VI前言1.1研究背景及意義輸電線路的保護(hù)是保證電網(wǎng)正常工作的核心自動(dòng)控制設(shè)備，其性能的提高以及改進(jìn)是科研和運(yùn)行部門(mén)的重要工作。最近數(shù)十年的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)的改善和革新,使高電壓傳輸線路,在現(xiàn)有的電磁保護(hù),保護(hù)集成電路,集成電路保護(hù),逐漸過(guò)渡保護(hù)系統(tǒng)及微型計(jì)算機(jī)保護(hù)的時(shí)代，成為發(fā)展的主要方向。當(dāng)前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速崛起，電氣建設(shè)的進(jìn)程逐漸加快。正在制定一項(xiàng)計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)從西向東的電力輸送，南北之間的相互供應(yīng)以及整個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)。高壓和超高壓網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模逐漸增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越繁瑣，以及出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性受到影響的問(wèn)題，對(duì)保護(hù)性能提出了更為嚴(yán)格的要求。而且，對(duì)線路保護(hù)新原理的研究越來(lái)越具體，操作經(jīng)驗(yàn)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，使得開(kāi)發(fā)新型的高保護(hù)線路成為可能，同時(shí)微機(jī)高壓線路更高效，更智能。所以，基于高性能硬件平臺(tái)，對(duì)高壓線路的更有效的微電子保護(hù)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，目前在理論上和從理論上來(lái)講都是重要的研究課題。通過(guò)開(kāi)發(fā)有關(guān)線路保護(hù)原理的新研究成果，制定切實(shí)可行的計(jì)劃。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1線路微機(jī)保護(hù)研究現(xiàn)狀與新進(jìn)展傳輸線路的保護(hù)主要有兩種類型。階段保護(hù)(例如，零序列電流保護(hù)、距離保護(hù)等)和導(dǎo)頻保護(hù)。我們只能通過(guò)使用傳輸線路側(cè)面的氣體量來(lái)確定階段保護(hù)；為了保證保護(hù)措施的選擇性并結(jié)合各種錯(cuò)誤因素的影響，這種保護(hù)的原理往往是基于分階段的特性，所以無(wú)法保證無(wú)延遲地滿足保護(hù)要求整條線?？v聯(lián)保護(hù)這一種保護(hù)類型，通過(guò)這種保護(hù)，在發(fā)生線路故障時(shí)，可以使用信息交換通道同時(shí)解鎖保護(hù)的兩側(cè)，從而可以快速刪除全面的缺陷。方向縱聯(lián)保護(hù)的關(guān)鍵要素是辨別缺陷方向的要素。到目前為止，已經(jīng)提出了幾種判別故障方向的方法，并且相關(guān)的原理研究正在進(jìn)一步發(fā)展。文獻(xiàn)[8]分析了在電氣系統(tǒng)和線路的不同工作狀態(tài)下發(fā)生不同類型的短路時(shí)，相電壓補(bǔ)償型定向繼電器的導(dǎo)通值與方向性之間的關(guān)系，并提出了基于該原理構(gòu)成的比較型方向的縱向保護(hù)的情況；文獻(xiàn)[9]提出了兩種新型的轉(zhuǎn)向器，以彌補(bǔ)帶相電壓補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)向器的不足：帶相電壓補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)向器和帶相電壓補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)向器;文獻(xiàn)[10]在對(duì)正向缺陷成分的方向元素原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，實(shí)際分析和討論了幾個(gè)特別的問(wèn)題(缺陷的缺點(diǎn)等)，比如說(shuō)，大功率側(cè)的靈敏度，防止振蕩錯(cuò)誤和故障線路上的空載閉合；文獻(xiàn)[11]提出了基于補(bǔ)償電壓的突變體定向鑒別原理，并具體的研究了該標(biāo)準(zhǔn)在不同工作條件下的作用特性。距離保護(hù)始終是高壓線路保護(hù)的重點(diǎn)形式。在高壓輸電網(wǎng)中，如果傳輸線路接地短路，則轉(zhuǎn)移電阻可能會(huì)變大，所以距離保護(hù)需要足夠的能力通過(guò)轉(zhuǎn)移電阻來(lái)反映短路[12]。1960年代后期開(kāi)始,先后30年里，有很多關(guān)于距離保護(hù)的研究，用新的原理和方法使接地距離保護(hù)經(jīng)受住轉(zhuǎn)變阻力，是主要的研究方向。在接地方向的現(xiàn)有阻抗中，如果單相接地短路是經(jīng)由正向的轉(zhuǎn)變電阻時(shí)，則會(huì)發(fā)生區(qū)外的過(guò)負(fù)荷錯(cuò)誤動(dòng)作的問(wèn)題。區(qū)域故障的情況下，對(duì)轉(zhuǎn)變抵抗的應(yīng)對(duì)能力也下降。造成這一問(wèn)題的原因是，在雙面電源系統(tǒng)的情況下，如果發(fā)生單相接地，由于一側(cè)的輔助電流的影響，在受保護(hù)的位置測(cè)量的轉(zhuǎn)變電阻的電容性或感應(yīng)性電抗器被追加，有進(jìn)行誤操作或拒絕保護(hù)的可能性。因此，方向阻抗阻抗作為測(cè)地阻抗不是理想的[13]。為了增強(qiáng)接地距離保護(hù)的相關(guān)性能，便提出了很多新的保護(hù)原理。文獻(xiàn)[16]]對(duì)幾種類型的突變量距離繼電器的相關(guān)性能展開(kāi)了對(duì)比，并對(duì)如何改善突然距離繼電器的能力以響應(yīng)過(guò)渡電阻的方法進(jìn)行了說(shuō)明。I0極化接地距離繼電器表現(xiàn)出了反映高阻抗接地故障的優(yōu)異性能，并且這一原理研究得到了人們的高度評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[17]提出，零序列電流可以替換流過(guò)故障點(diǎn)的零序列電流，但兩個(gè)序列的零電流的相位不同,因此更容易進(jìn)入狀態(tài)的駛過(guò)現(xiàn)象發(fā)生。文獻(xiàn)[18]根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行條件,動(dòng)作特性方程轉(zhuǎn)換過(guò)渡抵抗承受能力提高,被改良的i0分極接地距離保護(hù)方式,提出了在特定條件下的系統(tǒng)動(dòng)作,還有領(lǐng)域。外部穩(wěn)態(tài)超驗(yàn)現(xiàn)象[13]。對(duì)于文獻(xiàn)[19]，在上述基礎(chǔ)上,雙癱瘓偏見(jiàn)被零分極序列電流接地距離接力提議,零相位序列電流轉(zhuǎn)換了，發(fā)送方和接收方是否根據(jù)個(gè)別被補(bǔ)償及補(bǔ)償，并且解決了區(qū)外障礙的穩(wěn)定狀態(tài)的超越問(wèn)題。