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1、2012. 22电脑编程技巧与维护变压器微机继电保护研究刘正义（ 北京市电力公司， 北京 100031）摘 要： 差动保护因其优越的选择性、 灵敏性、 速动性和可靠性， 肩负着主变压器的继电保护任务， 在对差动保护和微机保护算法分析的基础上， 提出了一种微机继电保护设计方案。关键词： 差动保护； 继电保护； 变压器保护； 保护算法Research on PC Relay Protection Device of TransformerLIU Zheng-yi（ Beijing Electric Power Company , Beijing 100031 , China)Abstract: b
2、ecause of its superior selectivity, sensitivity, mobility and reliability, Differential protection Shoulders the maintask of the transformer protection relay, based on the analysis of differential protection and PC Relay protection Algorithm, aDesign scheme of PC Relay protection is put forward.Key
3、words: differential protection ; Relay protection ; transformer protection ; Protection Algorithm电力变压器是电力系统中的极其重要电气设备， 其造价十分昂贵， 其安全运行直接关系到整个电力系统能否连续稳定地工作， 因此应根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置， 现在变压器的主保护绝大多数都是将差动保护作为主保护， 全波傅立叶算法因其把各种纯直流分量和整次谐波完全过滤， 且在一定程度上抑制了非周期分量所包含的低频分量和非整次高频分量， 被广泛应用于微机继电保护中， 基于此， 提出
4、了一种差动保护和全波傅立叶算法的微机保护方案。1 变压器差动保护1.1 差动保护（ 1） 差动速断保护， 动作判据为： ， 为变压器差动电流， 为差动电流速断保护定值。（ 2） 工频变化量比率差动保护的动作， 判据为：，为各支路工频变化量电流的向量和， ： 为各支路工频变化量电流的标量和。（ 3） 工频变化量差动过流继电器动作方程为：为固定门坎， 为浮动门坎， 工频变化量差流起动元件不受负荷电流影响， 灵敏度很高。1.2 稳态比率差动保护，是比率差动制动系数， 取 0.5。1.3 励磁涌流（ 1） 励磁涌流中含有较大的二次及三次谐波分量， 利用谐 波 识 别 励 磁 涌 流 ， 判 别 方 程
5、 为 ：， 与分别是二次谐波与三次谐波的代数和， 是基波分量的代数和， 与 分别是二次谐波与三次谐波的制动系数， 取值范围为 0.10.3。（ 2） 利用波形畸变识别励磁涌流， 判别方程为：， 其中 是某一固定常数， 是门槛定值, S 是差动电流的全周积分值， ， 是某一比例常数， 是差动电流的全周积分值。1.4 TA 饱和利用二次电流中的二次和三次谐波含量来判别 TA 是否饱和， 判据为： ， 与 分别是二次电流中的二次谐波与三次谐波， 是基波分量的代数和， 与分别是二次谐波与三次谐波的制动系数。2 微机保护算法算法的核心是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、 电流有效值和相位等，
6、 序分量， 基波分量等， 用这些基本电气量的计算值， 构成各种不同原理的保护。 全波傅立叶算法是应用最广泛、 并能满足精度要求的一种， 以傅立叶级数为基础， 适用任何周期函数的输入信号。傅里叶算法建立在傅里叶级数的基础上， 其本身具有滤波作用,其假设被采样的模拟信号是一个周期性的连续时间函数， 含有直流分量、 基波和各次谐波 ， 计算公式为 ：， 式中 n 为自然数， 代表谐作者简介： 刘正义 （ 1981-） ， 男， 研究方向： 电力系统运行维护、 电网系统监视、 继电保护自动化等。收稿日期： 2012-09-081022012. 22计算机安全技术COMPUTING SECURITY T
