论文总字数：18829字

摘 要

随着人民日益增长的物质文化需要和生活水平的提高，电力网络的规模变得越来越庞大，这也使得电力系统拥有了更加复杂化的运行方式。继电保护装置是保障电力系统安全稳定运行的重要环节，复压过流保护是继电保护的一种，常用作主变压器各侧及其出线的后备保护。相较于普通的过流保护，复压过流保护具有更好的可靠性；对于保护区域内发生不对称故障时，复压过流保护具有不错的灵敏性，且复压过流保护具有接线简单的优点，故在电力系统中应用极为广泛。但当复压过流保护作为本侧出线的后备保护时，其对本侧出线发生三相短路故障时灵敏度不足；而且当其作为变压器各侧及出线的后备保护时，保护动作时限过长。

本文对复压过流保护装置进行了以下三个方面的研究：复压过流保护装置的硬件结构、复压过流保护的软件设计以及复压过流保护装置在电力系统中的应用。在硬件结构方面，本文主要介绍了其整体构架、装置接线端子排布及说明，定值及其整定等，其中包括了保护定值的整定计算方法、相关通讯参数的整定方法及辅助参数整定方法等；根据复压过流保护装置的各个模块的实现逻辑，完成了软件程序的开发设计，其中主要包括软件的主程序设计、采样传输中断下的服务子程序设计及故障处理程序设计，且在软件的主程序设计中，引入正序分量的幅值补偿和方向判别的在线计算，有效改善复压过流保护对本侧出线发生三相短路故障时灵敏度不足的问题。通过对比常用数据处理算法的优缺点,选定傅里叶算法作为离线服务子程序的算法。在MATLB Simulink的仿真环境下对复压过流保护装置进行验证，确保复压过流保护装置在故障情况下能够做到不误动、不拒动，对保护的动作逻辑进行了研究，并分析了各模块的作用。

关键词:复压过流；保护装置；虚拟仿真；设计

Virtual Simulation of Complex Voltage Overcurrent Protection Device

Abstract

With the increasing material and cultural needs of the people and the improvement of living standards, the scale of the power network has become larger and larger, which also makes the power system have a more complicated operation mode. The relay protection device is an important link to ensure the safe and stable operation of the power system. The multiple-voltage over-current protection is a type of relay protection, which is often used as backup protection for each side of the main transformer and its outlet. Compared with ordinary over-current protection, the multiple-voltage over-current protection has better reliability; when an asymmetric fault occurs in the protection area, the multiple-voltage over-current protection has good sensitivity, and the multiple-voltage over-current protection has wiring The advantages of simplicity, so it is extremely widely used in power systems. However, when the multiple voltage overcurrent protection is used as the backup protection for the outgoing line on the local side, its sensitivity to the outgoing line on the local side is insufficient when a three-phase short-circuit fault occurs; and when it is used as the backup protection for each side of the transformer and the outgoing line, the protection action time limit is too long.

This paper studies the following three aspects of the compound voltage overcurrent protection device: the hardware structure of the compound voltage overcurrent protection device, the software design of the compound voltage overcurrent protection and the application of the compound voltage overcurrent protection device in the power system. In terms of hardware structure, this article mainly introduces its overall structure, device wiring terminal arrangement and description, setting and setting, etc., including the setting calculation method of the protection setting, the setting method of related communication parameters and the setting method of auxiliary parameters According to the implementation logic of each module of the multiple voltage overcurrent protection device, the development and design of the software program is completed, which mainly includes the main program design of the software, the design of the service subprogram under the sampling transmission interruption, and the design of the fault handling program. In the main program design of the software, the online calculation of the amplitude compensation and direction discrimination of the positive sequence component is introduced to effectively improve the insufficient sensitivity of the complex voltage overcurrent protection to the three-phase short circuit fault of the outlet on the side. By comparing the advantages and disadvantages of commonly used data processing algorithms, the Fourier algorithm is selected as the algorithm of the offline service subroutine. In the simulation environment of MATLB Simulink, the multiple-voltage over-current protection device is verified to ensure that the multiple-voltage over-current protection device can not malfunction or refuse to operate in the event of a fault. The operation logic of the protection is studied and analyzed. The role of each module.

