实验二   输电线路的电流微机保护实验

（微机电流速断保护灵敏度检查实验）

一、    实验目的

1．学习电力系统中微机型电流保护整定值的调整方法。

2．研究电力系统中运行方式变化对保护的影响。

3．了解电磁式保护与微机型保护的区别。

二、    接线方式及微机保护相关事项

试验台一次系统原理图如图1所示。实验原理接线图如图2所示。

 

图2实验原理接线图

PT测量 A、B相接交流电压表，以显示发电厂电压；做A、B两相短路时，电流表要接到A相或B相；

微机的显示画面：画面切换——用于选择微机的显示画面。微机的显示画面由正常运行画面、故障显示画面、整定值浏览和整定值修改画面组成，每按压一次“画面切换”按键，装置显示画面就切换到下一种画面的开始页，画面切换是循环进行的。

信号复位 —— 用于装置保护动作之后对出口继电器和信号指示灯进行复位操作。主机复位 —— 用于对装置主板CPU进行复位操作。

微机保护装置故障显示项目

DJZ-III试验台微机保护装置电流电压保护软件流程图如图3所示。

 

三、    实验内容与步骤

实验内容：微机电流速断保护灵敏度检查实验。

实验要求：在不同的系统运行方式下，调整滑动变阻器阻值的大小（阻值为滑动变阻器刻度除以10），做AB相，BC相和CA相短路实验，记录对应的短路电流和保护是否动作。如果保护不动作，记录微机显示屏上“Ia”，“Ib”，“Ic”中的最大值；如果保护动作，记录微机显示屏上“sd”的值。

四、实验过程及步骤

（1）DJZ-III试验台的常规继电器和微机保护装置都没有接入电流互感器TA回路，在实验之前应该接好线才能进行试验，实验用一次系统图参阅图1，实验原理接线图如图2所示。按原理图完成接线，同时将变压器原方CT的二次侧短接。

（2）将模拟线路电阻滑动头移动到0Ω处。

（3）运行方式选择，置为“最小”处。

（4）合上三相电源开关，直流电源开关，变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM，调节调压器输出，使台上电压表指示从0V慢慢升到100V为止，注意此时的电压应为变压器二次侧电压，其值为100V（PT测量A，B相接交流电压表）。

（5）合上微机装置电源开关，根据表1设置有关的整定值，将微机保护的I段（速断）投入，将微机保护的II、III段退出。

整定值设置方法：

按压“画面切换”键，进入整定值修改显示画面“-------”，之后，通过同时按压触摸按键“▲”、“▼”可选择不同的整定项目，再通过按“▲”或“▼”选择准备修改的整定项目。对投退型（或开关型）整定值，通过按压触摸按钮“+”可在投入/退出之间进行切换；对数值型整定时，通过触摸按钮“+”、“-”对其数据大小进行修改。当整定值修改完成之后，按压“画面切换”触摸键进入定值修改保存询问画面，这时，选择按压触摸键“+”表示保存修改后的整定值；若选择按压触摸键“-”，则表示放弃保存修改后的整定值，仍使用上次设置的整定值参数。

例如，要修改线路电压电流保护重合闸动作时间为1.5秒，可依下面的步骤进行：

（1）按压“画面切换”键，进入整定值修改显示画面“-------”；

（2）同时按压触摸按键“▲”和“▼”直接进入整定值修改画面，这时显示画面应为“E1-OFF”；

（3）按压触摸按键“▼”，使显示画面为“04-XXX”（XXX为上次设置的重合闸延迟时间）；

（4）按压触摸按键“+”或“-”键，使显示画面中的XXX为1.5；

（5）按压触摸按键“画面切换”键，这时显示画面应该为“y    n-”（它提醒操作人员：选择按压触摸按键“+”键，就可保存已经修改了的整定值；若选择按压触摸按键“-”键，则表示放弃当前对整定值参数所进行的修改，继续使用上次设置的整定值。）；

（6）按压触摸按键“+”键，保存对整定值参数所作的修改。

整定值修改完成之后，可通过整定值浏览画面观察修改后的参数设置情况。

表1  线路电压电流保护实验时整定值设置代码表

（6）此时A相、B相、C相负载灯全亮。

（7）因用微机保护，则需将LP1接通（微机出口连接片投入）。

（8）任意选择两相短路，如果选择AB相，合上AB相短路模似开关。

（9）合上故障模拟断路器3KM，模拟系统发生两相短路故障，此时负荷灯部分熄灭，台上电流表读数大于保护整定值，故应由保护动作跳开模拟断路器，从而实现保护功能。将动作情况和故障时电流测量幅值记录于表2中（1代表保护动作，0代表保护不动作）。