1.2.2線路微機(jī)保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)微機(jī)的繼電器保護(hù)是一個(gè)綜合性的領(lǐng)域，隨著相關(guān)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步而發(fā)展。新的保護(hù)原則將繼續(xù)適用于計(jì)算機(jī)繼電器保護(hù)，特別是暫時(shí)性的信息挖掘和故障應(yīng)用。人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用非常引人注目，顯示出良好的應(yīng)用前景。(1)有效利用故障過(guò)渡信息基于故障組件的繼電保護(hù)原理的研究和應(yīng)用，在繼電保護(hù)技術(shù)的開(kāi)發(fā)中一直占有重要地位。模擬保護(hù)，基于故障成分的零序列電流保護(hù)、消極序列電流保護(hù)、差分電流保護(hù)被廣泛使用，得到了顯著的工作結(jié)果。微計(jì)算機(jī)的保護(hù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)功能，使故障組件的獲取更加便利，大大促進(jìn)了基于故障組件的新保護(hù)原理的開(kāi)發(fā)。作為一種故障過(guò)渡保護(hù)的進(jìn)波保護(hù)，在70年代末被運(yùn)用[21][22][23]。從那以后，因?yàn)槭艿郊夹g(shù)條件的限制和對(duì)故障過(guò)渡組件特性的不充分理解，過(guò)渡保護(hù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用沒(méi)有取得顯著的進(jìn)步。使用容錯(cuò)過(guò)渡組件形成微計(jì)算機(jī)保護(hù)，雖然實(shí)現(xiàn)原理不同，但是通常在傳輸線兩端使用波形濾波器對(duì)瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行濾波，區(qū)分內(nèi)部和外部的故障[14]。這種方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)動(dòng)作只基于一側(cè)的功率，不需要信道，動(dòng)作速度快。但是，在高電阻地絡(luò)等特定的故障狀態(tài)下，有保護(hù)靈敏度不充分的情況。甚至巴士線的兩端,使用電容器、高頻和低頻的障礙檢測(cè)信號(hào)的功率譜密度的差異,內(nèi)部及外部特定的障礙,使得高頻過(guò)渡信號(hào)過(guò)濾,非通道的純線高速形成保護(hù)的也可以，其相關(guān)研究?jī)?nèi)容越來(lái)越深化[15]。（2）人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用1980年代以后，人工智能技術(shù)的理論和方法實(shí)現(xiàn)了跨時(shí)代的發(fā)展，在繼電器保護(hù)領(lǐng)域的人工智能技術(shù)的應(yīng)用研究受到關(guān)注。截止到今天，專家系統(tǒng)(ES)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、fassetts(FS)、啟發(fā)式搜索(HS)等各種各樣的人工智能開(kāi)發(fā)工具在國(guó)內(nèi)外被使用[26]。電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用研究也在逐步推進(jìn)，在繼電器保護(hù)方面的應(yīng)用研究備受關(guān)注。1.3論文的主要工作和章節(jié)安排論文的工作主要是新的高壓保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)集中,而且整體的類設(shè)計(jì),保護(hù)系統(tǒng)的主要保護(hù)原理、硬件、軟件開(kāi)發(fā)和設(shè)備分析應(yīng)用，包括靜態(tài)仿真測(cè)試。論文的章節(jié)劃分為:。第一章總結(jié)了微計(jì)算機(jī)線路保護(hù)的開(kāi)發(fā)歷史、研究情況、開(kāi)發(fā)動(dòng)向，介紹了主題背景，明確了論文的主要工作。第二章，從保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)開(kāi)始，介紹保護(hù)功能的構(gòu)成和硬件結(jié)構(gòu)。第三章，重點(diǎn)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)中使用的各種組件的基本原理進(jìn)行分析，系統(tǒng)地介紹保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)方案。第四章介紹了軟件結(jié)構(gòu)和距離保護(hù)程序的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了基于“中繼功能模塊”的軟件設(shè)計(jì)創(chuàng)意和具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。第五章對(duì)全文進(jìn)行了概括。

第二章保護(hù)裝置的總體方案設(shè)計(jì)2.1保護(hù)總體方案設(shè)計(jì)依據(jù)在保護(hù)裝置的總體設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合高壓線可能發(fā)生的實(shí)際故障情況和保護(hù)的實(shí)際操作要求。而且，為了改善現(xiàn)有的問(wèn)題，需要借鑒以前的高壓線保護(hù)的開(kāi)發(fā)和操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于具體的缺陷，進(jìn)行改善。2.1.1高壓線路故障情況分析中國(guó)電力行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)試驗(yàn)”是多年繼電保護(hù)工作人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。包含的線路繼電器保護(hù)測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)該能夠表示長(zhǎng)期的高壓線路動(dòng)作。主要發(fā)生的基本障礙形式如下所示。1.保護(hù)區(qū)內(nèi)外金屬的缺陷分為瞬時(shí)和持久金屬單相接地、兩相短路接地、兩相間短路、三相短路、三相短路接地。2.內(nèi)部和外部抵抗引起的短路高壓輸電線路的情況下,地區(qū)和外部的0~100Ω過(guò)渡電阻內(nèi)發(fā)生單相地考評(píng),0~25Ω渡電阻(相之間弧抵抗)的兩相短路接地、兩相相間短路、三相短路和三相短路接地故障。3.系統(tǒng)的穩(wěn)定性和破壞請(qǐng)考慮由靜態(tài)或動(dòng)態(tài)損傷引起的振動(dòng)。在振動(dòng)過(guò)程中，會(huì)發(fā)生區(qū)域內(nèi)外的各種金屬故障。4.TA斷線請(qǐng)檢查線路一側(cè)的TA單相切斷和切斷后的內(nèi)部及外部故障。5.TV斷線請(qǐng)考慮線側(cè)的TV單相和三相切斷保護(hù)的動(dòng)作。6.