微机母线保护装置的研究与开发
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摘要
随着电网规模的不断扩大,母线故障对电气设备的损害及对电网稳定运行的危害日益严重,电力系统对母线保护的要求也越来越高,因此研制一套基于高性能硬件平台的新型微机母线保护装置具有非常重要的意义。
本文首先在分析现行微机母线保护装置的基础上,提出了研制一套新型微机母线保护装置的总体方案,并根据各种母线保护原理的特点确定出适用于本装置的最佳原理,即以分相瞬时值比率差动元件为主的电流差动保护原理。
目前,电网广泛使用的微机母线保护装置都是以引入的隔离刀闸辅助接点作为主要判据来实现微机母线保护自适应运行的,该方法虽然直接有效但其可靠性不尽如人意。针对这一问题,本文提出了一种新的自适应运行方案,使用电流瞬时值来检出有流支路,再利用递归算法算出两段平衡的小差,然后对两段小差不断进行平衡校验。该方案可以最大限度地降低母线保护装置对刀闸辅助接点的依赖,从而提高整套保护装置运行的可靠性。
在新的硬件平台下,本文对适用于微机母线保护的几种滤波算法做了分析比较并进行了仿真试验,综合计算精度、响应时间和运算量这三个指标,并根据其性能比较结果筛选出一种适合新型微机母线保护装置的最佳算法。
最后,本文对保护装置的主机和管理机分别进行了软件设计,给出了中断服
务程序和故障计算程序的流程图以及管理机软件的框架结构,并介绍了主机板和
管理板之间的通讯方式。
本文所研制的新型微机母线保护装置适用于目前国内各种电压等级和接线方式
的母线,对目前母线保护中存在的急需解决的问题如母线保护的灵敏度、可靠性和
快速性等提出的解决方案也切实有效,是一套性能优良的保护装置。
关键词:微机母线保护,保护原理,白适应运行,算法
With continuous enlargement of the scale of power network, the damage of bus-bar fault to electrical equipment and steady operation of power network is increasingly severe. The requirement of power system to bus-bar protection becomes stricter and stricter. It is of great significance to develop a set of new style digital bus-bar protection device based on high performance hardware platform.Firstly, the paper analysis several digital bus-bar protection which serving now, and on the basis of that,a set of new protection scheme is presented. According to characters of all kinds of bus-bar protection principles, the paper selects the best one which can be applied to this device, that is current difference protection principle which relies mainly on ratio difference component.And then, Traditional digital busbar protection device, which is widely used in the power networks, is based on the introduced auxiliary contacts of switch for realization of busbar protection adaptive to operation. Though it is direct and efficient, this method still has many limitations. In order to enhance reliability, this paper presents a new realization scheme. The scheme using current instantaneous value to detect the branch circuit which is serving, and the branch circuit permuted and combinated with recursion algorithm till the difference of each busbar balances. Then, the balance of the current difference is continuously verified. The scheme can reduce dependence of busbar protection device on auxiliary contacts of switch and increase the reliability of operation.Further more, on the base of new hardware platform,several algorithms for filter the waves that adapt to bus-bar protection are carried out to experiment in this paper, take precision, response speed and amount of calculation into account ,and with reference to comparison result of performance, the best scheme of algorithm is
determined.At last, software of CPU and HOST is designed in this paper, and interrupt service programme and the failure calculation programme are also presented in the paper. In addition, the mode of communication between CPU and HOST is also introduced.The new style digital bus-bar protection device that designed in this paper is applicable to all kinds of voltage step and connection mode of bus-bar in our country. Some resolutions are presented for several problems such as sensitivity reliability and rapidity which exist in bus-bar protection, and they are practical and efficient. In a word, it's a set of device which possess of good performance.
