1、毕业设计说明书采用 GPSL621C-112 微机保护装置的 110kV 线路二次回路设计Undergraduate Design(Thesis)THE GPSL621C-112 SERIES MICROCOMPUTER PROTECTION DEVICE 110 kV LINES OF THE SECONDARY CIRCUIT DESIGNBYSupervised by南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文）IIHua-ZhongSchool of Kangni CollegeNanjing Institute of TechnologyJune 2012 Nan Jing王庭森：采用 G
2、PSL621C-112 微机保护装置的 110kV 线路二次回路设计I摘 要继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。本文的主题是采用微机保护装置对 110kV 线路的二次回路的保护研究。简要介绍了电力系统微机继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。在本次设计中，该微机装置可用于距离零序保护。设计首先进行了继电保护配置和二次系统的学习，主要是控制对象（一次设备）简介，二次设备（柜）及主要功能进行了解，为以后的线路设计做好充分的准备。本
3、设计对 110kV 线路采用 GPSL621C-112 微机保护装置的二次回路进行保护。所以要对设备选型一次设备、二次设备及主要功能有所了解。然后对 110kV 主要回路图进行设计并绘制 110KV 线路电流、电压回路图，110kV 线路控制信号回路图，110kV 线路隔离开关操作闭锁回路等图纸，最后完成断路器机构箱端子排接线图关键词 微机保护；110kV 线路保护；二次回路保护南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文）IIAbstractProtective relay is the one of devices to response the fault and abnormal of el
4、ectric power system to send out signals to trip CB. With the expansion of the power system and the consumer higher requirement for quality of power energy, the protection relays criteria must be improved greatly and developed to satisfy the higher requirement.This thesis is the research of 110kV-lin
5、e computer basesd protection relay. This paper recalled the history, the current development and future blueprint of computer relay protection. It is also discussed protection algorithm in the thesis.Design the first relay protection configuration and the second system of study, mainly is the contro
6、l object (a device) introduction and secondary equipment (cabinet) and main function to understand, for the following line design ready.This design of 110kV PRC41A series circuit with microprocessor-based protection, the protection of the secondary circuit. So to equipment selection a equipment, sec
7、ondary equipment and main function understand somewhat.Then on to 110 kV main circuit diagram design and drawing 110 kV ines current, voltage circuit diagram, 110 kV lines control signal circuit diagram, 110 kV lines isolating switch operation artesia loops drawings, finally complete circuit breaker