距離保護(hù)的暫態(tài)超越考慮到一些典型的電源阻抗對(duì)線阻抗比，在距離保護(hù)設(shè)置點(diǎn)附近發(fā)生各種各樣的金屬故障保護(hù)動(dòng)作。7.弱饋側(cè)障礙探討在電源阻抗大的情況下各種各樣的金屬故障的動(dòng)作和轉(zhuǎn)移電阻故障的保護(hù)。根據(jù)上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所指定的動(dòng)態(tài)測(cè)試項(xiàng)目判斷，高壓線可考慮的故障模式復(fù)雜，有很多動(dòng)作條件。保護(hù)原則和功能配置的選擇需要統(tǒng)一的規(guī)劃、合理的配置和系統(tǒng)集成。2.1.2高壓線路保護(hù)功能配置要求高電壓輸電線路的保護(hù)通常使用階段III相間距離保護(hù)、III相接地距離保護(hù)、IV相零向電流保護(hù)等相保護(hù)。對(duì)于一些重要的線或特殊的線（短線等），需要考慮設(shè)置縱向保護(hù)的應(yīng)用要求。因此，在微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)方案的設(shè)計(jì)中，保護(hù)功能的構(gòu)成必須符合各種實(shí)際應(yīng)用的需要，各種保護(hù)功能必須能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活開(kāi)啟/關(guān)斷。超高壓輸電線的主要保護(hù)是縱聯(lián)保護(hù)，通常采用雙結(jié)構(gòu)。階段距離保護(hù)和零序列電流保護(hù)主要被用作備用保護(hù)，它們的功能被相對(duì)削弱。當(dāng)傳輸線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，可以適當(dāng)降低對(duì)分階段保護(hù)的操作敏感性和及時(shí)性的要求。但是，在高壓輸電線中，相距離保護(hù)和零相電流保護(hù)是主要的保護(hù)渠道，因此提高和提高階段性保護(hù)的性能起著重要的作用，但是在保護(hù)功能的構(gòu)成和選擇上也是需要注意的問(wèn)題。關(guān)于距離保護(hù)，請(qǐng)考慮在現(xiàn)有距離I段的基礎(chǔ)上增加高速I段，以加速保護(hù)重大出口故障的消除。高電阻的接地短路等非重大故障的情況下，由于故障電流小，對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。在當(dāng)前情況下，有必要過(guò)分強(qiáng)調(diào)保護(hù)的及時(shí)性要求，避免保護(hù)動(dòng)作過(guò)度。超高抵抗100Ω演替抵抗的110kv單相接地線等)的發(fā)生,為了防止靈敏度有必要注意的選擇,這是保護(hù)不充分的保護(hù)靈敏度的故障。對(duì)于高壓輸電線來(lái)說(shuō)，弱反饋保護(hù)是保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)顯著問(wèn)題。線路發(fā)生故障時(shí)，弱反饋系統(tǒng)的正與負(fù)序列阻抗變?cè)龃?，正與負(fù)序列的短路電流變小，對(duì)保護(hù)操作和故障的選擇造成非常惡劣的影響，所以必須通過(guò)有效地策略來(lái)解決。2.2保護(hù)裝置的功能配置2.2.1保護(hù)功能配置（1）方向縱聯(lián)元件在電力系統(tǒng)中，部分高壓輸電線路承擔(dān)著系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)系線的功能，輸電功率較大，在確保系統(tǒng)安全運(yùn)行方面發(fā)揮著非常重要的作用。在動(dòng)作的第二和第三階段，需要相對(duì)較長(zhǎng)的延遲。在線路的最后發(fā)生故障，如果設(shè)備只裝備了距離保護(hù)，那么在一定的延遲之后故障就會(huì)被排除，可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大的影響。另外，由于測(cè)量精度的限制，線路短的情況下距離成分的保護(hù)范圍變短，工作性能顯著降低。為了滿足高壓線保護(hù)的各種應(yīng)用要求，設(shè)備配備了全線快速斷路保護(hù)和方向性縱向保護(hù)。方向性縱向保護(hù)是基于線路兩側(cè)的方向性組件對(duì)故障方向的識(shí)別結(jié)果。為了提高方向性導(dǎo)頻保護(hù)的性能，使用基于序列補(bǔ)償電壓模數(shù)比較法的新方向性元件。（2）距離元件除了三階段的距離保護(hù)，突變距離I也在增加。突然的距離要素，為了加速插座短路等重大的障礙的除去，被設(shè)定為給保護(hù)裝置全體提供速效型保護(hù)要素。這只在故障發(fā)生后的初始時(shí)間內(nèi)起作用(通常，動(dòng)作時(shí)間是從故障開(kāi)始到故障發(fā)生后的40毫秒)。作為高速保護(hù)元件突然選擇距離元件的理由，是基于以下考慮事項(xiàng)。1.這個(gè)元件靈敏度高，提高了承受轉(zhuǎn)變電阻的能力，不受故障部件的使用所帶來(lái)的負(fù)載電流的影響。2.采用振幅比運(yùn)動(dòng)方程式實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，在微計(jì)算機(jī)保護(hù)中采用高速算法很方便。3.由于系統(tǒng)成熟的操作經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中很容易接受。（3）零序過(guò)流元件零序列電流保護(hù)是簡(jiǎn)單、快速且高靈敏度的，可以作為地絡(luò)保護(hù)的主要形式使用。該設(shè)備還配備有VI段的零序列過(guò)電流保護(hù)。這不會(huì)受到零序列I、零序列I、零序列II、零序列III和零序列IV的影響，無(wú)論它們?cè)诿總€(gè)方向上是否有方向。通過(guò)控制詞來(lái)設(shè)定。非感性部分I根據(jù)避免非全相動(dòng)作時(shí)的最大零序列電流來(lái)設(shè)定。在高電壓傳輸線路的情況下，非感性段I可以提高零序列電流保護(hù)的工作速度，在傳遞或偶然地接地的情況下。零序列段IV主要用于反應(yīng)高電阻地絡(luò)。由于靈敏度高，設(shè)置值低，可以使用更長(zhǎng)的延遲來(lái)提高保護(hù)操作的安全性。為了滿足運(yùn)用站點(diǎn)的各種應(yīng)用要求，還具備了用戶可以選擇的逆時(shí)間零序列電流保護(hù)。2.2.2運(yùn)行管理功能配置管理模塊是基于微計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)和用戶之間的信息橋。首先，接受用戶輸入的設(shè)定值和控制命令，執(zhí)行保護(hù)系統(tǒng)的手動(dòng)操作、調(diào)試、數(shù)據(jù)信息獲取。然后，通過(guò)內(nèi)部通信，保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和系統(tǒng)本身的狀態(tài)被實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障信號(hào)通過(guò)指示燈管和顯示接口在時(shí)間內(nèi)被反映。為了更恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)網(wǎng)站的運(yùn)用及維護(hù)管理的基本條件，設(shè)定了以下主要的管理功能。