本文首先在分析现行微机母线保护装置的基础上,提出了研制一套新型微机母线保护装置的总体方案,并根据各种母线保护原理的特点确定出适用于本装置的最佳原理,即以分相瞬时值比率差动元件为主的电流差动保护原理。
目前,电网广泛使用的微机母线保护装置都是以引入的隔离刀闸辅助接点作为主要判据来实现微机母线保护自适应运行的,该方法虽然直接有效但其可靠性不尽如人意。针对这一问题,本文提出了一种新的自适应运行方案,使用电流瞬时值来检出有流支路,再利用递归算法算出两段平衡的小差,然后对两段小差不断进行平衡校验。该方案可以最大限度地降低母线保护装置对刀闸辅助接点的依赖,从而提高整套保护装置运行的可靠性。
在新的硬件平台下,本文对适用于微机母线保护的几种滤波算法做了分析比较并进行了仿真试验,综合计算精度、响应时间和运算量这三个指标,并根据其性能比较结果筛选出一种适合新型微机母线保护装置的最佳算法。
最后,本文对保护装置的主机和管理机分别进行了软件设计,给出了中断服
务程序和故障计算程序的流程图以及管理机软件的框架结构,并介绍了主机板和
管理板之间的通讯方式。
本文所研制的新型微机母线保护装置适用于目前国内各种电压等级和接线方式
的母线,对目前母线保护中存在的急需解决的问题如母线保护的灵敏度、可靠性和
快速性等提出的解决方案也切实有效,是一套性能优良的保护装置。
关键词:微机母线保护,保护原理,白适应运行,算法
With continuous enlargement of the scale of power network, the damage of bus-bar fault to electrical equipment and steady operation of power network is increasingly severe. The requirement of power system to bus-bar protection becomes stricter and stricter. It is of great significance to develop a set of new style digital bus-bar protection device based on high performance hardware platform.Firstly, the paper analysis several digital bus-bar protection which serving now, and on the basis of that,a set of new protection scheme is presented. According to characters of all kinds of bus-bar protection principles, the paper selects the best one which can be applied to this device, that is current difference protection principle which relies mainly on ratio difference component.And then, Traditional digital busbar protection device, which is widely used in the power networks, is based on the introduced auxiliary contacts of switch for realization of busbar protection adaptive to operation. Though it is direct and efficient, this method still has many limitations. In order to enhance reliability, this paper presents a new realization scheme. The scheme using current instantaneous value to detect the branch circuit which is serving, and the branch circuit permuted and combinated with recursion algorithm till the difference of each busbar balances. Then, the balance of the current difference is continuously verified. The scheme can reduce dependence of busbar protection device on auxiliary contacts of switch and increase the reliability of operation.Further more, on the base of new hardware platform,several algorithms for filter the waves that adapt to bus-bar protection are carried out to experiment in this paper, take precision, response speed and amount of calculation into account ,and with reference to comparison result of performance, the best scheme of algorithm is
determined.At last, software of CPU and HOST is designed in this paper, and interrupt service programme and the failure calculation programme are also presented in the paper. In addition, the mode of communication between CPU and HOST is also introduced.The new style digital bus-bar protection device that designed in this paper is applicable to all kinds of voltage step and connection mode of bus-bar in our country. Some resolutions are presented for several problems such as sensitivity reliability and rapidity which exist in bus-bar protection, and they are practical and efficient. In a word, it's a set of device which possess of good performance.
引文
【1】 王春生,卓乐友,艾素兰.母线保护.北京:水利电力出版社,1987.
【2】 周玉兰,许勇,王俊永,等.2000年全国电力系统继电保护与安全自动装置运行情况.电网技术[J],2001,25(8):63—75.
【3】 李火元.电力系统继电保护与自动装置.北京:中国电力出版社,2002.
【4】 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理(第三版).北京:水利电力出版社,1994.
【5】 国家技术监督局.中华人民共和国国家标准:《继电保护和安全自动装置技术规程》,1993,4.
【6】 山东工学院.电力系统继电保护.北京:电力工业出版社,1981.
【7】 汪觉恒,唐卫华.国内外各类母线保护技术特性分析.电力系统自动化,2000,20(1).
【8】 赵学军.电流相位比较式母线差动保护装置的改进设计.继电器,1997,25(4).
【9】 程利军,杨奇逊.中阻抗母线保护原理、整定及运行探讨.电网技术,2000,24(6)
【10】 刘天斌,程利军,陈建文,陈学道.中阻抗母线保护差动回路过电压误动分析及对策.电力系统自动化,2000,6.
【11】 柳海龙,刘春,谈杏全.中阻抗母线保护的应用.电网技术,2000,1(10).
【12】 李营,杨奇逊.分布式微机母线保护的探讨.电力系统自动化,1999,23(21).
【13】 He Jiali, Luo Shanshan, Wang Gang. Implementation of a Distributed Digital Bus Protection System. IEEE Trans on Power Delivery, 1997, 12(4).
【
【14】 罗姗姗,等.分布式微机母线保护的研究.电力系统自动化学报,1995(7).
【15】 戴学安.微机继电保护原理及技术.1994
【16】 王广延主编.电力系统元件保护原理.北京:水利电力出版社,1985,8.
【17】 王维俭.电力系统继电保护基本原理.北京:清华大学出版社,1989.
【18】 许正亚.电力系统继电保护.北京:中国电力出版社,1996.
【19】 ABB. Basic Theory of Bus Differential Relay Type RADSS
【20】 Differential Protection. IEEE Transaction on Power Delivery. Vol. 8, No. 3, July 1993.
【21】 张举.微型机继电保护装置原理与运行.天津:天津科学技术出版社,1996.
【22】 国家技术监督局.中华人民共和国电力行业标准:《微机母线保护装置通用技术条件》,1999.
【23】 陈德树,天浩,刘沛,等.采样值电流差动微机保护的一些问题.电力自动化设备,1996(4).
