基于微机的发电机继电保护装置设计毕业论文.doc
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湖南科技大学
毕业设计（论文）
题目
基于微机的发电机继电保护装置设计
作者
学院
信息学院
专业
电气工程及其自动化
学号
1004010326
指导教师
二〇年月日
湖南科技大学
毕业设计（论文）任务书
信息与电气工程院系（教研室）
系（教研室）主任:
（签名）
年月日
学生姓名:
学号:
专业:
1设计（论文）题目及专题：
基于微机的发电机继电保护装置设计
2学生设计（论文）时间：
自月日开始至月日止
3设计（论文）所用资源和参考资料：
资源：
图书馆，intel网，老师借书，自购书籍，
电脑，单片机等
参考资料：
《现代供电技术》（孟祥忠）；《电力系统继电保护》（电力工业出版社）；《工厂供电》（机械工业出版社）微型计算机控制应用实例集；计算机控制；电机工程手册；单片机原理及其接口技术（第二版）；等。
4设计（论文）完成的主要内容：
（1）进行基于的微机发电机继电保护装置设计方案设计、比较，最终确定；
（2）进行参数的计算与整定；
（3）必须要有合理的原理设计图；元器件的选型；正确的接线图；对该设计的总结；具有漏电保护方案比较与选择和执行继电器电路等部分组成。
（4）其他毕业设计所要求的。
5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：
1.）毕业论文：
要求在2
万字左右，按湖南科技大学本科毕业论文规范书写，装订。
2.）系统硬件图：
要用专用画图软件画图，图形美观，标注清晰。
3.）光盘：
论文的电子版要求刻录在光盘上一并提交。
6发题时间：
年月日
指导教师：
王志英（签名）
学生：
（签名）
湖南科技大学
毕业设计（论文）指导人评语
[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]
指导人：
（签名）
年月日
指导人评定成绩：
湖南科技大学
毕业设计（论文）评阅人评语
[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]
评阅人：
（签名）
年月日
评阅人评定成绩：
湖南科技大学
毕业设计（论文）答辩记录
日期：
学生：
学号：
班级：
题目：
提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：
1设计（论文）说明书 共 页
2设计（论文）图纸 共 页
3指导人、评阅人评语 共 页
毕业设计（论文）答辩委员会评语：
[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]
答辩委员会主任：
（签名）
委员：
（签名）
（签名）
（签名）
（签名）
答辩成绩：
总评成绩：
摘要
近年来我国国民经济迅速发展，人民的生活水平也逐渐提高，与此同时人们对电力的依赖性也进一步提高，因此近些年来电力系统的规模不断扩大，高压电网迅速发展。
电力系统的快速发展也对供电的安全性提出了更高的要求，其中继电保护设备便是确保整个电力系统能够稳定运行的关键因素之一。
这就对电力系统微机继电保护装置提出了更高的要求
本文主要通过分析原始资料中主要设备的参数，首先，需要对电力系统继电保护原理进行全面系统的复习、查阅相关资料，加深理解；其次，进行发电机继电保护装置方案设计、比较，最终确定，最后，分别对发电机、母线处进行参数整定计算和配置，并且根据系统一次设计图给出部分二次设计及其配置图和一般原理图。
关键词：
微机；发电机；继电保护；参数整定；母线；二次回路
ABSTRACT
Inrecentyears,therapiddevelopmentofChina'snationaleconomy,people'slivingstandardshavegraduallyimproved,atthesametimepeoplearedependentonelectricityfurtherimproved,soinrecentyears,expandingthesizeofthepowersystem,therapiddevelopmentofhigh-voltagegrid.Rapiddevelopmentofthepowersupplysystemisalsoonahighersecurityrequirements,includingprotectionequipmentisoneofthekeyfactorstoensurethattheentirepowersystemiscapableofstableoperation.Thispowersystemprotectiondevicesonthecomputerofahigherrequirement
Inthispaper,byanalyzingtheparametersoftheoriginaldatainthemainequipment,firstofall,theprincipleoftheneedforacomprehensivereviewofpowersystemprotectionsystems,accesstorelevantinformation,deepenunderstanding;secondly,carryprotectiondevicesdesigngenerators,compare,andultimatelyOK,finally,wereonthebusat,generatorsandtransformerscalculatedparametertuningandconfiguration,andthesystemoncethedesignisgiveninaccordancewiththesecondpartofthegeneraldesignandconfigurationdiagramandschematic.