系統(tǒng)設(shè)定：完成系統(tǒng)時(shí)間、密碼、通信接口參數(shù)、CPU選擇等設(shè)備主要工作參數(shù)的設(shè)置。固定值管理：固定值查詢、固定值打印、固定值變更、固定值區(qū)域調(diào)整等。保護(hù)設(shè)備分為三種基本類型：工廠安裝，I類用戶設(shè)置和II類用戶設(shè)置。保護(hù)設(shè)備分為三類：工廠安裝，I類用戶設(shè)置和II類用戶設(shè)置。報(bào)告管理：報(bào)告管理主要包括報(bào)告開(kāi)始（開(kāi)始/未發(fā)出觸發(fā)序列），問(wèn)題報(bào)告（開(kāi)始/未發(fā)出觸發(fā)序列）和事件報(bào)告。可以對(duì)各種報(bào)表進(jìn)行分類和管理，并根據(jù)需要進(jìn)行上傳。狀態(tài)監(jiān)視：可在線檢測(cè)各開(kāi)關(guān)的在線主要當(dāng)前動(dòng)作參數(shù)和動(dòng)作狀態(tài)。調(diào)試管理：包括模擬信道調(diào)試、開(kāi)放信道調(diào)試、開(kāi)放信道調(diào)試。進(jìn)入調(diào)試管理后，將自動(dòng)禁用所有保護(hù)功能，防止設(shè)備調(diào)試導(dǎo)致誤動(dòng)作。

第三章高壓輸電線路微機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.1裝置的硬件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)根據(jù)保護(hù)裝置整體設(shè)計(jì)的功能特點(diǎn)，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)針對(duì)每個(gè)類別采用多CPU并行工作結(jié)構(gòu)模型。DSP插件具有相同的硬件結(jié)構(gòu)。通用模擬輸入信號(hào)，數(shù)字輸入信號(hào)和初始組件結(jié)是連接至三個(gè)插頭的電源電路。只有當(dāng)兩個(gè)DSP插件都發(fā)送開(kāi)始拖動(dòng)信號(hào)時(shí)，設(shè)備才可以執(zhí)行拖動(dòng)。這樣聯(lián)絡(luò)信號(hào)，能夠避免由于DSP硬件故障而導(dǎo)致的保護(hù)錯(cuò)誤操作，每個(gè)DSP插件都支持單獨(dú)的保護(hù)程序，例如AD轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，保護(hù)啟動(dòng)，錯(cuò)誤判斷和邏輯終止。人機(jī)交互是通過(guò)管理單元中的插件實(shí)現(xiàn)的；管理單元和保護(hù)單元僅通過(guò)串行通信相互連接，而管理單元的故障不會(huì)影響保護(hù)單元的正常操作。該分層結(jié)構(gòu)可以在一定程度上提升保護(hù)單元的穩(wěn)定性。除單元插件和管理插件外，該設(shè)備還包括交流輸入插件，信號(hào)板插件，信號(hào)插件，電源插件，總線電壓開(kāi)關(guān)插件等輔助插件，整個(gè)安裝采用6U后插結(jié)構(gòu)，每個(gè)插件都通過(guò)主板的AT96總線相互連接，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)功率和弱功率的分離，有效提高了系統(tǒng)的防干擾性能，從而提升了保護(hù)穩(wěn)定性?；谝陨戏治?，本文裝置的硬件設(shè)計(jì)總圖如圖3-1所示。圖3-1硬件總體設(shè)計(jì)圖3.2主要插件的選型與設(shè)計(jì)3.2.1保護(hù)單元插件（DSP板）保護(hù)單元插件是基于微計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的保護(hù)功能。微處理器的性能直接決定設(shè)備保護(hù)的性能，考慮到電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的特殊需求以及當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，選擇保護(hù)設(shè)備作為KTDSP5081型DSP板作為保護(hù)單元。銀結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，資源豐富，擴(kuò)展性強(qiáng)，防干擾功能強(qiáng)，運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。KTDSP5081是專用的智能DSP板，TI的TMS320VC33數(shù)字信號(hào)處理單元使用CPU，滑板具有32個(gè)16位模擬輸入通道，24個(gè)數(shù)字輸入，30個(gè)數(shù)字輸出和34k×32位。34K×32位高速燈泡存儲(chǔ)器，256K×32位高速燈泡存儲(chǔ)器，128K×8位只讀存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)保護(hù)程序以及通過(guò)串行EEPROM獲得的16K×8位字節(jié)用于固定存儲(chǔ)，而NVM存儲(chǔ)器則具有1M×8位的滿容量容量。它用于存儲(chǔ)設(shè)備并跟蹤故障報(bào)告和事件等。所有硬件資源（例如板球上的各種類型的內(nèi)存，計(jì)時(shí)器，串行端口和中斷）都根據(jù)內(nèi)存訪問(wèn)方法進(jìn)行固定放置。為了便于與管理板進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)交換，DSP板配備了rs-232、rs-422/485串行端口。TMS320VC33的引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示。圖3-2TMS320VC33引腳結(jié)構(gòu)圖3.2.2管理單元插件管理單元是基于微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)和用戶之間的信息橋。首先面，接受用戶輸入的設(shè)定值和控制命令，執(zhí)行保護(hù)系統(tǒng)的手動(dòng)操作、調(diào)試和數(shù)據(jù)信息的獲取。通過(guò)內(nèi)部通信實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的操作狀態(tài)和系統(tǒng)本身的狀態(tài)，以及通過(guò)指示符和萬(wàn)向接口及時(shí)反射故障信號(hào)。各種插件（RCM2200）的處理是關(guān)鍵。AmericanZWorld和RabbitSemiconductor的RMC2200模塊是Rabbit2000微處理器，具有256k閃存，128kRAM，4個(gè)串行端口和26個(gè)I/O端口，基于RCM2200模塊，配備LCD監(jiān)視器，9速操作面板，時(shí)鐘芯片和各種通訊接口，可以使管理板堅(jiān)固而輕松。它實(shí)現(xiàn)了顯示和外部通訊功能，主要功能如下，從遠(yuǎn)程控制終端的控制,包括接受保護(hù)裝置的操作、調(diào)試、數(shù)據(jù)信息的獲取、保護(hù)裝置和保護(hù)對(duì)象的動(dòng)作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視,實(shí)現(xiàn)液晶模塊的界面顯示的控制指令?；镜挠布Y(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3管理板的功能3.2.3交流輸入插件保護(hù)裝置的AC輸入插件主要用于分離和轉(zhuǎn)換輸入模擬信號(hào)。