电网的三段式距离保护系统设计任务书

电气工程学院

继电保护课程改革三级项目任务书

设计题目：电网的三段式距离保护系统设计

系别：电力工程系

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

一、项目设计目的

1. 掌握电网三段式距离保护的工作原理、整定计算方法及灵敏度校验。

2. 了解及掌握微机继电保护原理，其中包括微机继电保护装置的硬件原理、数字滤波器、微机继电保护算法及微机继电保护软件原理。

3. 完成微机线路保护装置的研究设计及开发，分别从硬件及软件两方面进行研究与设计，设计基于单片机的电网三段式距离微机保护系统，从而达到彻底掌握保护原理及整定计算方法的目的。

二、项目设计要求

1、设计基于单片机的电网三段式距离微机保护系统。其中包括硬件设计及软件设计，整个系统应能够实现当电网发生故障时，保护装置都能够按照设定的保护原理动作切除故障。

2、完成电网三段式距离保护动作值的整定计算，包括一次及二次侧的电流动作值。

3、选取合适的电压、电流互感器及电压、电流变换器；完成对模拟低通滤波器的设计。

4、采用基于单片机及DSP构成微机保护系统，在C语言环境下完成数据采集、数字滤波、整定值修改、保护判据、保护出口等程序设计。

三、项目设计内容

（一）双侧电源供电网络距离保护整定计算及灵敏度校验

1、设计规程

(1)线路阻抗及整定阻抗。

(2)计算各段的灵敏系数。

(3)整定各段的动作时限。

(4)保护的配置.

2、电网运行参数

系统接线图

图1 系统接线图

系统的主要参数：

双侧电源网络，电压等级为115kV ，AB 线路的最大负荷电流为350A ，线路电抗为0.4Ω/km ，母线最小工作电压U W.min =0.9U N ；可靠系数分别为

8.0''rel ‘rel ==K K ，7.0'

''rel =K 。其中QF3的动作时限为0.5s ，时限级差为

0.5s 。

设计要求：按照电网的三段式距离保护整定方法，确定线路AB 的保护方案。 （二）双侧电源供电网络距离保护系统设计方案

微机继电保护装置硬件可以分为数据采集系统、CPU 主系统、开关量输入/输出系统、人机接口与通信系统、电源系统等5个基本部分。其系统结构框图如图2所示。

图2 微机继电保护装置硬件系统结构框图

1、继电保护设备的选择

(1) 电压、电流互感器的选择

互感器是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均值额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化，其一次侧接在一次系统中，二次侧接测量仪表与继电保护装置等，同时互感器能够隔离高压系统，以保证人身和设备的安全。

在本次电网的三段式距离保护方案中，根据电网一次侧电压等级、电流大小及二次侧流过保护装置电流大小选择合适额定值的电压及电流互感器。

(2) 继电器的选择

正确选用继电器的原则应该是：①继电器的主要技术性能，如触点容量，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整个系统的要求；②继电器的结构形式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；③经济合理。

2、模拟低通滤波器的设计

根据采样定理，如果被采样信号为有限带宽的连续信号，其所含的最高频率成分为f max，采样频率须大于2f max，则采样信号可以完全恢复原而不畸变；否则将产生频率混叠现象。在电力系统发生故障时，故障初瞬电压、电流中往往含有频率很高的分量，其频率往往高达2kHz以上，为了防止频率混叠，选择的采样频率必须为4kHz以上，这就会对硬件提出相当高的要求，而目前绝大多数微机继电保护的原理都是基于反应工频信号的，因此为了降低采样频率，可在采样之前选用一个模拟低通滤波器，将频率高于采样频率一半的信号滤掉。所以，在设计单侧电源供电系统三段式电流保护系统中，首先需要设计前置模拟低通滤波器。

3、软件设计

采用C语言（或汇编语言，全组统一）编制保护系统程序。包括数据采集程序、数据处理程序、数字滤波、微机保护算法、保护功能程序及出口比较动作、液晶显示、功能菜单、整定值修改、键盘等程序。

微机保护软件的主流程图如图3所示（仅供参考），主程序看作由上电流程及主循环流程两部分组成。

图3 微机保护装置的主流程图

利用上述软件实现过程完成对零序三段式电流保护系统的软件设计。