微机继电保护设计
微机电流保护装置的设计
摘要在电力系统中，输电线路是最重要的部分，因此，输电线路的保护对于整个电力系统的稳定运行有非常重要的意义。
电力系统继电保护装置是反映电力系统故障和不正常运行状态、并且作用于断路器跳闸和发出告警信号的设备。
随着电力工业的发展和电压等级的不断升高，对微机保护装置的要求也越来越高，因此，研制出一种高性能的继电保护装置对于电力系统有重要的理论和现实意义。
论文论述了微机保护装置在国内外的发展历史和研究现状，详细的分析了短路故障的形成，原理及产生的危害，对线路设备造成的影响，以及三段式保护的相关设计原理和整定方法。
并为此设计了一套由电压、电流采集电路；A/DMAX197转换电路；数据采集电路和发光二极管显示电路组成的微机保护装置。
关键词：微机保护；三段式保护；短路故障；A/D转换；ABSTRACTIn the power system, the transmission lines is the most important part, therefore, the transmission line protection for the whole of the stable operation of the power system has a very important significance. And the safe and stable operation of the power system to the national economy and people's life and social stability has a very significant influence. Power system protection device is a reflection of the electric power system fault and not normal working conditions, and has an effect on circuit breaker tripped and issued a warning signal equipment. Along with the development of the electric power industry and the voltage level upwards, to the requirements of the microcomputer protection device more and more is also high, therefore, to develop a kind of high performance relay protection device for electric power system is of great theoretical and practical significance.This paper discusses the microcomputer protection device in the domestic and foreign development history and status, and detailed analysis of the formation of the short circuit faults, principle and dangers, the impact of the line equipment, and the protection of three design principle and relevant setting method. And for this design by a set of voltage, current acquisition circuit; A/DMAX197 transform circuit; Data acquisition circuit and leds display circuit composed of microcomputer protection device.Keywords：Microcomputer protection; Tasting protection; Short circuit fault; A/D conversion目录1 绪论 (1)1.1 微机保护的意义 (1)1.2 微机继电保护系统的发展历史及国内外研究现状 (1)1.3 微机保护装置的特点 (2)2 故障分析与保护 (4)2.1 电力系统故障分析的目的与内容 (4)2.2 