通過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)換器，變壓器所提供的二次電壓和變流器所提供的二次電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足弱電流組件的要求。同時(shí)，輸入轉(zhuǎn)換器還負(fù)責(zé)二次電路和繼電器保護(hù)。電絕緣和電磁屏蔽功能實(shí)現(xiàn)在設(shè)備內(nèi)部電路之間，保護(hù)人體安全和保護(hù)設(shè)備內(nèi)的微弱電流組件，減少高壓電設(shè)備對(duì)微弱電流組件的干擾。基礎(chǔ)線保護(hù)的需求響應(yīng),模擬輸入接口組件,三相電壓、零相電壓、線電壓用的合計(jì)5個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換頻道,及保護(hù)用的三相電流和測(cè)量用的三相電流用的合計(jì)6個(gè)提供的電流信號(hào)通道的轉(zhuǎn)換。3.2.4信號(hào)板插件信號(hào)板插件提供與繼電器保護(hù)裝置的輸入和輸出的開(kāi)關(guān)值絕緣的傳輸信道，并且還用于驅(qū)動(dòng)相關(guān)的信號(hào)繼電器和指示符燈。改善功能,防止外部干涉元件的數(shù)字輸入信號(hào)的相互連接,為了容易,所有外部數(shù)字輸入信號(hào)都可以保護(hù)生物體免受直接連接，第一個(gè)信號(hào)板通過(guò)光進(jìn)行電隔離，并且隔離信號(hào)由保護(hù)單元作為插件提供。來(lái)自保護(hù)單元的各種告警信號(hào)連接到信號(hào)板插件，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)繼電器。信號(hào)繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)用于面板燈的控制，另一個(gè)普通的連接點(diǎn)作為連接點(diǎn)信號(hào)輸出，信號(hào)板上的兩個(gè)啟動(dòng)繼電器由兩個(gè)監(jiān)護(hù)插件控制。塊保護(hù)單元的互鎖功能。

故障分析原理4.1方向縱聯(lián)元件在一部分特殊的用途中，為了保護(hù)全線快速動(dòng)作需要高電壓傳輸線路，所以設(shè)備上作為全線快速動(dòng)作保護(hù)裝備有方向縱聯(lián)保護(hù)。方向縱聯(lián)方向保護(hù)是通過(guò)線的兩側(cè)的方向組件來(lái)確定故障的方向，比較在兩側(cè)確定故障方向的結(jié)果，決定是否進(jìn)行補(bǔ)救。為了提高導(dǎo)頻保護(hù)的性能，使用基于序列補(bǔ)償電壓模數(shù)值的比較的新的故障方向識(shí)別元件來(lái)形成導(dǎo)頻保護(hù)。序列補(bǔ)償電壓方向元素包括正序列急劇變化的方向元件、負(fù)序列方向元件和零序列方向元件。4.1.1基于補(bǔ)償電壓的正序突變量方向元件基于正相突變補(bǔ)償電壓的方向元件是使用正相補(bǔ)償電壓突變和母線正相電壓突變之間的幅度變化來(lái)確定故障的方向。正序繆化量存在于各種容錯(cuò)條件下，具有一定的抵抗振蕩的能力。圖4-1示出了該方向元件具有很強(qiáng)的承受轉(zhuǎn)變電阻的能力，當(dāng)外部電池板向正負(fù)方向去除時(shí)不受電壓恢復(fù)影響的大型電源側(cè)面故障和電壓靈敏度不足的影響的基本原理。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則可以根據(jù)覆蓋原理將故障條件分解為正常負(fù)載的情況和故障附加的情況。故障追加網(wǎng)絡(luò)圖4-1(a)表示。這里，、分別表示故障點(diǎn)F1和F2的重疊和故障。前置振幅相等，、同時(shí)不存在逆相位的電壓源。圖4-1(a)的點(diǎn)Y是設(shè)定點(diǎn)。在方向保護(hù)中，點(diǎn)Y可以是在理論上受保護(hù)的線的一端和系統(tǒng)的相對(duì)阻抗的一端之間的任意點(diǎn)。保護(hù)元件補(bǔ)償了線的1.5倍長(zhǎng)。保護(hù)裝置測(cè)量的電壓和電流的急劇變化為、。為了提高大型系統(tǒng)的長(zhǎng)期保護(hù)靈敏度，使用補(bǔ)償電壓的變量，圖中與在整定阻抗上的壓降為，即補(bǔ)償電壓突變量：（4-1）根據(jù)圖3.1(a)、(b)可知，如果出現(xiàn)正方向故障，將具有以下關(guān)系：（4-2）其中，sZ如圖4.1(a)所示為保護(hù)安裝處背后的系統(tǒng)等值電源的阻抗。把(4-2)式代入(4-1)式得到：（4-3）將式(4-2)和式(4-3)進(jìn)行對(duì)比，正方向元件的動(dòng)作條件為：（4-4）其中ε為裕度門(mén)檻。與正方向元件類似(如圖4-1(c))，反方向元件的動(dòng)作條件為：（4-5）圖4-1正、反方向短路時(shí)的電壓突變量分布（a）故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖(b)正方向故障電壓突變量分布(c)反方向故障電壓突變量分布4.1.2負(fù)序電壓補(bǔ)償式方向元件結(jié)合正序列的快速變化方向元素的短暫有效時(shí)間窗，如果故障處于穩(wěn)定狀態(tài)，不能正確地獲得快速變化，則使用負(fù)序列的電壓補(bǔ)償方向元素來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。負(fù)相電壓補(bǔ)償方向性要素由正向和負(fù)向兩個(gè)部分構(gòu)成。基本原理與正相突變量的方向是一樣的。標(biāo)準(zhǔn)為：（4-6）4.1.3零序電壓補(bǔ)償式方向元件為了增大單相高阻抗對(duì)線路保護(hù)的靈敏度，添加了零序列電壓補(bǔ)償方向元件，標(biāo)準(zhǔn)如下。（4-7）此外，前面提到的定向元件是高速移動(dòng)的，但是由于高頻信道的影響和收發(fā)器的延遲，所以組整體的工作速度不會(huì)太高。為了保護(hù)I段(突變量距離I段)，依賴于信道的高速距離。本地側(cè)的保護(hù)高速的情況下，I部分同時(shí)停止，而另一側(cè)有可能以最高的速度跳閘。4.2啟動(dòng)元件保護(hù)啟動(dòng)部件用于繼電器，該繼電器在傳輸線故障時(shí)啟動(dòng)保護(hù)裝置，并打開(kāi)三孔插座的電源，以提高保護(hù)措施的安全性[35]，通過(guò)啟動(dòng)元件，明確故障發(fā)生的時(shí)間，精確計(jì)算所需的各種類型的趨同參數(shù)，控制相關(guān)保護(hù)功能的切換。啟動(dòng)元件必須能迅速、敏感地響應(yīng)所有種類的故障，如果不發(fā)生系統(tǒng)頻移或振蕩等故障，啟動(dòng)元件必須避免頻繁起動(dòng)。在設(shè)備設(shè)計(jì)中，根據(jù)啟動(dòng)元件的采樣值，使用第三種新的計(jì)算方法來(lái)提高可移動(dòng)元件的故障和振動(dòng)分類能力，連接零序列電流使組件起動(dòng)，提高啟動(dòng)組件的靈敏度。4.2.1三相同時(shí)刻采樣值啟動(dòng)元件在正常操作中，三相電流是對(duì)稱的，可以估計(jì)：（4-8）在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于不對(duì)稱因素（例如線路旋轉(zhuǎn)不完全），三相電流不完全對(duì)稱，為消除正常負(fù)載電流對(duì)啟動(dòng)命令的波動(dòng)和相移的影響，可移動(dòng)元件采用了一種計(jì)算方法，例如電流的突然變化量。