（10）断开故障模拟断路器，当微机保护动作后进行下次实验时，需按微机保护箱上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器，负载灯全亮，即恢复模拟系统无故障运行状态。

（11）按表2中给定的电阻值移动短路电阻的滑动接头，滑动变阻器从1Ω开始往上调节，这样，如果1Ω时短路时不跳闸，说明I段整定阻抗大了，请将I段整定阻抗调小，并记录下I段整定阻抗值。重复步骤（9）和（10）直到不能使I段保护动作，再减小一点模拟线路电阻，若故障时保护还能动作，记录此时的短路电流和滑线变阻器的阻值，记入表2中。

（12）改变系统运行方式，分别置于“最大”、“正常”运行方式，重复步骤（6）至（11），记录实验数据填入表2中。

（13）分别改变短路形式为BC相和CA相，重复步骤（6）至（12）。

（14）实验结束后，将调压器输出调回零，断开各种短路模拟开关，断开模拟断路器，最后断开所有实验电源开关。

      以上整定值仅供参考，如果I段不动作，建议调低I段整定值。实验报告要记录下该组的整定值。

四、    微机保护装置使用注意事项

（1）调整整定值参数时，应先确定是否运行在正确的程序中（可通过正常运行时的显示画面情况进行判定）。

（2）改变连接片状态（接通或断开）时，要先使微机的三段保护指示灯处在熄灭状态（通过按压触摸键“信号复位”键来完成）。

（3）做短路实验时，短路故障电流的持续时间不要过长。

（4）微机保护一旦动作后，必须先按微机保护装置上的“信号复位”按钮，才能重新合上模拟断路器。

（5）当使用微机保护装置上的合闸选控键进行合闸操作时，操作完毕后必须按“信号复位”按钮，否则回路被闭锁，保护分闸不能成功。

（6）在正常运行状态下，若面板左上角的“正常运行”指示灯闪烁规律不正确（每2秒钟变化一次），则需要按“复位”键对主机进行复位。

五、    实验分析及结论

表2  电流速断保护灵敏度检查实验数据记录表

根据实验数据分析出无时限电流速断保护最大保护范围。

说明：短路阻抗从低往高调，如果I段不动作，建议调低I段整定值。实验报告要记录下该组的整定值。

第二篇：电力系统微机继电保护答案

电力系统微机继电保护

1、微机保护的硬件系统由哪几部分组成?并就各部分的功能、组成进行描述？（10分）

答案： 微机保护是由一台计算机和相应的软件（程序）来实现各种复杂功能的继电保护装置。微机保护的特性主要是由软件决定的，具有较大的灵活性，不同原理的保护可以采用通用的硬件。
       微机保护包括硬件和软件两大部分。硬件一般包括以下三大部分：
 (1)模拟量输入系统(或称数据采集系统)，包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能，完成将模拟输入显准确地转换为所需的数字量。
 (2)CPU主系统，包括微处理器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随机存取存储器 (RAM)以及定时器等。MPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。
 (3)开关量(或数字量)输入/输出系统，由若干并行接口适配器、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部触点输入及人机对话等功能。
 微机保护软件是根据继电保护的需要而编制的计算机程序

2、解释逐次逼近型A/D转换器的工作原理，参考逐次逼近中二分搜索法原理，设计一个16位无符号数开平方的算法？ （10分）

答案： 逐次逼近ADC包括n位逐次比较型A/D转换器如下图所示。它由控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。

其转换过程中的逐次逼近就是按照对分比较或者对分搜索的原理进行的。其信号转换的工作原理如下：在启动信号控制下，首先置数控制逻辑给逐次逼近寄存器最高位Dn-1置1，其它位都清0。寄存器的这个内容，经过DAC转换成模拟量Vc，约为满量程电压 的一半，与输入的模拟量Vx进行比较，由电压比较器输出结果。如果Vx≥Vc，则电压比较器输出0，同时说明寄存器中的数字量偏小，应该保留Dn- 1=1；相反，如果Vx<Vc，则电压比较器输出为1，同时说明寄存器中的数字量偏大，应该修改为Dn-1=0；然后，再由置数控制逻辑把逐次逼近 寄存器的下一位置1，进行同样的转换和比较，并且根据比较结果决定这一位的保留与否。这样的转换和比较过程供进行n次，一直到最低位D0确定是1或是0。 最终，逐次逼近寄存器的所有位均以确定，转换过程就算完成了。这时，转换完成(DONE)信号和锁存允许(LE)信号同时送出有效电平，LE信号将转换结 果锁存到输出锁存器；DONE信号用于向CPU声明，锁存器中已经准备好了转换后的数字量结果，供CPU读取。CPU可以送来一个输出使能(OE)脉冲， 将数字量从输出锁存器中取走。