【24】 程利军,杨奇逊.基于采样值算法的数字母线保护的研究.继电器,2000,6.
【25】 胡玉峰,陈德树、尹项根.采样值差动及其应用.电力系统自动化,2000,10.
【26】 袁荣湘,陈德树等.基于故障分量的采样值电流差动保护研究.继电器,2000,3.
【27】 陈德树、尹项根.故障分量差动保护.电力系统自动化,1999,11.
【28】 李栋,毛亚胜,陆征军.BP—2A微机母线差动保护.电力系 统自动化,1998,22.
【
【29】 唐平等.WMZ—41微机母线保护装置说明书.
【30】 陆征军,李栋,毛亚胜,陆于平.微机母线保护的母线运行方式自适应方案.电力系统自动化,1995(7).
【31】 于子重,张俊山,赵世斌.微机母线保护运行方式自适应方案分析.继电器,2003,31(8).
【32】 ABB. REB500 Numerical Busbar and Breaker-Failure Protection. 1998.
【33】 杨奇逊.微型机继电保护基础.北京:水利电力出版社,1988.
【34】 王晓东.算法设计与分析.北京:清华大学出版社,2003,1.
【35】 吕航,李力.基于波形特点的母线保护抗CT饱和措施的研究.第七届全国继电保护学术研讨会论文集,1998.
【36】 G. Hosmenn VDE H. M. Steigerwald VDE, Modal Saturation Detection for Digital.
【37】 An Algorithm for Compensating Secondary Current Transformers , IEEE Transaction on Power Delivery, 1997.
【38】 王梅义.电网继电保护应用.北京:中国电力出版社.
【39】 张军、朱声石.微机母线保护对电流互感器暂态过程自适应方法研究.华东电力,1998,10.
【40】 何奔腾、马永生.电流互感器饱和对母线保护的影响.继电器,1998,2.
【41】 J. Bertsch, K. Feser. New Algorithms for a Numerical Busbar Protection System, IEEE/KTH Stockholm Power Tech. Conference, June, 1995.
【42】 JOSE A, DE LA O. A new digital filter for phaser computation. IEEE Transactions on Power System , 1998, 13, 2.
【43】 张连斌.半周波傅氏算法及其修正方法的研究.继电器,1990 年微机保护专辑.
【
【44】 贾贵玺,王克昌,贺家李.关于推广的傅氏算法滤除衰减直流分量方法的探讨.电力系统自动化,1992,16,2.
【45】 Phadke A G. A Microprocessor-Based Symmetrical Component DistenceRelay. In: Proceedings of PICA. Cleveland: 1979
【46】 杨丽徒,包毅,郝玉东,冯红建.电力系统微机保护算法的研究.郑州工业大学学报.1998,17,3.
【47】 朱声石.高电压继电保护原理与技术.北京:中国电力出版社,1995.
【48】 刘毅,温渤婴.差分与傅氏变换相结合算法在微机电流保护中的应用.继电器,2000,28,8.
【49】 胡志坚,张承学,陈允平,丁坚勇.滤除衰减非周期分量的微机保护算法研究.电网技术,2001,25,3.
【50】 李晋民,翟吉,郭彪.微机保护算法分析.电力学报,1995,10,1.
【51】 李松涛,郭江涛.微机保护半波积分算法误差的自适应补偿.黑龙江电力技术,1998,20,3.
【52】 丁书文,张承学,龚庆武,肖迎元.半波傅氏算法的改进一—一种新的微机保护交流采样快速算法.电力系统自动化,1999,23,5.
【53】 张立华,徐文立,常成,冯大为.一种适用于微机保护的新的递推DFT算法.电力系统自动化,2000,3.
【54】 高婧,郑建勇,潘震东.电力系统微机保护中改进傅氏算法综合性能研究.继电器,2002,30,10.
【55】 熊岗,陈陈.一种能滤除衰减直流分量的交流采样新算法.电力系统自动化,1997,21,2.
【56】 周大敏.一种消除非周期分量对非递推傅氏算法影响的精确算法.继电器,1998,26,4.
【57】 李家坤.微机保护算法综述.长江职工大学学报,2003,20,1.
【58】 陈德树.计算机继电保护装置原理与技术.北京:水利电力出版社,1992.
【59】 廖泽友,鲍伟廉等.数字式高压线路电流纵差保护的通信技术.电力系统自动化,1999,18.
【60】 李永丽,陈超音,贺家李.一种基于半波傅氏算法的继电保护快速算法.电网技术,1996,20(1).
【2】 周玉兰,许勇,王俊永,等.2000年全国电力系统继电保护与安全自动装置运行情况.电网技术[J],2001,25(8):63—75.
【3】 李火元.电力系统继电保护与自动装置.北京:中国电力出版社,2002.
【4】 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理(第三版).北京:水利电力出版社,1994.