7、ECHNIQUES波次数。 n=0， 1， 2， .； 和 则分别为各次谐波的正弦项和余弦项的振幅,，于是 n 次波为：， 用和角公式展开可得：用计算机处理时， 离散化的公式为：， 式中N为每周期采样点数， 为第 k次采样值； 傅氏算法不仅能计算出各种整次谐波和纯直流分量， 而且具有很强的滤波能力，适合于进行电力变压器的继电保护。3 微机保护方案设计为了真正实现一台装置完成所有的主保护后备保护功能，对每台变压器采用两套独立的装置实现双主双后备的保护配置， 双主双后备配置使得保护二次回路清析、 独立， 简化了二次电缆数量与接线， 同时， 可以减少由于保护设备自身原因所造成的被保护变压器失去短路故
8、障保护与异常保护， 从而引起一次设备不必要停电现象， 还可以避免由于保护设备的年度检修与校验所必需的停运一次设备的现象， 减轻停电所造成的经济损失， 设计的微机保护方案如图 1所示。由于采用上述保护设计思想， 则变压器的主保护功能得到增强， 考虑到变压器主保护不像线路保护那样存在通道问题， 其后备保护配置就可以大大简化， 在较高的采样率的前提下， 装置保证在故障全过程对所有保护继电器 （ 主保护与后备保护） 的并行实时计算， 这样要求 CPU 具有较高的运算速度、 可靠性及安全性， 文中采用高速数字信号处理器 DSPARM双处理器结构， 其中， ARM2 作用于启动继电器， ARM1作用于跳闸
9、矩阵， 当启动一致性， ARM1 和 ARM2 的启动元件相同， 保护才出口， 两个 CPU 系统之间均进行完善的自检和互检， 任一 CPU板故障， 闭锁装置并发报警信号。（ 1） 保护核心 DSP 选用 TI 公司的 32 位微控制器TMS320C5402， 该芯片采用改进的哈佛结构， 最高频率为100MHz， 每秒可执行 1.5 亿次指令,具有 17 位 X17 位并行乘法器,同时也具有丰富的外围设备， 非常适合于作微机保护装置的主控制器， 主要完成数据采集处理、 微机保护的各种算法以及根据保护定值和保护判据对故障类型做出判断功能。（ 2） 控制核心 ARM 芯片采用了采用 ATMEL 公
10、司的AT91RM9200 芯片， ARM 主要运行嵌入式操作系统、 与外界进行各种实时通信、 键盘控制以及液晶显示， DSP 和 ARM 间是通过 DSP自带的主机接口 HPI进行数据通信， ARM 系统接收来自 DSP 的相关数据， 通过控制人机接口模块进行显示、 录波， 并通过通信模块向上位机发送故障信息和处理结果。（ 3） 开关量输出部分主要用来执行保护各种命令、 断路器跳闸、 信号告警等， 为避免外来干扰对装置可靠性的影响，本模块进行光电隔离等抗干扰处理， 增强系统的可靠性。（ 4） 交流信号采集主要完成系统电压、 电流、 频率、 功率、 相位的测量， 其通过电压、 电流互感器实现对模
11、拟量的采集， 然后对这些模拟信号进行滤波及隔离， 再进行 AD 转换， 最后 DSP读取转换结果并进行相应的数据运算处理。（ 5） 通信部分由处理器 ARM 完成， 装置用以太网的通信方式与上位机监控系统进行通信， 对装置软件系统编程及程序下载通过串行通信完成,线路上实时信息、 故障的判断及处理结果都需要发送到上位机和人机接口模块进行录波、 显示，与中心调度所联络中， 将保护各种信息传送到中调， 或接受中调的查询及远方修改定值， 在纵联保护中， 与线路对侧保护交换信息。（ 6） 人机接口部分采用独立的 CPU 控制， 按键、 指示灯和显示屏直接受人机接口 CPU 的控制， 这样减轻了系统主控制
12、器的负担， 该 CPU 通过串行通信与主控制器 TMS320C5402进行信息交换。4 结语变压器作为联接不同的电压等级的功率传送桥梁， 其安全可靠地运行是确保系统的安全稳定的前提， 所以变压器保护应尽可能满足不拒动、 不误动以及快速动作的要求， 差动保护具有动作迅速可靠、 灵敏度高及绝对的选择性等优点，成为变压器保护的电气主保护， 其性能决定着变压器保护的性能， 在对差动保护和微机保护算法分析的基础上， 提出了一种基于 DSP与 ARM双处理器的微机继电保护设计方案， 该方案集测量、 保护、 通讯、 监测、 控制等功能于一体。参考文献1 王雪， 等. 基于模型的新型变压器主保护判据分析 j. 电力系统保护与控制， 2012.2 高东学， 等. 智能变电站保护配置方案研究 j. 电力系统保护与控制， 2012.3 李剑峰， 等. 微机保护在矿山变压器上的应用 j . 煤矿机械， 2011.4 李剑峰， 等. 电力系统继电保护技术 j . 煤矿机械，2011.图 1 变压器微机保护方案交流信号低通滤波A/DARM1CPLD光隔开关量输出外部开入人机通信口串口网络DSP1QDJ显示人机 CPU人机通信口低通滤波A/D DSP2CPLD光隔外部开入+EARM2人机通信口串口网络103