16位无符号数开平方的算法：16位数开平方得到一个8位无符号数，先让该八位数的最高位为1，平方后与16位数比较确定最高位是否为1，然后将次高位为1，平方后与16为数比较确定次高位为1或为零，按照这个方法确定8位数的每一位。

3、VFC型转换器有哪些优点。VFC的幅频特性有何特点，与VFC的哪些优点相对应。（10）

答案：  （1） 工作稳定、线性好，精度高，电路简单

（2） 抗干扰能力强

（3）与CPU接口简单

（4）可以很方便的实现多CPU共享一套VFC变换装置。

（其他的可以参考课本18页）

4、微机保护中的开关量输入、输出回路如何构成？出口回路为何要设置一个启动继电器以及出口继电器正电源要由报警继电器的长闭接点闭锁。（10分）

答案： 答案为课本21页图1-20和1-21

5、微机保护可以针对自身元件进行自动检测，请就微机保护中各类元件的自动检测措施进行介绍。（10分）

答案： 自动检测是指对装置的内部各元件是否有损坏或故障的检测。在微机保护中采用自动检测软件程序来实现对各元件自动检测。

检测分为即时检测和周期检测。按检测对象不同分为元器件检测和成组功能检测。元器件检测是指:ROM、RAM、A/D转换器，接口芯片，各种定值输入电路等元器件检测。成组功能检测:利用模拟系统发生故障的模拟程序和数据处理，判断装置内部是否存在缺陷。

1. 可读写存储器RAM自检: 对装置RAM区的每一个地址，可以循环地进行自动检测。通过对该RAM地址写入全“0”即00H和全“1”即FFH检测其是否良好。应当注意对于某些存放重要标志字的RAM地址的检测不允许被中断，必须在最高优先权级的中断服务程序中进行。

2. 只读存储器EPROM(EEPROM)自检 :为了检测固化中的数码（程序的指令）是否改变，一种最简单的也是常用的方法是累加求和自检。即将EPROM中存放的全部数码字节（或双字节）累加，舍去累加过程中溢出的部分，保留累加结果的一个字节（或双字节）的和数同预先存放在EPROM中某地址的已知的和数进行比较，以判断固化的内容是否改变

3.开关量输入通道自检: 对开关量输入通道的检测主要是指对各光电耦合器件及传送开关量的并行接口的检测。首先在保护整定好后的各开入量状态（0或1）构成一个“字节”或“字”，作为正确的开入量状态字存入RAM中。在自检时，扫描开入量各位，得到当前的开入量状态字，与RAM中的已存储的正确状态校对，如果不一致，表示开入量受干扰或人员误碰发生了改变，应该报警。

4. 开关量输出回路自检 : 自检的原理利用了继电器K的吸和时间远大于电子电路的反应时间这一特点。对开关量输出回路进行自检时可以用软件通过并行接口传送一个继电器动作命令，使光耦合器件G1的光敏三极管导通，然后CPU 通过并行接口2监视光耦合器件G2是否导通，如果此开关量输出通道正常，G2应很快导通，CPU检测到G2导通后立即撤回从并行口1送出的驱动命令。由于这一过程极短，仅几个微妙，继电器K不会吸合。如果此开关量输出通道有元件损坏，则CPU经过预定的时间收不到G2导通的信号，也应立即撤回驱动命令并发出警报。

6、给出距离保护的振荡闭锁逻辑框图和工作原理（15分）p100-102

答案： P100-102

7、解释突变量电流算法与选相元件算法（15分）

答案： P47-49

8、从个人理解的角度比较傅氏算法和半周积分法。（10分）

答案：（1） 半周积分算法的依据是：

即正弦函数半周积分与其幅值成正比。

式中的积分可以用梯形法则近似求出：

式中　　uk——第K次采样值;

          N——一周期T内的采样点数;

         u0——k＝0时的采样值;

        u N/2 ——k＝N/2时的采样值。

求出积分值S后，可求得幅值。

这种算法具有如下的特点：

1）  数据窗长度为半个周期

2）具有滤波功能，对高频分量有抑制作用，但不能抑制直流分量

3）精度和采样频率有关，频率越高，误差越小，精度越高

4）计算量小

(2) 波傅里叶算法本身具有滤波作用，在计算基频分量时，能抑制恒定直流和消除各整数次谐波，但对衰减的直流分量将造成基频（或其它倍频）分量计算结果的误差。另外用近似数值计算代替积也会导致一定的误差。算法的数据窗为一个工频周期，属于长数据窗类型，响应时间较长。

9、给出三段式电流保护的流程图，并对流程图中的各个单元进行简介。（10分）

答案：三段式电流保护的流程图如下：