短路的种类 (5)2.3 短路的危害 (6)2.4 谐波概述 (6)2.5 继电保护的分类 (7)2.5.1 线路保护 (7)2.5.2 变压器保护 (7)2.5.3 发电机保护 (8)2.5.4 母线保护 (8)3 保护原理及整定方法 (8)3.1 电流速断保护 (8)3.2 瞬时电流速断保护 ( I 段) (9)3.3 限时电流速断保护（II 段） (12)3.4 定时限过电流保护（III 段） (15)3.5 三段式电流保护的特点 (18)3.6 零序电流保护 (18)4 微机式保护设计 (19)4.1 保护装置实现的功能 (19)4.2 结构框图 (19)4.3 数据采集电路硬件设计 (20)4.3.1电压、电流采集电路 (20)4.3.2数据采集电路 (21)4.3.3硬件电路器件的介绍 (22)4.3.4 数据采集系统完成的功能 (27)4.4 按键和显示电路设计 (27)4.5 装置实现的功能 (29)4.6 装置的硬件抗干扰措施 (30)4.7 本章总结 (31)结论 (32)参考文献 (33)附录一 (35)附录二 (36)附录三 (37)附录四 (38)翻译部分英文原文 (39)中文译文 (50)致谢 (58)1 绪论1.1 微机保护的意义电力在国民经济和人民生活中处于非常重要的位置。
微机继电保护在电力系统中的应用分析
送入计算机 的电压、 行状态中， 最 常见 同时也是 最危险的故障是发生各种形式的短 器 、电流变换器等信 号传送环 节的影响 ， 这 样会 引起 计算误差 ， 尤其是非周期分 路。 在发 生短路 时可 能产 生以下后果。 故障点很大的短路 电流 电流信 号会 发生畸变 ，
高频 分量 的相 位移等 因素 的影 响使得 畸变 尤为突 和所燃 起的 电弧， 使故障元件损坏 。 短 路电流通 过非故障元件 量 的衰减 、
切除故障的时间常常要求短到十分之几秒甚至百分之几秒， 切 除故 障元件 ， 这是保证 电力系统安全 运行 的最有 效方法 之 人 员做 好继 电保 护装 置的清扫 工作 。 在 对微 机继 电保 护装 置
一
。
实践证明只有在每个 电气元件上装设保 护装置才有 可能满足这 合打扫 ， 以防止一位 工作人员打扫 时误 碰运行 设备， 导致设备 个要求。
关键词 ： 电力系统 ； 微 机继 电保 护； 应用
１ 电力系统 继 电保 护的作 用
差， 特别是在 高频情况下， 它 的分布 电容 的容抗较小， 计算结果
但 实际上， 由于 电压互感器 、 电流互感器 、 电压变换 电力系 统在 运行 中， 可能发 生各种 故障 或 处于不正常运 误差更大。
性， 引起 系统振荡， 甚至使整个系统瓦解。 在 电力系统 的运行 过程 中需要 有人 定时定期 的过去进行 电力系统 中电气元件 的正常工作环 境遭 到破坏 ， 但没有发 有效 的维护， 以保证 电力系统能够正常的运行。 对此， 有关工作 生故 障， 这种情 况属于不正常运行状 态 。 例如 ， 因负荷超过 电 人员会按照规定对微 机继电保护装 置进行定期的勘查 ， 并且还
２ 微机继电保护装置的算法运用
电力系统微型计算机继电保护
2002年4月电力系统微型计算机继电保护1.以微型计算机为核心的继电保护装置称为微型机继电保护装置。
2.交流电流交换器输出量的幅值与输入模拟电流量的幅值成正比。
3.脉冲传递函数定义为：在零初始条件下，离散系统输出响应的Z变换与输入信号的Z变换之比值4.当离散系统特征方程的根，都位于Z平面的单位圆之外时，离散系统不稳定。
5.在一个控制系统中，只要有一处或几处的信号是离散信号时，这样的控制系统称为离散_控制系统。
6.反映电力系统输电设备运行状态的模拟电气量主要有两种：来自电压互感器和电流互感器二次侧的交流电压和交流电流信号。
7.在一个采样周期内，依次对每一个模拟输入信号进行采样的采样方式称为顺序采样。
8.脉冲传递函数分子多项式为零的根，称为脉冲传递函数的零点。
9.从某一信号中，提取出有用频率成份信号的过程，称为滤波。
10.合理配置数字滤波器脉冲传递函数的零点，能够滤除输入信号中不需要的频率成份。
11.合理配置数字滤波器脉冲传递函数的极点，能够提取输入信号中需要的频率成份信号。
12.数字滤波器脉冲传递函数的零点z i在脉冲传递函数表达式中以因子1-Z i Z-1的形式出现。
13.如果设计样本的频率特性频谱的最大截止频率为fmax，则要求对设计样本的单位冲激响应h(t)进行采样时，采样频率要求大于2fmax。
14.为了提高微型机继电保护装置的抗干扰能力，在开关量输入电路中采取的隔离技术是光电隔离。
