I1 I I11 2R、2

2、3 4、4 8四、逐次靠近模數(shù)轉(zhuǎn)換原理U五、二分搜尋法

100 DAC第一步：

4V高電平其次步：110ACV，V低電平第三步： 101ACV 4.VV第三步： 量化誤差0.4V

101轉(zhuǎn)換時間：影響著模數(shù)轉(zhuǎn)換的最高采樣頻率。T一方面：s

n(tAD

t )tR Y另一方面：采樣間隔時間還應(yīng)考慮中斷效勞程序執(zhí)行時間。六、開關(guān)量輸入輸出回路光電耦合器：把發(fā)光器和光敏器件按適當?shù)姆绞浇M合，可實現(xiàn)以光信號為媒介的電信號變換。作用：1.傳遞模擬信號〔具備隔離變壓器的信號傳遞和隔離功能，但與隔離變壓器相比，具有體積小、耦合電容小、輸入輸出之間的絕緣電阻高、工作頻率范圍寬等優(yōu)點；具備繼電器的掌握功能〔開關(guān)器件；能較好地解決不同規(guī)律電平之間的信號傳遞和掌握。繼電器隔離：開關(guān)量輸入回路：主要用于識別運行方式、運行條件等，以便掌握程序的流程。電阻R的取值主要考慮K2閉合時，光電耦合器處于深度飽和狀態(tài)。承受2個R的目的是：防止一個電阻擊穿后引起更多器件的損壞。開關(guān)量輸出回路承受PB0、PB1PB0經(jīng)反相器，而PB1不經(jīng)反相器：防止拉合直流電源過程K的短時誤動作。B1H1：并行口帶負載力量有限，一個并行口缺乏以使光電耦合器處于深度飽和狀態(tài)；增加了抗干擾力量；增加了芯片損壞狀況下的防誤動力量。七、常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)：電磁型互感器存在問題〔1〕絕緣簡單本錢高〔2〕CT次側(cè)不允許開路，飽和時影響保護正確動作〔3〕PT磁諧振〔4〕容式電壓互感器〔cvt〕暫態(tài)特性不利于快速保護動作〔5〕不能同時滿是保護動作和測量的大范圍量程二次回路存在問題〔1〕大量二次電纜〔2〕操作性問題變電站的通信標準問題數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備，IEC61850格外規(guī)互感器：鐵芯線圈低功率電流互感器〔LPCT)〔有源〕空心線圈電流互感器e〔t〕=-dI/dt〔無源〕磁光玻璃互感器〔穩(wěn)定性缺乏〕有源型電流互感器〔供電方式：CT供電，電容分壓供電，激光供電，組合供電；無源型電流互感器合并單元〔MUIEC61850標準→開放性，可擴展智能變電站保護〔1〕采樣方式：直接采樣〔2〕跳閘方〔3〕二次回路：光纖化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，〔4〕裝置構(gòu)成：分布式〔母線。變壓器保護〕其次章數(shù)字濾波器一、數(shù)字運算主要包括數(shù)字濾波、根本特征量計算和保護動作方程的運算三項內(nèi)容。數(shù)字濾波方法的選擇，取決于電力系統(tǒng)線路或設(shè)備故障時輸入信號的形式和頻譜特征。二、超高壓長距離輸電線路的特點常常裝設(shè)串聯(lián)補償電容以縮短輸電線路的電氣距離，串補電容可以加在線路中間，也可加在線路兩端。為了削減電暈損耗，線路一般承受分裂導線，使線路分布電容大大增加。為了防止過電壓和發(fā)電機的自勵磁，長距離輸電線路往往要裝設(shè)并聯(lián)電抗器。