庆云水电站微机保护设计
摘要
微型机保护的主要部分是微型计算机本体。微型机是被用来分析计算电力系统的相关电量并判定系统是否发生故障，然后决定是否发出跳闸信号的主要装置。除计算机本体外，还必须配备自电力系统向计算机送进有关信息的输入接口部分和向电力系统送出控制信息的输出接口部分。此外计算机还要输入有关计算和操作程序，输出记录的信息，以供运行人员分析事故，即计算机还必须有人机联系部分。总的来说就是由数据采集系统、微型机主系统、开关量（或数字量）输入/输出系统构成。本次设计的课题是庆云水电站输电线路微机保护设计，主要包括电气一次主接线方案，进行电气一次短路电流计算和电气设备选型，线路微机保护配置、短路电流计算、保护整定计算。主变压器微机保护配置、短路电流计算、保护整定计算等。
关键词:短路电流;变电所;设备选择；微机保护
Abstract
The main part of microcomputer protection is microcomputer body. Microcomputer is the main device which is used to analyze and calculate the relevant electric quantity of the power system and determine whether the system has a fault, and then determine whether to send a trip signal. In addition to the computer book, it must also be equipped with the input interface part for sending relevant information from the power system to the computer and the output interface part for sending control information to the power system. In addition, the computer must input the relevant calculation and operation procedures, and output the recorded information for the operators to analyze the accident, that is, the computer must also have the human-computer contact part. Generally speaking, it is composed of data acquisition system, microcomputer main system, switch (or digital) input / output system. The subject of this design is the computer protection design of the transmission line of Qingyun hydropower station, which mainly includes the primary electrical connection scheme, the calculation of the primary short circuit current and the selection of electrical equipment, the configuration of the line computer protection, the calculation of the short circuit current and the calculation of the protection setting. Main transformer microcomputer protection configuration, short circuit current calculation, protection setting calculation, etc.
Key words: short circuit current; substation; equipment selection; microcomputer protection
目录
第一章 微型机继电保护概述 5
1.1微型机继电保护的发展 5
1.2微型机继电保护的基本构成 5
1.3对微型机保护的评价 5
1.3.1微型机保护的特点 5
1.3.2微型机保护的技术进步与新概念 6
1.3.3微型机保护的前景与展望 7
第二章 庆云水电站微机参数 2
2.1建设规模 2
2.2系统接线 2
2.3主要设备参数： 2
第三章 庆云水电站电力系统微机保护装置简介 3
3.1庆云水电站电力系统微机保护装置简图 3
3.2庆云水电站电力系统微机保护装置的使用范围 4
3.3硬件和软件 5
3.4功能 5
3.5技术指标 5
第四章 人机接口说明 8
4.1面板说明 8