Keywords:
personalcomputer；generators;relay;parametertuning;bus;secondarycircuit
目录
前言 10
第一章电力系统继电保护简论 11
1.1继电保护的作用 11
1.2继电保护的基本原理、构成与分类 12
1.2.1基本原理 12
1.2.2构成 14
1.2.3分类 15
第二章微机保护装置设计 16
2.1微机保护简介 16
2.2微机保护装置原理 18
2.3微机保护装置接线 21
第三章发电机保护设计 25
3.1发电机故障及不正常运行状态 25
3.1.1发电机故障类型 25
3.1.2不正常运行状态 25
3.2发电机保护的配置 26
3.3发电机纵差保护 27
3.3.1工作原理 27
3.3.2发电机纵差保护的整定计算 28
3.4发电机横差保护 30
3.5发电机定子绕组单相接地保护 32
3.6发电机定子绕组匝间短路的保护 34
3.7发电机负序电流保护 36
3.7.1定时限过电流保护 36
3.7.2反时限负序过电流保护 37
3.8发电机失磁保护 38
3.9发电机励磁回路接地保护 40
3.10复合电压启动的过电流保护 42
第四章发电机保护的整定计算 43
4.1BCH-2型继电器构成的差动保护 43
4.2横联差动保护整定计算 44
4.3复合电压启动的过电流保护整定计算 46
4.4过负荷保护整定计算 47
4.5定子单相接地保护整定计算 48
第五章母线保护 49
5.1母线保护配置原则 49
5.2母线差动保护基本原理 49
5.2.1母联电流比相式母线差动保护 50
5.2.2双母线固定联接的母线差动保护 51
5.3母线保护整定计算 53
第六章继电保护二次回路设计 55
6.1二次回路的基本概念 55
6.2二次保护回路全图 56
第七章结论 57
参考文献 58
致谢 59
前言
供配电系统微机保护是对传统继电保护技术的提升，它将继电保护技术、微电子技术、计算机技术、控制理论和通信技术进行有机地融合，形成了现代供电技术的一个新的研究方向。
电力系统的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展4个历史阶段。
继电保护技术的未来发展趋势是向计算机化、网络化、智能化的保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
本次毕业设计的主要内容是针对电力系统中可能出现的各种不正常状态和故障状态，对微机的发电机、主变压器和母线的保护配置及二次回路设计，参照《电力系统继电保护》及《现代供电技术》，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。
第一章电力系统继电保护简论
1.1继电保护的作用
电力系统运行要求安全可靠。
但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。
因此，受自然条件、设备及人为因素的影响（如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等），电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。
最常见、危害最大的故障是各种形式的短路。
①故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。
②从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径中非故障元件的损坏。
③靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。
④破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。
所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。
故障和不正常运行情况常常是难以避免的，但事故却可以防止。
电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。
它的基本任务是：
自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行。
反映电气元件的不正常运行状态，并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号、减负荷或延时跳闸。
应该指出，要确保电力系统的安全运行，除了继电保护装置外，还应该设置电力系统安全自动装置。
后者是着眼于事故后和系统不正常运行情况的紧急处理，以防止电力系统大面积停电和保证对重要负荷连续供电及恢复电力系统的正常运行。
例如自动重合闸、备用电源自动投入、自动切负荷、快关汽门、电气制动、远方切机、在按选定的开关上实现系统解列、过负荷控制等。
随着电力系统的扩大，对安全运行的要求也越来越高。
为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制，这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。
1.2继电保护的基本原理、构成与分类
1.2.1基本原理
要完成继电保护的基本任务，首先要提取和利用电力元件在三种运行状态下的“差异”，然后“区分”出三种运行状态（正常、不正常和故障状态），最后是“甄别”出发生故障和出现异常的元件。
目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：
流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值即“测量阻抗”等。
（a）正常运行情况
（b）三相短路情况
图1-1我国常用的110kV及以下单侧电源的供电网络
发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参量的新差异，就可以形成新的继电保护原理。
在此以图1-1为例分析一下利用不同电气量特征分别能构成哪种保护：
1.线路电流幅值
2.母线的相间或对地电压幅值
3.线路始端电压与电流之比（即测量阻抗）
图1-2220kV及以上多侧电源的输电网路
如图1-2所示，其中：
正常运行——如图1-2（a）所示，如果规定电流的正方向是从母线流向线路，那么，A-B两侧电流的大小相等，相位相差，两侧电流的矢量和为零。