Keywords: Design Compressional overcurrent; Protective device; Virtual simulation; design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章引言 1

1.1 复压过流保护装置简介 1

1.2 选题的背景和意义 1

1.3 国内外研究综述 1

1.3.1国外研究现状 2

1.3.2国内研究现状 2

1.4本文主要研究内容 3

1.5章节安排 3

第二章 复压过流保护装置的整体规划 5

2.1 复压过流保护装置的基本构成 5

2.2复压过流保护装置的基本要求 5

2.3复压过流保护装置的动作逻辑 5

第三章 复压过流保护装置的硬件设计 6

3.1硬件框架 6

3.2硬件外观 6

3.3调试接口 7

3.4装置内部模件说明 7

3.5 装置结构尺寸 9

第四章 复压过流保护装置的软件设计 10

4.1 软件的模块化 10

4.2复压过流保护装置软件的模块化设计 10

4.3复压过流保护装置的控制算法设计 10

4.3.1 采样算法说明 11

4.4复压过流保护装置的控制程序设计 13

4.4.1主程序设计 13

4.4.2交流数据采集程序设计 15

4.4.3中断程序设计 16

4.4.4通讯程序设计 18

第五章 实验仿真结果 20

5.1仿真软件 20

5.2仿真准备 20

5.2仿真记录 22

5.3仿真分析 27

5.4本章小结 27

第六章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 30

第一章 引言

1.1 复压过流保护装置简介

继电保护装置作为变电站的重要组成部分，在实现对故障一次设备的快速隔离，实现人身安全和设备安全，保障无故障部分正常稳定运行等方面发挥着重大作用。继电保护装置能够有效确保系统安全稳定，而且运维成本低，运行能耗低。继电保护分为主保护和后备保护。主保护能够在第一时间内迅速切除故障一次设备。当出现主保护拒动或断路器拒动的情况时，后备保护就会代替主保护，延时切除故障。在工程应用中，复压过流保护是一种典型的后备保护，常用作较高电压等级变压器及其相连母线和出线的后备保护。

复压过流保护一部分是多段过流保护，当电力系统发生故障时，流变采集的电流幅值增加，当电流幅值大于保护电流整定值时，中间继电器KA常开触点闭合。第二部分是复压逻辑，通过电压判据増加保护装置故障区分度，増加适应性。当系统发生短路故障时，系统电压会降低。因此，通过负序电压大于整定值来区分不对称故障，例如单相短路时，会产生负序电压，负序电压大于整定值时，KV常闭触点闭合。通过正序电压小于整定值区分三相对称故障，例如三相对称短路故障时，系统电压降低，当正序电压小于整定值时，KV常闭触点闭合。复压过流保护可靠性优于过流保护，当系统内单台或多台大容量发电机启动时，有可能造成系统过负荷。这时，过流保护有可能发生误动作，造成开关跳闸。而复压过流保护则具有更高的可靠性，不会发生误动作。

1.2 选题的背景和意义

随着电力系统数字化转型的不断进步，变电站愈发智能化，并通过计算机的软硬件与通信系统及多种微机保护装置实现自动化。继电保护装置作为变电站的重要组成部分，在实现对故障一次设备的快速隔离，实现人身安全和设备安全，保障无故障部分正常稳定运行等方面发挥着重大作用。继电保护装置能够有效确保系统安全稳定，而且运维成本低，运行能耗低。复压过流保护作为一种常用的后备继电保护，其具有的杰出灵敏性与可靠性。其一部分是多段过流保护，当电力系统发生故障时，流变采集的电流幅值增加，当电流幅值大于保护电流整定值时，中间继电器KA常开触点闭合。第二部分是复压逻辑，通过电压判据増加保护装置故障区分度，増加适应性。但复压过流保护作为本侧出线的后备保护，其对出线三相短路灵敏度不足。在研究和开发复压过流保护装置的时候，要仔细考虑其对出线三相短路灵敏度不足的问题。

1.3 国内外研究综述

1.3.1国外研究现状

上世纪七八十年代，国外就有公司开始针对保护自动化系统进行开发试验。上世纪70年代末，Siemens提出一种具有代表性的研究成果，即全分散式控制系统。适用于各电压等级的变电站，全分散式控制系统对各电压等级下的一次断路器附近的“Unit”进行数据采集，并基于分散布置，采取保护措施，控制各项并行任务高效运行，遥测收集保护措施数据。并通过光缆传送到变电站集控运算器，中心的集控主机发送指令到站控层中的各台计算机并加以执行。因为通过光缆传输，全分散式控制系统数据传输具有较强的抗干扰能力。美国West House公司和国家电力科学院合作研发了变电站保护控制一体化系统，并在美国电网取得良好的应用反馈。日本三菱电气主导研发了SDS2QR保护和控制综合自动化系统，经过一系列严苛的现场运行调试，在70年代末推出商用。

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