三、電力系統(tǒng)故障頻譜連續(xù)頻譜：輸入信號為衰減直流重量，加上衰減基波重量和有限個衰減諧波重量離散頻譜〔低壓網(wǎng)絡(luò)或某些元件的慢速保護〕四、數(shù)字濾波的概念1、濾波器：對輸入信號進展某種加工處理，以到達取得信號中的有用信息而去掉無用成分的目的。作用：1.可提高輸入信號的信噪比。2.可作浪涌電壓保護，防止浪涌電壓進入通道。模擬濾波器：無源濾波器RLC構(gòu)成；有源濾波器〔算放大器等構(gòu)成〕2、數(shù)字濾波器：實際上是一段程序。實現(xiàn)：軟件；硬件〔DSP、FPGA等。數(shù)字濾波器的優(yōu)點：1.特性全都好；2.不存在由于溫度變化、元件老化等因素對濾波器特性影響的問題；3.不存在阻抗匹配的問題；4.敏捷性好；5.精度高；6.可以抑制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的各種噪聲3、數(shù)字濾波器的實質(zhì)：對采樣后的離散化序列進展肯定的數(shù)學計算,得到一組的離散化序列,到達濾波的效果。設(shè)計數(shù)字濾波器的過程就是如何設(shè)計出具體的計算公式。數(shù)字濾波器也存在過渡過程。數(shù)字濾波器的濾波效果可以通過分析h(t)的幅頻特性得到。經(jīng)濾波后原信號的幅值、相位發(fā)生了變化。五、幾個相關(guān)概念時間窗：一個數(shù)字濾波器運算時所用到的最早一個采樣值到最晚一個采樣值之間的時間跨度。數(shù)據(jù)窗：一個數(shù)字濾波器運算時所用到的最早一個采樣值到最晚一個采樣值之間的數(shù)據(jù)個數(shù)。時間窗=〔數(shù)據(jù)窗-1〕*周期濾波器的時延：是輸入信號發(fā)生躍變時刻起到濾波器獲得穩(wěn)態(tài)輸出之間的時間。反響了濾波器本身的過渡過程。計算量：用乘除法次數(shù)來表示。六、減小計算量的措施1、系數(shù)盡可能取整數(shù)或2的整數(shù)次方，可便于用移位和加減法來代替乘法；2、一樣系數(shù)盡可能多，這樣提出公因子后，先作加減后作乘法以削減乘法次數(shù)；3、將系數(shù)近似為幾個2的整數(shù)次方之和，再用移位和加減法代替乘法。七、數(shù)字濾波器的設(shè)計1、依據(jù)任務(wù)的要求，確定濾波器的性能要求。2、用一個因果穩(wěn)定的離散線性移不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)去逼近該性能要求。3、利用有限精度算法來實現(xiàn)這個系統(tǒng)函數(shù)〔包括：選擇運算構(gòu)造、選擇適宜的字長、有效數(shù)字的處理方法等。4、實際的技術(shù)實現(xiàn)。八、簡潔濾波單元及其級聯(lián)濾波1、適用于中低壓網(wǎng)絡(luò)、對速度要求較低的保護〔如：過負荷保護、過流保護或一些后備保護。N12對于二次諧波m2y(n)=x(n)+x(n3)對于三次諧波m=3y(n)=x(n)+x(n2)2、差分濾波單元〔減法濾波器〕y(n)=x(n)?x(n?k)k≥0Y(z)x(z)zkx(z) ZeSTSY(z)H(z) 1zkX(z)幅頻特性：(1cos(Tsk)2sin(Tsk)(1cos(Tsk)2sin(Tsk)Tsk22sin相頻特性：(Ts)arctan