具體的判斷公式如下。（4-9）次數(shù)，表示啟動(dòng)門(mén)檻值，三相電流的實(shí)際不對(duì)稱，變壓器特性的差異以及計(jì)算器引起的誤差。一般是為了避免負(fù)載變動(dòng)時(shí)的最大輸出或系統(tǒng)運(yùn)用的振蕩而設(shè)定為?？梢苿?dòng)部分有效地消除了不平衡量的影響，具有抑制共模干擾的能力，并且不需要開(kāi)始相分離，計(jì)算量少，動(dòng)態(tài)模式測(cè)試顯示，啟動(dòng)元件的靈敏度高，可以有效區(qū)分振動(dòng)和故障。4.4.2零序電流輔助啟動(dòng)元件當(dāng)發(fā)生無(wú)法附著在基層上的情況時(shí)，由于瞬態(tài)電阻的影響，故障的數(shù)量相對(duì)減少，而在以大電阻安裝基體時(shí)，指令成分的靈敏度不足，故障起動(dòng)元件也配備了零時(shí)序電流輔助起動(dòng)元件[37]。零序列電流啟動(dòng)元件使用半循環(huán)積分算法來(lái)檢測(cè)零序列電流的整流器，根據(jù)振幅比較來(lái)判斷起始條件是否滿足。根據(jù)樣品計(jì)算，從樣品值看的起動(dòng)靈敏度比啟動(dòng)元件的靈敏度高，動(dòng)作穩(wěn)定。此外，在較弱的供電端，序列為零的電流分量仍然較大，滯后為零的電流運(yùn)動(dòng)部分具有較高的靈敏度。（4-10）是零序列電流的半周積分，是兩個(gè)循環(huán)前的零序列電流的半周積分值，其大小遵循系統(tǒng)的當(dāng)前零序列不均衡。為可靠系數(shù)，確保零序列開(kāi)始閾值總是高于當(dāng)前零序列不平衡電流，設(shè)為為可靠系數(shù)，。4.3距離元件該保護(hù)裝置配備有突發(fā)距離元件，三相距離元件和三相接地距離元件。相間保護(hù)使用脈沖串相間距離繼電器元件和三相相間距離繼電器元件。在接地保護(hù)中，使用了突變距離測(cè)量元件和三相接地距離繼電器元件。由于各種因素，有時(shí)接地短路時(shí)的瞬態(tài)電阻會(huì)變大，所以對(duì)地間繼電器的基本要求是在不超過(guò)的范圍內(nèi)盡可能提高過(guò)渡電阻的承受能力。4.3.1突變量距離元件在電力系統(tǒng)發(fā)生短路的情況下，按照重疊原理，可以分為故障前負(fù)荷狀態(tài)和故障附加狀態(tài)，突變距離是指反應(yīng)繼電器的動(dòng)作電壓（補(bǔ)償電壓）的相位或振幅的突變。振幅與振幅之比對(duì)轉(zhuǎn)變電阻的響應(yīng)強(qiáng)，微計(jì)算機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)也簡(jiǎn)單。振幅比的動(dòng)作條件如下所示。（4-11）（4-12）在上式中，代表補(bǔ)償電壓的故障分量。圖4-2空載線直接短路時(shí)的電壓分布圖在圖4-2中，、、為對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)。故障前系統(tǒng)的所有點(diǎn)的電壓相同，各故障點(diǎn)的故障前的電壓大概在圖4-2中，對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)存在1、3個(gè)。故障前系統(tǒng)所有點(diǎn)的電壓相同，假設(shè)每個(gè)故障點(diǎn)都是故障前的電壓，則，無(wú)負(fù)荷線直接短路時(shí)的電壓分布關(guān)系比較顯著：故障出現(xiàn)在設(shè)定點(diǎn)，繼電器位于臨界的情況下；區(qū)域外的故障的情況（包括順?lè)较蚝头捶较颍?；只有區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，才可滿足式（4-12）。急變距離接力可以測(cè)量距離，可以知道有方向性。4.3.2相間距離元件距離繼電器響應(yīng)混合斷開(kāi)，接地?cái)嚅_(kāi)和三相斷開(kāi)兩種類型；在相同方向上的短距離變化不是很容易。這一般是比較小的電弧電阻。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)變抵抗不需要太強(qiáng)的抵抗。保護(hù)裝置的相間距離測(cè)量元件選擇正相電壓分極繼電器和負(fù)相電流分極繼電器以及邏輯插座。在相間故障期間，正序列電壓始終存在，幾乎與故障前的恒定電壓相同，由此，具有正串聯(lián)電壓極化的距離繼電器具有良好的方向性，并保證了以不良串聯(lián)電流為極化量的測(cè)距儀電流。消極定序反應(yīng)器可以有效降低相間轉(zhuǎn)變電阻對(duì)保護(hù)區(qū)的影響，防止穩(wěn)定狀態(tài)超過(guò)錯(cuò)誤操作。對(duì)于對(duì)稱的三相線性場(chǎng)故障，如果正序列電壓比低，則使用正序列的記憶電壓極化。當(dāng)記憶電壓消失時(shí)，根據(jù)記憶期間的保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作區(qū)域上下移動(dòng)。關(guān)于相間距離成分保護(hù)的具體標(biāo)準(zhǔn)如下。正相電壓極化的距離繼電器I及II的基準(zhǔn)如下。（4-13）如果三相短路在保護(hù)之前斷開(kāi)并在相反方向上出口，則恒定電壓接近零，因此繼電器無(wú)法保證正確的方向性，這需要存儲(chǔ)的正序列電壓。那么，低壓起動(dòng)元件的起動(dòng)，段I切換為存儲(chǔ)器電壓分極距離元件：（4-14）記憶時(shí)間為40ms，如果在存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)判斷為正故障的情況下存儲(chǔ)電壓消失，則距離繼電器的錯(cuò)誤測(cè)量值將自動(dòng)反轉(zhuǎn)，并且工作區(qū)域包含原點(diǎn)，所以能夠保證如下的前向出口故障的可靠工作。在記憶時(shí)間內(nèi)距離繼電器不動(dòng)作時(shí)，在記憶電壓耗盡后提高阻抗阻抗，防止在記憶耗盡后接反電阻時(shí)的錯(cuò)誤動(dòng)作。因?yàn)槭艿絺?cè)電流助增和相間過(guò)渡電阻的影響,相短路時(shí)根據(jù)輸電方面的保護(hù)被測(cè)定演替抵抗是容量性,根據(jù)電力方面的保護(hù)被測(cè)定演替抵抗性,因此,當(dāng)電抗串?dāng)_時(shí)，會(huì)引起保護(hù)范圍擴(kuò)大或縮短的現(xiàn)象，并且這種電阻繞線輪可通過(guò)消除由傳輸側(cè)的瞬態(tài)電阻引起的先驗(yàn)問(wèn)題來(lái)維持保護(hù)區(qū)域的穩(wěn)定性。。為了防止另一側(cè)的電流增加和輸電側(cè)的相間轉(zhuǎn)變電阻的影響，如果線路的端部區(qū)域外發(fā)生故障，轉(zhuǎn)變電阻就會(huì)變成電容性的，引起超越現(xiàn)象。下述為負(fù)序電抗距離繼電器。（4-15）