外部短路——如图1-2（b）所示，如果规定电流的正方向是从母线流向线路，那么，A-B两侧电流的大小相等，相位相差，两侧电流的矢量和为零。
内部短路——如图1-2（c）所示，两侧电源分别向短路点供给短路电流和，都是由母线流向线路，此时两个电流一般不相等，在理想条件下（两侧电势同相位且全系统的阻抗角相等），两个电流同相位，两个电流的矢量和等于短路点的总电流，其值较大。
其他类型的保护有：
1.纵联保护——利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护。
①电流差动保护——利用内部与外部短路时两侧电流矢量的差别构成。
②电流相位差动保护——利用内部与外部短路时两侧电流相位的差别构成。
图1-3过电流保护单相原理图
③方向比较式纵联保护——利用内部与外部短路时两侧功率方向的差别构成。
以上保护常被用做220kV及以上输电网络和较大容量发电机、变压器、电动机等电力元件的主保护。
2.反映非电量特征的保护
①气体保护——当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器油受热分解所产生的气体保护。
②过热保护——当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于电动机绕组温度的升高而构成的保护。
1.2.2构成
在供电系统中应用各种继电保护装置，尽管它们在结构上各不相同，但基本上是由测量、逻辑、执行三种功能部分组成，如图1-4所示
图1-4继电保护装置组成方框图
（1）测量部分
测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。
（2）逻辑部分
根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。
逻辑回路有：
或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等回路。
（3）执行部分
根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。
如：
故障时等于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。
1.2.3分类
通常分为以下几类：
（1）按被保护的对象分类：
输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；
（2）按保护原理分类：
电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；（3）按保护所反应故障类型分类：
相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；
（4）按构成继电保护装置的继电器原理分类：
机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；
（5）按保护所起的作用分类：
主保护、后备保护、辅助保护等；
主保护——满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。
后备保护——主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。
又分为远后备保护和近后备保护两种。
①远后备保护：
当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。
②近后备保护：
当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。
辅助保护：
为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。
第二章微机保护装置设计
2.1微机保护简介
微机保护装置一般由模拟量输入，开关量输入，微机系统，开关量输出，人机对话，外部通信等6部分组成，其中微型机主系统是核心部件，其他5部分是外围接口部件。
一、模拟量输入部分：
模拟量输入部分是将互感器输入的模拟电信号正确的变换成离散化的数字量，也称为数据采集系统。
按信号传递顺序，交流模拟量输入部分主要包括以下几部分：
1） 输入变换及电压形成他接受来自电力互感器二次侧的电压、电流信号，并将这些信号进一步变小，同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离喝电磁屏蔽。
信号的变换对交流电压可直接采用电力变换器，对于交流电流，由于通常使用的弱电子器件为电压输入型器件，因此还需将电流信号转换为电压信号，这个过程称为电压形成。
2） 低通滤波器作用是抑制输入信号中岁保护无用的较高的频率的成分，以便采样时易于满足采样定理的要求。
3） 采样保持器S/H所谓采样保持，就是在某一刻抽取输入信号的瞬时值，并维持适当时间不变。
4） 多路转换器它可有CPU通过编码器控制将多通道输入信号（由S/H送来）依次与一路输出端连接，与输出端与模数变换器的输入端项链。
此时，只用一路模数变换器即可实现所有通道的模数转换，能大大简化电路和降低成本
5） 模数转换器A/D它将由S/H抽取并保持的输入模拟信号的瞬时值变换为相应的数字值，实现模拟量到数字量的变换。
二、开关量输入部分：
泛指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合”或“分”闸状态、开关或继电器触点的“通”或“断”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。
这些砖头正好对应二进制的“1”“0”所以开关量可作为数字量读入，
三、微机主系统：
CPU、整个微机保护的指挥中枢，程序的运行依赖于CPU来实现；存储器、它用来保存程序和数据；定时器/计数器、提供定时采样触发信号、形成中断控制等作用；控制电路、它用以保证整个微机数字电路的有效连接和协调工作。
四、开关量输出部分：
开关量输出部分为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现光电隔离。
微机保护装置通过开关量输出的“0”或“1”状态来控制执行回路。
五、人机对话部分：
人机对话部分
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