8、 box terminal row institutions hookup.Key words computer relay protection；110 kV transmission line the secondary circuit；the microcomputer protection王庭森：采用 GPSL621C-112 微机保护装置的 110kV 线路二次回路设计III目录摘要.ABSTRACT.1 绪 论 .11.1 电 力 系 统 微 机 保 护 的 概 述 .11.2 微 机 保 护 的 特 点 .21.3 微 机 保 护 的 国 内 外 研 究 概 述 与 发 展 趋
9、势 .31.4 本 课 题 研 究 的 背 景 和 意 义 .42 110KV 线 路 的 一 次 设 备 及 控 制 .52.1 主 接 线 及 其 选 择 .52.2 断 路 器 .92.3 刀 闸 .142.4 互 感 器 .173 110KV 线 路 保 护 的 二 次 配 置 .213.1 110KV 电 网 线 路 保 护 配 置 要 求 .213.2 本 次 设 计 所 用 保 护 装 置 的 功 能 和 特 点 .233.3 测 控 柜 .253.4 端 子 箱 .264 二 次 回 路 的 设 计 .284.1 二 次 回 路 .284.2 交 流 电 流 电 压 回 路 接
10、 线 设 计 .304.3 断 路 器 的 控 制 回 路 设 计 .334.4 信 号 回 路 设 计 .344.5 刀 闸 的 防 误 回 路 设 计 .355 结 语 .38谢 辞 .39参 考 文 献 .40附 录 图 纸 .41王庭森：采用 GPSL621C-112 微机保护装置的 110kV 线路二次回路设计- 1 -1 绪论1.1 电力系统微机保护的概述电力系统的不断发展和安全稳定运行给国民经济和社会发展带来了巨大的动力和效益，继电保护是组成电力系统必不可少的子系统，它承担着断开故障和支持电力系统安全运行的任务,在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。继电保护装置
11、除了在故障的很短时间内动作外，长期是不动作的。因而被喻为电力系统的无声警卫。因此装置的某些缺陷可能不被觉察，从而成为故障，是不正确动作的隐患。微机保护的自我监测和监视功能可以消除这一隐患。众所周知，对电网继电保护的基本性能要求，包括了可靠性、选择性、快速性和灵敏性。所谓可靠性，是要求所配置的继电保护装置只能在事先规定需要它动作的情况下动作，在其他一切不需要它动作的情况下不动作。在术语上，前者称之为可信赖性，后者称之为安全性或稳定性；继电保护的选择性要求，是期望能在电力元件发生故障时，又在靠近故障元件的继电保护装置断开故障；动作的快速性，对电网继电保护系统来说，重要在于快速跳闸对提高电网暂态稳定
12、的作用；动作灵敏性要求，是出于保护装置可靠动作的需要。这些要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。继电保护的困难在于不仅要满足测量的精度，更重要的是在各种复杂的情况下都要能满足相互矛盾的四项要求，即“要正确动作，该动则动，不该动则不动。 ”继电保护的正确动作取决于一系列的因素：保护原理、装置的软硬件设计、产品质量、整定和调试、二次回路以及运行管理等。1.2 微机保护的特点南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文）- 2 -（l）维修调试方便：相比较于过去大量使用的整流型继电保护装置，微机保护装置几乎可以不用调试，微机保护对硬件和软件都有自检功能，装置上电时，
13、有故障就会立即报警，可以大大地减轻运行维护的工作量。(2）可靠性高：在各种保护方法中，考虑到了电力系统中的各种情况，具有很强的综合分析和判断能力。微机系统运行时，可以不断进行自检，因此，可以立即检查出微机保护内部的大多数随机故障，而采取适当的纠正措施。 (3）易于获得各种附加功能：由于计算机的通用性，因而在继电保护硬件的基础上，可以很方便地通过增加软件的方法获得保护之外的功能。例如，保护的动作顺序记录，故障谐波分析，故障测距，低频减载等。(4）保护性能易于改善：对于相同的硬件，可以通过算法的不同，实现不同的保护。这样，也就可以通过改善算法来不断完善保护性能，而不需要改动硬件。通过软件算法的改善
14、，可以较好地解决原有模拟继电保护装置无法解决的一些问题。(5）便于远方监控：目前的微机保护装置均设有通信接口，这样可以方便地将各地保护装置纳入变电站综合自动化系统，可以实现远方修改定值与投切保护装置。 （6）灵活性大：目前，国内中低压变电站内不同一次设备的保护装置在硬件设计时，尽可能采用同样的设计方案。而超高压电力系统保护装置若采用多 CPU实现多种保护功能时，每块 CPU 模块的硬件设计也倾向于尽量相同。由于保护的原理主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统发展对保护要求的变化，也减少了现场的维护工作量。（7）经济性好：微处理器和集成电路芯片的性