sin(Tsk)1cos(Tsk)arctan(ctan

Tsk )

(12fkTs)2 2每基頻周期采樣次數(shù)為Nf Nfs 1

m1

m2f1Tsk2爭論Tsk2H(ejTs)2sin

mfk1 1mI

fs I

fsNIm Nfk k1

0 m 0 k減法濾波器：y(n)=x(n)+x(n3)12/3=44次諧波12/6=2 2、4、6波y(n)=x(n)+x(n12)能濾去全部次諧波，限波器特點：直流重量總能濾除；m0的整數(shù)倍的諧波都將被濾除。應(yīng)用較多的減法濾波器y(n)=x(n)-x(n-N),y(n)=x(n)-x(n-1)3、相加濾波單元〔加法濾波器〕H(z)1zkTsk2H(ejTs)2cosTsk2幅頻特性：(Ts)fkTs相頻特性

mN

(12I)m

(12I)為了濾去m次諧波： 2k 0m N0 2k特點：1、不行能濾去直流重量；2、m0給定后,滿足下式的0mmm0

(12I)4、積分濾波器特點不行能濾去直流重量；M0m次諧波均被濾除。m=m0I5、簡潔濾波單元的特點：運算簡潔，不需要乘除法。梳妝頻譜，在頻譜特性上消滅一些較大的旁瓣。旁瓣：對其它整次諧波和全部非整次諧波的濾波效果較差〔頻率泄漏。當系統(tǒng)頻率發(fā)生波動時，會消滅較大的誤差。除直流外，時延反比于m。有限沖激響應(yīng)。只有零點無極點，故無穩(wěn)定性問題。6、簡潔濾波單元的組合級聯(lián)組合：把前一個濾波單元的輸出作為后一個濾波單元的輸入。九、零、極點對系統(tǒng)頻率特性影響1、當極di點處在單位圓上時，在di所在點的頻率響應(yīng)將消滅無窮大，相當于在該頻率處消滅無耗諧振。2、當極點越出單位圓時，系統(tǒng)將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。30。4、零點可越出單位圓以外。十、零點設(shè)計法傳遞函數(shù)因子〔Ts=5/3ms〕H(z)12cos( fTk k

)Z

1Z2式中，

f Tk-要濾除的信號頻率；s-采樣間隔。第三章微機保護的算法一、算法：微機保護依據(jù)ADC供給的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進展分析、運算和推斷，以實現(xiàn)各種繼電保護功能的方法。衡量算法優(yōu)劣的標準：算法的精度和算法的速度。速度又包括兩個方面：算法所要求的采樣點數(shù)〔數(shù)據(jù)窗度算法的運算工作量。算法的運算速度和算法的精度間是相互沖突的。二、假定輸入為正弦量的算法必需協(xié)作濾波器使用i(nTs)兩點乘積法〔90〕