15.利用正弦函数的三个_瞬时采样值的乘积来计算正弦函数的幅值和相位的算法称为三点采样值乘积算法。
16.在电力系统正常运行时，微型机距离保护的软件程序工作在自检循环并每隔一个采样周期中断一次，进行数据采集。
17.微型机距离保护的软件程序主要有三个模块—初始化及自检循环程序、采样中断子程序和故障处理程序。
18.在电力系统正常运行时，相电流瞬时采值差的突变量起动元件△I bc等于零。
19.电力系统在非全相运行时，一旦发生故障，则健全相电流差起动元件起动。
开题报告-110kv变电站微机继电保护设计
⑴各种保护方式的确定与整定计算及电气设备的选择；
⑵如何采用微机保护装置来实现电力设备的保护。
解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ问题的思路：
⑴搜集关于变电站继电保护设计的资料，确定变电站的主接线、参数设定及阻抗计算等;
⑵确定变电站继电保护方式、主变压器的继电保护方式、设计母线的继电保护方式以及线路的继电保护设计等。
5、设计母线和线路的保护及微机保护，初步选定微机型号为南瑞RCS-915系列，以及母线保护的整定计算。
6、断路器、隔离开关的控制及操作回路设计，互感器的配置与接线设计，微机保护、测控及操作箱（PCS系列）的联系方案。
7、将外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至A/D变换器，CPU经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种测量数据。
进度计划：
1、整理资料，确定设计的大体方向及内容，完成毕业设计开题报告。
2、查看资料，掌握所需的设计理论知识。
3、变电站的参数设定，阻抗计算，设计线路的保护及整定计算。
4、主变压器的继电保护及微机保护设计，初步选定微机型号为南瑞RCS-9000系列中的RCS-9671为主保护，RCS-9681为后备保护，RCS-9682为低压侧后备保护等，变压器博湖的整定计算。
1．本报告必须由承担毕业论文（设计）课程任务的学生在正式开始做论文（设计）前独立撰写完成，交指导教师审阅、学院审查。
2．每篇毕业论文（设计）课题撰写本报告一份，作为指导教师、学院审查学生能否承担该毕业论文（设计）课题任务的依据，并接受学校的抽查。
国外继电保护发展较早，继电保护技术已经经过了机电式、半导体式、微机式等三个发展阶段。
电力系统微机继电保护课程设计
电力系统微机继电保护课程设计一、绪论为了提高电力系统运行的可靠性和安全性，保护措施是不可或缺的一部分。
在电力系统中，继电保护是其中最重要的一种保护措施。
继电保护的核心是电路保护，主要包括潮流保护和差动保护两大类。
然而，由于电力系统的复杂性，基于传统继电保护的方法难以满足当前电力系统的保护要求。
因此，微机继电保护的出现，为电力系统保护和安全稳定运行提供了新的技术手段。
二、微机继电保护原理微机继电保护是电力系统中采用电子技术实现的高速、准确地检测故障和定位故障位置的自动化设备。
其原理是在故障的瞬间，通过采集电力系统中的各种信号，并对其进行快速的计算和分析，最终实现对电力系统有序、快速、准确的保护。
其中，微机继电保护的核心是数字信号处理器（DSP）和程序控制器，通过高速计算和分析电力系统中各种数据，最终实现对电力系统的保护。
三、课程设计任务1. 设计任务设计一台基于微机继电保护的电路保护系统，实现对电力系统中的故障进行快速的检测和定位，并保障电力系统的安全稳定运行。
2. 设计内容本次课程设计主要涉及以下内容：1.潮流保护的设计2.差动保护的设计3.基于DSP的高速计算技术4.程序控制器的设计3. 设计思路本次课程设计的思路是：在故障的瞬间，通过采集电力系统中各种信号（如电压、电流等），并通过潮流保护和差动保护等方式对其进行分析，最终实现电力系统的保护。
同时，电路保护系统通过DSP和程序控制器的协同控制，实现对电路保护过程的快速问题诊断。
本次课程设计的关键技术是程序控制器和DSP技术。
四、设计实现步骤1. 选题本次课程设计选题为电力系统微机继电保护课程设计。
2. 分工合作在确定选题之后，按照小组成员的各自特长和兴趣分配任务，各自完成设计和编程任务。
3. 设计和编程根据选题确定设计思路，开始进行电路保护系统的潮流保护和差动保护的设计和编程。
4. 单元测试设计和编程完成后，进行单元测试，分别测试各个模块的功能是否正常。
变压器微机继电保护研究
３ １ 控 制 回路异常告警 ． １
通过外接断路器跳、合闸线圈采集断路器 的跳位与合位，当控制电源及断路器位置辅助 触点正常时，必有且只有一个跳位或合位 ； 否 则， ３ｓ 经 延时报控制回路异常告警信号， 异常