15、能不断提高而价格一直在下降，而电磁型继电器的价格在同一时期内却不断上升。而且，微机保护装置是一个可编程序的装置，它可基于通用硬件实现多种保护功能，使硬件种类大大减少。这样，在经济性方面也优于传统保护。1.3 微机保护的国内外研究概况与发展趋势近四十年来，计算机技术发展日新月异，它的广泛应用给各行各业带来了翻天覆地的变化。计算机技术也同样影响了继电保护技术的发展。七十年代中、后期国外已有少数样机在电力系统中试运行，到八十年代初，各国都在这些方面继续做了很多努力，使计算机保护逐渐趋于实用。我国对计算机保护的研究始于 70 年代后半期，开始是几个高等院校和水电王庭森：采用 GPSL621C-112
16、微机保护装置的 110kV 线路二次回路设计- 3 -部南京自动化研究所的一些继电保护工作者对国外计算机保护的发展作了广泛的介绍和综述分析。70 年代末至 80 年代初广泛地开展了各种算法以及样机的研制。1984 年，华北电力学院研制的第一套 6809（CPU）为基础的距离保护样机投入试运行。该年底在华中工学院召开了我国第一次计算机保护学术会议，标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。90 年代，南京电力自动化研究院将工频变化量方向继电器（1982 年提出）在 CKF、CKJ 系列集成电路保护中的成功经验运用于计算机保护。此后，各个厂家以 80C196 微控制器为控制核心相继研制了
17、各自的线路保护，并在国内电力系统 110kV500kV 线路中广泛运用，有代表的制造厂家有：南瑞继保、南京电力自动化总厂、四方公司、许昌继电器厂等。继电保护所应用元器件的发展，在一定程度上将推动继电保护技术的发展。晶体管的出现推动了比相原理的发展，集成电路已具备了一定的计算功能，目前已广泛使用的微机保护，使继电保护步入了数字化的领域。微机技术引入继电保护领域，扩展了继电保护装置的应用功能，基于微处理器的继电保护装置，具有一系列的特点：可以集主保护、后备保护的完整功能于一身，大大简化了继电保护二次接线；远方通信功能，管理人员可以随时监测保护装置的运行状态、调用数据、改变定值，为现代化管理提供了必
18、要的物质基础；自检功能，自动故障定位，及时发出警报，用备用插件置换故障部件，可以在实验室集中进行专业检修。这一切都为提高保护装置的安全运行水平，显著地延长运行检测周期和减少运行检测项目提供了前提，同时也必将直接影响到专业人员的配置，从而大幅度的提高继电保护的管理水平和专业人员的劳动生产率。目前，我国电力系统已大量采用的微机保护，大多采用 80 年代末期 90 年代初期推出的数字芯片，如 Intel 公司的 80C196 等。新一代数字芯片的出现，特别是高速数字信号处理器 DSP（Digital Signal Processor）以其高速、实时、低功耗和高集成度而得到大量的推广及应用，这必将引起
19、继电保护新一轮的革命。将高性能的微处理器应用于整个装置中，可以大大提高其运算速度，减少运算时间，这对电力系统继电保护来说也一个非常关键的问题。1.4 本课题研究背景和意义南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文）- 4 -1.4.1 本课题研究的背景在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。零序电流保护、距离保护作为线路保护的基本组成部分，其工作性能对电力系统的安全稳定运行有着直接和重要的影响。保护性能改善的一个重要方面是在确保其动作的可靠性和选择性的条件下，加快保护的动作速度。目前，提高保护速度面临的主要问题是距离保护采用故障
20、后的稳态基频分量，在实际故障信号中包含有大量非基频噪声信号的情况下，保护动作速度越快，基频分量的滤波精度越差。为了适应现代高压电网稳定运行的要求，设计者们除了在软件上尽力简化算法和提高算法的效率，对硬件的要求也越来越高。目前电力系统继电保护设备中最常用的微处理器包括51系列和96系列等控制型器件。但随着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高以及新的保护算法的不断出现，这些器件在许多方面，特别是在计算能力、存储容量方面，已不能很好地适应电力系统的要求。本课题将对上述问题进行探讨，从硬件和软件两方面对电力系统微机保护设备进行深入分析，并设计一套完整的微机保护装置。1.4.2 本课题研究的意义随着电力工业的发展，高压输电网络的结构、用电负荷性质和用户对供电的要求都发生了很大的变化，这也对继电保护工作提出了越来越高的要求。对系统保护性能和功能需求的不断提高，也是促使担任微机保护装置的处理器位数不断提升的主要原因之一。采用高性能高位数的 DSP+CPU 处理器芯片构成微机保护装置，已经成为电力系统保护产品的发展趋势。