4.2显示菜单说明 9
第五章 保护原理 17
5.1110kv变压器保护 17
5.2零序电流保护 18
5.3过负荷保护 19
第六章 防雷保护和接地装置计算 20
6.1变电所的防雷设计原则和主要防雷设备 20
6.2变电所的防雷设计 20
6.3避雷器 21
6.3.1对避雷器的基本要求 21
6.3.2各种避雷器的主要应用场合 21
6.3.3为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件 22
6.4避雷器的选择 22
1）额定电压 22
2）灭弧电压 22
3）工频放电电压 22
4）冲击放电电压 23
6.5接地网 23
设计心得 25
参考文献： 26
第一章 微型机继电保护概述
1.1微型机继电保护的发展
微型机保护是指将微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。国内在微型机保护方面的研究工作起步较晚，但进展很快。自从1984年第一套微型机线路保护装置在河北马头电厂投入运行以来，我国微型机继电保护的发展已经历了28年的历史，整个发展过程大体上经历了三个阶段：第一阶段为以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式的AD574(12位或8位）芯片构成，硬件及软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”设计标准，其代表产品 WXB．01，WXH．1A型微型机高压输电线路保护装置；第二阶段为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统为VFC电压-频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件及软件的设计方面吸取了WXB．01型微型机保护装置的成功运行经验，针对01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施，其代表产品为WXB．11、WXH． 1X型微型机高压线路保护装置和LFP．900系列保护装置；第三阶段为以高性能的32位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不引出芯片，电路简单的特点，抗干扰能力进一步加强，完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境，其代表产品为CSL及CST系列保护装置。
十几年来，微型机继电保护的研究方向侧重于高压输电线路保护方面，目前在全国各大电力系统中投入运行的微型机线路保护装置以超过数千套。近年来，各个制造厂家相继推出了中低压网的微型机保护装置。这些产品基本上可以分为两种方式，一种方式为“一对一”方式，即一套装置实现一条线路的保护：另一种方式为“一对N”方式，即一套装置实现多条线路的保护。由于中低压线路保护的使用面广，且大多处于电力系统的基层运行单位，这些单位的技术水平，运行维护管理能力，调试及检测仪器设备均相对偏低。因此中低压系统的微型机保护宜于采用积木式结构，对不同要求的用户可选用不同的插件组合，使用户的调试维护工作量尽量减少，使微型机保护成为“免维护”保护装置。另外，低压网的微型机保护可能安装于一次设备旁边，因此对其抗干扰水平提出了更高的要求。由于中低压网的用户广泛，并且考虑到无人值班变电站，首先在较低电压等级的变电站推广，所以中低压微型机保护可望出现一个新局面。
1.2微型机继电保护的基本构成
微型机保护的主要部分是微型计算机本体。微型机是被用来分析计算电力系统的相关电量并判定系统是否发生故障，然后决定是否发出跳闸信号的主要装置。除计算机本体外，还必须配备自电力系统向计算机送进有关信息的输入接口部分和向电力系统送出控制信息的输出接口部分。此外计算机还要输入有关计算和操作程序，输出记录的信息，以供运行人员分析事故，即计算机还必须有人机联系部分。总的来说就是由数据采集系统、微型机主系统、开关量（或数字量）输入/输出系统构成。
1.3对微型机保护的评价
微型机保护在我国已获得极其广泛的应用。微型机保护在发展过程中继承、借鉴了模拟式保护的成熟经验，由于微型机的优越性把继电保护的技术向前推进。实践已证明微型机保护的性能显著优于传统的保护。
1.3.1微型机保护的特点
微型机保护的优缺点如下。优点是：
①程序可实现自适应性，可依系统运行状态而自动改变整定值和特性，灵活性大；
②有可存取的存储器；
③在现场可灵活地改变继电器特性；
④用数学方程方法较之用继电器元件特性方法可以使保护性能得到更大的改进；
⑤有自检的能力，对硬件各部分和程序（包括功能、逻辑等）不断地进行自动检测，一旦发现异常就会自动报警；
⑥有利于事故后分析；
⑦可与计算机交换信息；
⑧对现有硬件可增加其功能；
缺点和问题：
①与传统的保护有根本性的背离；
②对硬件和软件都要求高度可靠；
③硬件很快变成过时；
微型机保护的优缺点一方面决定于技术本身，另一方面与各国的技术经济发展状况有关。微型机保护和传统保护相比还有两大特点：