第五章距離保護(hù)程序的軟件設(shè)計(jì)5.1軟件總體設(shè)計(jì)當(dāng)前，微機(jī)保護(hù)軟件,主要是主程序,定期取樣,以下程序及障礙處理程序在內(nèi)的計(jì)算機(jī)編程的思想,根據(jù)各種各樣的保護(hù)動(dòng)作邏輯流程圖根據(jù)變換將主要被實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)主要采用程序分支處理模式，為了節(jié)省存儲(chǔ)資源，加快計(jì)算速度，根據(jù)時(shí)間順序和邏輯將程序劃分為多級(jí)程序，并根據(jù)時(shí)間將子程序激活；基于上述流程模式，時(shí)間順序和邏輯混亂的軟件設(shè)計(jì)方法如果順序不明確，可能會(huì)造成程序調(diào)整，維護(hù)和功能擴(kuò)展等不便，同時(shí)，程序過(guò)程復(fù)雜，很難分析保護(hù)措施。隨著計(jì)算速度和芯片存儲(chǔ)容量的增加，硬件資源不再存在“瓶頸”。在這樣的情況下，在目前的微計(jì)算機(jī)保護(hù)的開(kāi)發(fā)中，軟件設(shè)計(jì)方法的改善和開(kāi)發(fā)效率以及保守性的提高是需要解決的重要課題。設(shè)備軟件通常分為兩個(gè)部分:主程序和定時(shí)器中斷處理程序。本文距離保護(hù)的主程序的設(shè)計(jì)與常規(guī)方法相同，主要包括設(shè)備初始化、電源自檢，定值轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通訊模塊等主要程序過(guò)程如圖5.1所示，其主要功能如下。圖5-1主程序流程圖DSP初始化:清除DSP寄存器，主要是采樣定時(shí)器的初始化以及采樣間隔時(shí)間的控制。NVRAM初始化:將事件記錄信息區(qū)域及故障報(bào)告信息區(qū)域初始化。保護(hù)變量初始化：程序中使用的標(biāo)志、計(jì)數(shù)器等的初始化。清開(kāi)出：清開(kāi)出是指設(shè)置保護(hù)設(shè)備的初始狀態(tài)，以防止設(shè)備在保護(hù)活動(dòng)之后的錯(cuò)誤操作。上電自檢：上電自檢是確保保護(hù)正確操作的程序之一，包括EPROM自測(cè)試、固定值自測(cè)試、開(kāi)放自測(cè)試、A/D自測(cè)試等。定值轉(zhuǎn)換：將E2PROM的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行中的固定值。串口初始化:通信串行端口初始化包括波特率設(shè)置等。通信過(guò)程:主要完成物理層數(shù)據(jù)的收發(fā)。5.2基于繼電器功能模塊的軟件設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)有的模擬保護(hù)方法中，它主要由輸出信號(hào)的幾個(gè)單獨(dú)的繼電器組成，圖5-2在電磁方向上的過(guò)電流保護(hù)的典型單相電路圖中顯示。操作員易于理解和掌握。同時(shí)，可以方便地檢測(cè)和分析操作過(guò)程，但是需要添加微處理器,這些保護(hù)模擬的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有被充分繼承一個(gè)主要原因是，初期的CPU運(yùn)行速度和內(nèi)存容量的限制，使得程序設(shè)計(jì)計(jì)算和存儲(chǔ)的效率的提高,強(qiáng)調(diào)程序制造分歧的時(shí)機(jī)和邏輯的關(guān)系會(huì)增加，導(dǎo)致程序流程變得復(fù)雜，模塊設(shè)計(jì)變得困難。對(duì)于所存在的問(wèn)題，在開(kāi)發(fā)新的線路保護(hù)軟件時(shí)，參考模擬保護(hù)的特性，采用基于繼電器功能模塊的新的編程方式。圖5-2方向過(guò)電流保護(hù)的單相原理圖此處，繼電器功能模塊設(shè)計(jì)有模擬保護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)相應(yīng)的軟件功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)的“類型”繼電器，例如，根據(jù)功能可以將距離保護(hù)分為相和地。在距離I，ii，ⅲ中的繼電器元件，隔振元件，起動(dòng)繼電器和軟件元件中，在采樣間隔內(nèi)為每個(gè)模塊計(jì)算使每個(gè)模塊（模塊）繼電器（繼電器）成為繼電器的繼電器軟件，并計(jì)算“動(dòng)作”或“不動(dòng)作的邏輯輸出，通過(guò)每個(gè)功能元件的輸出邏輯之間的聯(lián)系，可以執(zhí)行必要的保護(hù)。該軟件的設(shè)計(jì)方法無(wú)需使用基于傳統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)流程就可以將時(shí)間序列和邏輯分開(kāi)，并且具有強(qiáng)大的模塊化和清晰的結(jié)構(gòu)，因此便于軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)，易于理解和分析，因此，每個(gè)繼電器功能模塊寫(xiě)下軟件的操作和更改過(guò)程很方便，因此，在發(fā)生事故或?yàn)榱吮Ｗo(hù)而卸載軟件時(shí)，分析保護(hù)軟件的操作非常方便。它相對(duì)較低，對(duì)硬件平臺(tái)資源的需求也較高，但是，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高性能DSP芯片的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)上述編程方法提供了良好的硬件支持。5.3定時(shí)中斷程序軟件結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)定時(shí)中斷程序是軟件保護(hù)的重要組成部分，它是通過(guò)基于繼電器功能模塊的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖5-3示出了整個(gè)時(shí)序中斷程序的結(jié)構(gòu)。各模塊，每采樣間隔計(jì)算一次，沒(méi)有跳躍和程序分歧依次執(zhí)行。下面簡(jiǎn)單說(shuō)明各模塊的主要功能。圖5-3中斷程序結(jié)構(gòu)采樣模塊：主要收集模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，并保存在指定緩沖區(qū)以供后續(xù)計(jì)算。通訊模塊：主要完成物理層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。。電氣參數(shù)計(jì)算模塊：基于取樣數(shù)據(jù)，計(jì)算保護(hù)所需的基本電參數(shù)，如各相的基本頻率電壓、電流組件、序列組件、故障組件等。繼電器計(jì)算模塊：使用計(jì)算出的基本電氣參數(shù)來(lái)模擬模擬保護(hù)結(jié)構(gòu)的特性，形成各種“軟件繼電器”，提供相應(yīng)的邏輯輸出?！败浖^電器”通常分為各種電力方向繼電器、阻抗繼電器、零序列過(guò)電流繼電器、振動(dòng)阻斷繼電器、時(shí)間繼電器。保護(hù)動(dòng)作邏輯運(yùn)算模塊：邏輯上調(diào)整操作繼電器的輸出以確定最終的保護(hù)操作，例如觸發(fā)，調(diào)度，接收，警報(bào)等。以距離保護(hù)為例，該保護(hù)操作的邏輯圖如圖4.4所示。，根據(jù)上述邏輯關(guān)系，可以將圖中各“軟件繼電器”的輸出進(jìn)行邏輯組合，以獲得距離I的結(jié)束結(jié)果。數(shù)據(jù)記錄模塊：通常是時(shí)限故障報(bào)告和各種事件的數(shù)據(jù)記錄，保留行動(dòng)和分析的基礎(chǔ)。圖5-4距離保護(hù)邏輯框圖基于繼電器功能模塊的軟件設(shè)計(jì)方法具備模擬保護(hù)的相關(guān)特征，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊性好，開(kāi)發(fā)和維護(hù)簡(jiǎn)單。