不闭锁保护。 ３ ２ 非 电量保护 ． １ 继电器微机 保护系统应 该具有重 瓦斯 、 压
（ ） 一
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特性 ３非常反时限 ） ：— （ ： ￡
特 性 ４极端 反时限 ） ＝ （ ： ｔ
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ｆ ３ １员保记 ， ， 家李等． 适应 分相 电流差 王钢 贺 自 动保护 的研 究ｍ忠 力 系统 自 动化 ， ９（０ １ ９１） ９ ［ ４ 】隋风 海． 变电站故 障的远后备 保护田 电力 系 ．
，
能够在数据总线上交流，配合监控软件可以组 成变电站 自动化系统。（＞ ２保护原理先进， 配置 合理 、 完善， 既能满足大网的运行要求 。 也能适 应小网特别是小水电网的要求。（） ３结构可靠。 密封好， 具有良好的抗干扰和防尘能力。（） ４减 小安装尺寸。分布式安装时可直接装于开关柜 上， 集中组屏时可减少屏数。 降低造价。（ 用 ５ Ｅ 与操作简单 ， 适应低电压等级运行人员的技术
Ｔ ｖ断线返回。 ４结语 变压 器微 机机 电保护 系统应 采用 统一 规
划 、ｋｉ 万 实施 的原则开发实施 。 Ｉｉ － 系统框架应采用 模块化设计， 具有良好的开放性和可扩充性。 在 制定设计方 案时要求 做到： （） １满足变电站综合自动化的要求， 有按标 准规约制定的网络接口。 所有保护的运行数据
水平 。
参 考 文献
ｆ １ １张邦荣． 组合电器在电网改造 中的应 用及相
开题报告-110kv变电站微机继电保护设计
⑷主变压器微机保护设计，母线微机保护设计
⑸中央信号系统的设计及设备装置的选型
3．工作方案及进度计划
工作方案：根据继电保护的特点，使电力系统的电压等级选择相应的硬件，保证电力系统的稳定运行，计算电力系统的短路电流且选择合适的电气设备，把整定值输入电力系统的微机保护装置中，使电力系统安全、稳定的运行。
主要研究的问题：确定继电保护方式；变压器、母线及线路保护方式确定；设备和线路保护整定计算。难点在于：
⑴各种保护方式的确定与整定计算及电气设备的选择；
⑵如何采用微机保护装置来实现电力设备的保护。
解决问题的思路：
⑴搜集关于变电站继电保护设计的资料，确定变电站的主接线、参数设定及阻抗计算等;
⑵确定变电站继电保护方式、主变压器的继电保护方式、设计母线的继电保护方式以及线路的继电保护设计等。
⑵半导体式：20世纪50年代后，出现了晶体管保护装置。这种装置体积小、动作快、无机械转动部分。经过20余年的研究与实践，晶体管保护装置的抗干扰问题从理论和实际都得到了满意的解决。到了20世纪80年代后期，静态继电保护装置由晶体管式向集成电路式过渡，成为静态继电保护的主要形式
⑶微机式：20世纪60年代末，提出了小型计算机实现继电保护的设想，但由于价格昂贵难于实际采用。但随着微处理器技术的快速发展，在20世纪70年代后期，便出现了性能比较完善的微机保护样机并投入运行。20世纪80年代微机保护在硬软件技术方面已趋成熟，进入90年代，微机保护已被大量应用，主运算器由8位机，16位机发展到目前的32位机。数据转换与处理器件由A/D转换器，压频转换器(VFC)，发展到数字信号处理器(DSP)。
2．本课题主要研究方法、研究手段和需要重点研究的问题及解决的思路
第三章 微机继电保护基础
跟随器的输入阻抗很高（达 1010 ）， 输出阻抗很低（最大 ），因而A1对输入 6 u sr 来说是高阻抗；而在采样状态时，对 信号 C h 为低阻抗充电，故可快速采样。又 电容器 由于A2的缓冲和隔离作用，使电路有较好的 保持性能。
SA为场效应晶体管模拟开关，由运算放大器A3 驱动。A3的逻辑输入端 S / H 由外部电路（通常可 C h 处于 由定时器）按一定时序控制，进而控制着 采样或保持状态。符号 表示该端子有双重功 S/H 能，即 S/H S / H ＝“1”电平为采样（Sample）功能, ＝“0”电平为保持（Hold）功能。某个符号 上面带一横，表示该功能为低电平有效，这是数字 电路的习惯表示法。
A1和A2的接法实质相同，在采样状态（SA接通时），A1 的反相输入端从A2输出端经电阻器R获得负反馈，使输出跟 踪输入电压。在SA断开后的保持阶段，虽然模拟量输入仍 在变化，但A2的输出电压却不再变化，这样A1不再从A2的 输出端获得负反馈,为此在A1的输出端和反相输入端之间跨 接了两个反向并联的二极管，直接从A1的输出端经过二极 管获得负反馈，以防止A1进入饱和区，同时配合电阻器R起 到隔离第二级输出与第一级 fmax