(1)保护中的各项功能(相应于传统保护中的元件)都是由软件实现的；
(2)保护中的各项功能是按程序规定的顺序依次串行(在传统保护中是并行)工作的。
1.3.2微型机保护的技术进步与新概念
微型机的应用给线路保护带来以下几个方面的技术进步和新概念。
①由软件实现的功能性能稳定、优越。机械型继电器的运动机构可能失灵，触点可能接触不良，模拟式静态继电器的元器件和电路可能有故障。微型机保护中的功能是由软件实现的，没有上述缺陷。批量生产的保护装置程序相同，各功能的特性一致，不受温度等影响，所以性能稳定。复杂的微型机保护都采集到齐全的交流信息，于是只要写出一项功能的动作判据的数字表达式，CPU按保护算法进行计算就实现了该项功能。如果输入交流量已经过滤波，数据窗中数据完整，那么每一采样间隔对判据的计算结果都相同。
从这一点说各项功能的动作都与短路发生时的初相角无关，动作后输出连续脉冲。当然滤波和保护算法要求的数据窗宽度会影响动作速度，继电器特性复杂，精度要求高，会带来动作的延时。在故障切除时返回也回需要延时。
②逻辑判断清楚、正确。
在复杂的保护中，要对若干相关继电器的动作作出逻辑判断，才能决定保护是否出口跳闸。机械型保护由触点构成逻辑回路，模拟式静态保护由门电路构成逻辑电路。在微型机保护中主要由程序作逻辑判断。不论逻辑关系如何复杂，在微型机保护中都可按人的思维逻辑编写程序，十分自然不会出错，要注意的是设置的标志要在适当时候清除，否则下一次执行程序时要出现错误。不论保护如何复杂，只要许多功能之间复杂逻辑关系都编制在一个程序中，都能正确反映设计思想，并且程序被正确地复制于成批生产的各套保护装置之中，所以与传统保护相比较，微型机的应用使线路的保护得到简化，继电保护的正确率必将得到提高。
③微型机能对输入的电气量进行数值计算，可以实现传统保护无法实现的优良性能。
微型机保护既能对以瞬时值也能对以相量表达的数据进行计算，不仅能计算交流输入量也能计算其对时间的导数和积分值。微型机可方便的贮存数据因而不仅可以记忆相量的相位也可记忆其幅值，所以微型机保护可以实现传统保护无法实现的良好性能。
④微型机保护可不考虑个别元件的功能失灵。
在机械型和模拟式静态保护中每一元件都是由独自的硬件实现的，因此为了保证可靠性常常要考虑个别元件的失灵问题。例如，对于电流保护要不要加方向元件的问题，加方向元件后电流元件的整定就可不考虑反方向故障，不与背后保护配合，可以提高保护的灵敏性或缩短动作时间。但万一方向元件失灵就会导致保护的拒动，机械型方向继电器还有电压死区问题，因此传统的习惯是能不带方向性就不加方向元件。
微型机保护增加一个方向判别的功能只是多计算一个方向判据。只要采集的电流、电压经变换后得到的数值是正确的，代入判据进行计算，其结果是不会出错的，也不会带来机械上的或回路上的故障，因此在微型机保护中增加方向性应当说是有益无害的。在一个庞大的保护程序中有关关方向判据的少数语句出现障碍的可能性是很小的。因干扰等原因，程序走飞了的情况也许会发生，但出现那种情况就不是有无方向判据功能的问题了。
⑤可以增加功能实现多重判别，完善保护性能。在传统保护中每一元件都由独自的硬件构成，为了不使保护过于复杂，希望所采用的元件的性能应尽可能的适应各种工况下的各种故障。在微型机保护中既然各种功能都是由软件实现的，而软件又十分可靠，所以只要及时允许就可以增加功能实现多重判别，获得完善的保护性能。
⑥简化定期校验、延长检验周期。继电器的动作特性是从其动作判据推导出来的，继电器的动作是微型机直接按动作判据进行数学运算所得的结果，所以没有必要用试验的方法来检验继电器进而取得动作特性。微型机保护中的继电器是由软件实现的，继电器的动作没有机械障碍，也没有电路元件参数失调的问题，不同相别继电器的特性没有差别，批量生产的装置由于程序相同，继电器特性包括逻辑回路也一定完全相同。对微型机保护的检验主要是检验各个通道（交流量、开关量、输入和输出)是否良好，确认各项功能是否按设计要求正确起作用，检验的项目和内容和传统保护相比可大大精简，检验周期可以延长。
参考文献：
[1] 刘介才.工厂供电.机械工业出版社，2007
[2] 刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，2004
[3] 中华人民共和国能源部.电工培训教材(上、下册).辽宁科学技术出版，1992
[4] 董锦凤.毕业论文设计指导.西安电子科技大学出版社, 2005
[5] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南. 中国水利水电出版社，2008
[6] 杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用.中国电力出版社，2006
[7] 许建安.电力系统微机继电保护（第二版）.中国水利水电出版社.2008.4
[8] 许继集团公司.WDJS-8000电力系统自动装置自动化实验系统.许继工控公司.2010.10
[9] 许继集团公司.WXH-820系统微机线路保护测控装置.许继工控公司.2010.10
附录
附录1：变压器微机保护原理图
附录2：线路微机保护原理图
附录3：防雷平面设计图