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【6】 山东工学院.电力系统继电保护.北京:电力工业出版社,1981.
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【9】 程利军,杨奇逊.中阻抗母线保护原理、整定及运行探讨.电网技术,2000,24(6)
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【11】 柳海龙,刘春,谈杏全.中阻抗母线保护的应用.电网技术,2000,1(10).
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【13】 He Jiali, Luo Shanshan, Wang Gang. Implementation of a Distributed Digital Bus Protection System. IEEE Trans on Power Delivery, 1997, 12(4).
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【14】 罗姗姗,等.分布式微机母线保护的研究.电力系统自动化学报,1995(7).
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【16】 王广延主编.电力系统元件保护原理.北京:水利电力出版社,1985,8.
【17】 王维俭.电力系统继电保护基本原理.北京:清华大学出版社,1989.
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【22】 国家技术监督局.中华人民共和国电力行业标准:《微机母线保护装置通用技术条件》,1999.
【23】 陈德树,天浩,刘沛,等.采样值电流差动微机保护的一些问题.电力自动化设备,1996(4).
【24】 程利军,杨奇逊.基于采样值算法的数字母线保护的研究.继电器,2000,6.
【25】 胡玉峰,陈德树、尹项根.采样值差动及其应用.电力系统自动化,2000,10.
【26】 袁荣湘,陈德树等.基于故障分量的采样值电流差动保护研究.继电器,2000,3.
【27】 陈德树、尹项根.故障分量差动保护.电力系统自动化,1999,11.
【28】 李栋,毛亚胜,陆征军.BP—2A微机母线差动保护.电力系 统自动化,1998,22.
【
【29】 唐平等.WMZ—41微机母线保护装置说明书.
【30】 陆征军,李栋,毛亚胜,陆于平.微机母线保护的母线运行方式自适应方案.电力系统自动化,1995(7).
【31】 于子重,张俊山,赵世斌.微机母线保护运行方式自适应方案分析.继电器,2003,31(8).
【32】 ABB. REB500 Numerical Busbar and Breaker-Failure Protection. 1998.
【33】 杨奇逊.微型机继电保护基础.北京:水利电力出版社,1988.
【34】 王晓东.算法设计与分析.北京:清华大学出版社,2003,1.
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【36】 G. Hosmenn VDE H. M. Steigerwald VDE, Modal Saturation Detection for Digital.
【37】 An Algorithm for Compensating Secondary Current Transformers , IEEE Transaction on Power Delivery, 1997.
【38】 王梅义.电网继电保护应用.北京:中国电力出版社.
【39】 张军、朱声石.微机母线保护对电流互感器暂态过程自适应方法研究.华东电力,1998,10.
【40】 何奔腾、马永生.电流互感器饱和对母线保护的影响.继电器,1998,2.
【41】 J. Bertsch, K. Feser. New Algorithms for a Numerical Busbar Protection System, IEEE/KTH Stockholm Power Tech. Conference, June, 1995.
【42】 JOSE A, DE LA O. A new digital filter for phaser computation. IEEE Transactions on Power System , 1998, 13, 2.
【43】 张连斌.半周波傅氏算法及其修正方法的研究.继电器,1990 年微机保护专辑.
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【44】 贾贵玺,王克昌,贺家李.关于推广的傅氏算法滤除衰减直流分量方法的探讨.电力系统自动化,1992,16,2.
【45】 Phadke A G. A Microprocessor-Based Symmetrical Component DistenceRelay. In: Proceedings of PICA. Cleveland: 1979
【46】 杨丽徒,包毅,郝玉东,冯红建.电力系统微机保护算法的研究.郑州工业大学学报.1998,17,3.
【47】 朱声石.高电压继电保护原理与技术.北京:中国电力出版社,1995.
【48】 刘毅,温渤婴.差分与傅氏变换相结合算法在微机电流保护中的应用.继电器,2000,28,8.
【49】 胡志坚,张承学,陈允平,丁坚勇.滤除衰减非周期分量的微机保护算法研究.电网技术,2001,25,3.
【50】 李晋民,翟吉,郭彪.微机保护算法分析.电力学报,1995,10,1.
【51】 李松涛,郭江涛.微机保护半波积分算法误差的自适应补偿.黑龙江电力技术,1998,20,3.
【52】 丁书文,张承学,龚庆武,肖迎元.半波傅氏算法的改进一—一种新的微机保护交流采样快速算法.电力系统自动化,1999,23,5.
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【58】 陈德树.计算机继电保护装置原理与技术.北京:水利电力出版社,1992.
【59】 廖泽友,鲍伟廉等.数字式高压线路电流纵差保护的通信技术.电力系统自动化,1999,18.
【60】 李永丽,陈超音,贺家李.一种基于半波傅氏算法的继电保护快速算法.电网技术,1996,20(1).
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