目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种 情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器（Low Pass Fliter， LPF）将高频分量滤掉，这样就可以降低 f S 。实际 上，由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图3-1中 的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉 f S / 2 以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附 近来。低于 f S / 2 的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波 来滤除。
由于Z g 很小，所以共模干扰信号对变 换器二次侧的影响得到了极大的抑制。这 样中间变换器还起到屏蔽和隔离共模干扰 信号的作用，可提高交流回路的可靠性。
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微机继电保护设计
微机继电保护系统是一种利用微机技术和数字保护装置实现电力系统故障保护的智能化设备。
其主要功能是通过对电力系统进行监测和数据处理，及时发现故障、保护设备和系统。
本文将介绍微机继电保护系统的设计原理和步骤。
一、设计原理：
1.数据采集：通过传感器、测量仪表等设备采集电力系统的各种电气量，包括电流、电压、频率等。
2.数据处理：将采集到的数据传送给微机，经过数据处理，得到相应的电力系统状态信息。
3.故障诊断：根据电力系统状态信息，判断电力系统是否发生故障，并进行故障诊断，确定故障类型和位置。
4.保护动作：根据故障诊断结果，采取相应的保护措施，对故障设备或电力系统进行保护动作。
5.通信传输：将保护动作信号传输给相应的开关设备，实现快速的故障断开和电力系统恢复。
二、设计步骤：
1.需求分析：根据电力系统的类型和规模，确定微机继电保护系统的需求、功能和性能要求，包括保护范围、保护速度、可靠性等。
2.系统结构设计：根据需求分析结果，确定微机继电保护系统的整体结构和组成，包括硬件部分和软件部分。
3.硬件设计：选择适合的硬件设备，并设计电路连接方式和信号接口，保证数据的准确采集和传输。
4.软件设计：根据系统需求，编写相应的软件程序，实现数据处理、
故障诊断和保护动作等功能。
5.系统测试：对设计的微机继电保护系统进行全面的测试，包括功能
测试、性能测试和可靠性测试，确保系统的稳定性和有效性。
6.系统改进和优化：根据测试结果和用户反馈，对系统进行改进和优化，提高系统的性能和可靠性，并满足不同用户的需求。
三、设计考虑因素：
在设计微机继电保护系统时，需要考虑以下几个因素：
1.保护范围：根据电力系统的规模和拓扑结构，确定保护范围和保护
对象。
2.保护速度：保护系统需要具备快速的故障检测和保护动作能力，以
减少故障对电力系统造成的损害。
3.抗干扰能力：保护系统需要具备较强的抗干扰能力，以保证数据的
准确采集和处理。
4.可靠性：保护系统需要具备较高的可靠性，以保证系统的稳定运行
和故障保护效果。
5.通信传输：保护系统需要与电力系统的开关设备进行通信传输，保
证及时的保护动作信号传送和故障恢复。
四、设计实例：
以电力系统的高压线路为例，设计一套微机继电保护系统。
1.需求分析：根据该高压线路的规模和运行特点，确定保护范围为线
路故障保护和差动保护，保护速度为毫秒级，可靠性要求高。
2.系统结构设计：采用分布式的微机继电保护系统结构，包括主站和
分站，主站负责整体控制和数据处理，分站负责数据采集和局部保护动作。
3.硬件设计：选择适合的数字保护装置，并设计信号接口和通信连接
方式，保证数据的准确采集和传输。
4.软件设计：根据系统需求，编写相应的软件程序，实现数据处理、
故障诊断和保护动作等功能，同时考虑通信协议和数据传输方式。
5.系统测试：对设计的微机继电保护系统进行全面的测试，包括线路
故障模拟、保护动作检验和性能测试等，确保系统的稳定性和有效性。
6.系统改进和优化：根据测试结果和用户反馈，对系统进行改进和优化，提高系统的性能和可靠性，并满足不同用户的需求。
通过以上的设计原理、步骤和考虑因素，能够设计一套功能强大、可
靠性高的微机继电保护系统，提高电力系统的安全稳定运行。