并且，軟件的邏輯關(guān)系明確，記錄保護(hù)的內(nèi)部動(dòng)作很方便。如果是距離保護(hù)，則5-4中指示的距離保護(hù)功能包括間接距離，接地距離，振動(dòng)斷路器和后續(xù)繼電器。模塊根據(jù)彼此相關(guān)的繼電器進(jìn)行計(jì)算，并且操作邏輯受到保護(hù)，將邏輯門(mén)和時(shí)間元素結(jié)合在一起。最后，得到了保護(hù)動(dòng)作的結(jié)果，距離保護(hù)分為七種類型：距離繼電器、軟開(kāi)關(guān)、邏輯門(mén)、時(shí)間組件、振動(dòng)阻尼組件、起動(dòng)組件、再閉合組件。這些組件的順序組合構(gòu)成了距離保護(hù)。所有的傳遞和相關(guān)組件的計(jì)算后,保護(hù)軟件,軟件使用開(kāi)關(guān)和邏輯門(mén)組合理論,按照計(jì)劃中被決定的邏輯圖延遲等待,最后，實(shí)現(xiàn)了高壓輸電線路距離保護(hù)功能，通過(guò)“繼電器功能模塊”的設(shè)計(jì)思想，記錄了每個(gè)繼電器的結(jié)果和邏輯點(diǎn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄了保護(hù)動(dòng)作的全過(guò)程。在使用繼電器模塊設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)的保護(hù)程序中，采樣間隔僅計(jì)算一次，與模擬保護(hù)相同，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)所有的計(jì)算不會(huì)對(duì)高速DSP芯片造成太大困難。，設(shè)備使用的硬件平臺(tái)可以滿足軟件操作的要求。

第六章系統(tǒng)仿真本系統(tǒng)采用Proteus軟件仿真。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。由于Protues不對(duì)stc12系列單片機(jī)提供支持，我暫且用AT89系列代替。用外部AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。并且用變壓器來(lái)代替電流互感器。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求作如下仿真：圖6-1系統(tǒng)仿真圖6.1部分電路分析1、本系統(tǒng)采用橋式整流電路，整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過(guò)整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。此時(shí)需要在電路中加入濾波電容，讓電流波形更加趨于平滑。電路如下：圖6-2整流電路圖如下圖所示，在整流電路電壓輸入輸出端加入示波器來(lái)對(duì)比顯示整流效果a（整流前）b（整流后）圖6-3整流前后對(duì)比圖2、光電隔離。光電隔離的目的是使測(cè)控裝置與現(xiàn)場(chǎng)僅保持信號(hào)聯(lián)系，而不直接發(fā)生電的聯(lián)系。隔離的實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)的干擾通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的。由于本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)是從高壓輸電線路中取得，而控制裝置是低壓的數(shù)字芯片，兩者必須隔離才能工作，否則低壓芯片很容易被燒毀。見(jiàn)圖5-4，光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力圖6-4光耦合器圖3、仿真中選用ADC0832芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。圖6-5ADC0832圖4、本系統(tǒng)用5V直流繼電器作為開(kāi)關(guān)量輸出單元，再接一個(gè)LED發(fā)光二極管來(lái)直觀的顯示繼電器是否動(dòng)作。由于一般單片機(jī)的I/O口并不具備直接帶負(fù)載能力，我們可以用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)直流繼電器。此外，因繼電器的內(nèi)部是一個(gè)線圈繞組，相當(dāng)于一個(gè)大容量的電感。而電感具有緩存電流的作用，如果電流過(guò)大則可能擊穿三極管。因此，在繼電器回路中加入一個(gè)二極管來(lái)釋放電感中的大電流。圖6-6開(kāi)關(guān)量輸出模塊圖6.2仿真結(jié)果圖6-7系統(tǒng)仿真圖經(jīng)過(guò)調(diào)試，當(dāng)變壓器一次側(cè)電壓升高，二次側(cè)及整流電路輸出電壓也隨之升高，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后如果AD值大于預(yù)先設(shè)定的值，則可認(rèn)為線路發(fā)生短路故障。此時(shí)，繼電器動(dòng)作，指示燈亮。

總結(jié)隨著中國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力建設(shè)的進(jìn)程逐漸加快。從西向東輸電、南北互供、聯(lián)合國(guó)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正在趨于穩(wěn)定。高壓及超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化,輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的安全性問(wèn)題越來(lái)越顯著,對(duì)保護(hù)圣火的表演被提出新的更高的條件。因此,高性能硬件平臺(tái)基于線保護(hù)原理研究的新成果,并使用高壓線路微機(jī)保護(hù)進(jìn)行相關(guān)的研究，具有重要的理論意義及實(shí)用研究的熱門(mén)話題。本文基于高壓保護(hù)的研究和應(yīng)用情況，進(jìn)行了詳細(xì)的細(xì)分析的，整體保護(hù)計(jì)劃的設(shè)計(jì),保護(hù)原理的研究和分析,包括保護(hù)軟件的開(kāi)發(fā)和保護(hù),新類型的高壓輸電線微型計(jì)算機(jī)保護(hù)相關(guān)研究開(kāi)發(fā)工作進(jìn)行了元件的測(cè)試及其他的側(cè)面。本文的主要研究工作和成果為：1.按照高壓線故障的特點(diǎn)和保護(hù)要求，設(shè)計(jì)了高壓線微計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置的總體方案。該方法具有完善的保護(hù)，適應(yīng)性強(qiáng)，人機(jī)交互性強(qiáng)，易于使用的特點(diǎn)。因此，該硬件平臺(tái)可以更好地滿足高壓電線保護(hù)的應(yīng)用需求。該硬件平臺(tái)采用多CPU并行工作水平的方法，資源相對(duì)滿意，具有一定的運(yùn)行穩(wěn)定性，并提供良好的硬件支持以提高保護(hù)性能。2.基于序列補(bǔ)償電壓模塊的比較的定向縱向保護(hù)原理、基于補(bǔ)償電壓分布的改進(jìn)的穩(wěn)態(tài)相位選擇方法、以及基于同時(shí)采樣三