2Isin(nTs)InT nT 2 2 1 S 2i

i(nT

) 2Icos( )1 1 S 1Ii i(nT) 2Icos )2 2 S 1I i2

i2i2

i2

2I2

I 1 21 2 2 i itan 1I i2

1I

arctan1i2距離保護 U

(u ju)2 1I

1(i2 2

ji)1ZUu2

ju1I i ji2 1(ui ui)j(ui

ui) 22

11 12 21i2 i21 2RjXui ui ui uiR 22 11 X 12 21i2i21 2

i2i21 2時間窗為5ms〔1/4基波周期。拓展：用正弦量任何相鄰的采樣值都可以算出有效值和相角。三、突變量〔故障重量〕電流算法1、當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，在某一段時間內(nèi)，可假設(shè)系統(tǒng)為線性電路。在這一假設(shè)前提下，故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用疊加原理可分解為非故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)和故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)。2、但凡故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的量都是故障重量。故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一零狀態(tài)響應(yīng)電路。故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的外施鼓勵為故障點的電壓源〔短路故障〕或電流源〔斷線故障，該外施鼓勵表現(xiàn)為階躍函數(shù)，其中t=0故障發(fā)生時刻。3、故障重量的分類按性質(zhì)劃分：穩(wěn)態(tài)故障重量,包括工頻變化量和二次、三次和五次諧波重量等；暫態(tài)故障重量，包括行波、電弧暫態(tài)和衰減的直流重量電流等。依據(jù)頻率劃分：低頻故障重量，包括衰減直流重量電流、工頻變化量和諧波重量；高頻故障重量，包括行波和電弧暫態(tài)中的高頻重量。4、故障重量的特點〔1〕故障重量僅在故障后存在，非故障狀態(tài)下不存在故障〔2〕故障點的故障重量電壓最大，系統(tǒng)中性點的故障0〔3〕保護安裝處的故障重量電壓、電流間相位關(guān)系由保護安裝處到背側(cè)系統(tǒng)中性點間的阻抗打算，且不〔4〕故障重量獨立于非故障狀態(tài)，但仍受非故障狀態(tài)運行方式的影響5、啟動元件〔1〕閉鎖作用由裝置的總啟動元件或各保護啟動元件組合來實〔2〕進入故障程序作用。對啟動元件的要求：能反響各種類型的短路故障，即使是三一樣時性短路故障，啟動元件也應(yīng)牢靠反響。在保護范圍內(nèi)短路故障時，即使故障點存在過渡電阻，啟動元件也應(yīng)有足夠的靈敏度，動作牢靠、快速，在故障切除后盡快返回。被保護元件通過最大負荷電流時，啟動元件應(yīng)牢靠不動作；系統(tǒng)振蕩時啟動元件不反響。為能發(fā)揮起動元件的閉鎖作用，構(gòu)成啟動元件的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU啟動元件中的突變量：相電流差突變量；相電流突變量；綜合電流突變量。6、故障重量方向元件：故障重量的方向元件包括負序、零序方向元件和工頻變化量方向元件兩類，它們分別比較各分量電壓電流的相位。反響故障重量方向元件的測量相角固定為180o或0o，在最靈1〕不受負荷狀態(tài)的影響。2〕不受故障點過渡電阻的影響。3〕故障重量的電壓、電流間的相角由線路背后的系統(tǒng)阻抗打算，方向性明確。4〕可消退電壓死區(qū)。7、為什么突變量電流選項元件只能應(yīng)用于故障后20ms-40ms?答：電流突變量選項元件在故障初始階段有較高的靈敏度和準確性，但是，突變量僅存在20-40ms，過了這個時間后，由于無法獲得突變量，所以突變量選項元件就無法工作了。四、選項跳閘1、選相跳閘。在阻抗繼電器〔元件〕中作到僅投入故障特征最明顯的阻抗測量元件。傳統(tǒng)保護：選相繼電器。微機保護：故障類型、故障相別的判別程序。2、對選相元件的要求為：在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生任何類型的短路故障，均能判別故障相別，或判別出是單相故障還是多相故障。單相接地故障時，非故障選相元件牢靠不動作。正常運行時，選相元件應(yīng)當不動作。動作速度要快。五、R-L模型算法評價：不需要濾波器濾除非周期重量，但需要濾除高頻重量。不受電網(wǎng)頻率的影響。R-L模型算法只需求電流的導數(shù)，而導數(shù)法還要求電壓的導數(shù)。由于電感遠大于電阻，所以電壓中的高頻重量通常遠大于電流中的高頻重量。當這種算法和低通濾波器協(xié)作使用時，受信號中噪聲的影響比較大。六、全量阻抗繼電器1、方向阻抗繼電器的優(yōu)點：具有方向性，只在正向區(qū)內(nèi)故障時動作，反方向短路時不動作。2、方向阻抗繼電器的缺點：在正方向或反方向出口處發(fā)生短路時，有可能消滅正方向出口短路時拒動或反方向出口時誤動的狀況。3、測量電壓的作用：作為推斷工作電壓相位的參考〔參考電壓或極化電壓。參考電壓的選擇：相位不隨故障位置變化，在出口短路時不04〔1〕故障重量阻抗繼電器抗過渡電阻力量增加了。正方向出口短路無死區(qū)。電流安排系數(shù)的角度僅取決于故障點兩側(cè)各序阻抗的角度差，而與兩側(cè)電動勢的相角差、過渡電阻的大小無關(guān)。第四章提高微機保護牢靠性的措施一、1、繼電保護牢靠性動作可依靠性〔不拒動和不會非選擇性動作〕動作安全性〔不誤動〕2、傳統(tǒng)保護提高牢靠性的措施1〕〔2〕〔3〕回〔4〕〔5〕6〕7〕運行閱歷3、干擾就是除有用信號以外的全部可能對裝置的正常工作造成不利影響的內(nèi)外電磁信號。繼電保護工作環(huán)境中的干擾是嚴峻的。4、干擾的特點：頻率高；幅度大；持續(xù)時間短5、干擾的三要素6、干擾形式1〕差模干擾〔橫模干擾、串聯(lián)干擾〔2〕共模干擾〔對地干擾：引起回路對地電位發(fā)