5 微机保护程序流程

第五章微机保护程序流程5－1概述一、微机保护的流程图程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑关系。流程图的优点：（a）采用简单规范的符号，画法简单；（b）结构清晰，逻辑性强；（c）便于描述，容易理解。5－2程序流程的基本结构一、中断功能的作用为了满足实时系统的快速性和实时性要求，微型机的中断机制是一种很有效的实现手段之一。中断的作用•当各种参数、信息、活动等需要及时处理时，可以在任意时刻向微机发出中断请求，要求微型机快速响应，达到快速处理的目的。•实现微型机和其他设备同时工作，并实现对异常情况的自行处理，如电源异常、存储出错、运算溢出等。5－2程序流程的基本结构微机保护中断源：定时器中断、通信中断、异常中断等中断优先级：定时器产生的采样中断，优先级高定时采样中断的时间间隔是一个较为固定的时间单元，因此，微机保护中的各种时间元件通常可以将采样间隔Ts作为基本的时间计时单元。二、程序流程的基本结构以定时中断的服务程序为例，介绍三种典型的流程结构。要求：必须保证最长的定时中断服务程序所执行的时间一定小于采样时间间隔Ts，并留有一定的时间裕度。TsTs采样脉冲采样脉冲执行中断服务程序执行中断服务程序触发中断中断开始时刻中断返回时刻Tc二、程序流程的基本结构三种典型的流程结构：（1）顺序结构（2）切换结构（3）混合结构AABNABNBNP按模(N-1)加1P按模N加1（a）（c）（b）P=0P=1P=N-1P=0P=N-2YNBASttttT)(YNBASttttT,,,maxYNBASttttT,,max5－3电流保护流程图电流保护的流程在微机电流保护中，大致包括系统程序流程和中断服务程序流程。（1）系统程序；（2）定时中断服务程序；（3）其它中断服务程序。控制数据采集系统，存储采样值时钟计算:和（）求:Im=Max{Ia,Ic}，Im3=Max{Ia,Ic,}发跳闸命令，报告Ⅰ段动作Im≥IⅠ?发跳闸命令，报告Ⅱ段动作Im≥IⅡ?TN2+1TN2*Ts≥tⅡ?TN2=0发跳闸命令，报告Ⅲ段动作Im3≥IⅢ?TN3+1TN3*Ts≥tⅢ?TN3=0，收回跳闸命令YYYYYNNNNN定时中断开始定时中断结束初始化开中断有报告？自检发送报告YYNN程序入口（上电或RESET后）装置有问题？修改定值？改定值YN报警，存报告NY自检时间到？（b）（a）caIIcaII、caII一、系统程序的流程（主程序流程）1、初始化（1）对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化（2）读取所有开关量输入的状态，并将其保存在规定的RAM或FLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视开关量输入是否有变化（3）对装置的软硬件进行一次全面的自检（4）在经过全面自检后，应将所有标志字清零每一个标志代表了一个软件继电器和逻辑状态，这些标志将控制程序流程的走向。（5）进行数据采集系统的初始化2、系统程序的其它流程（1）开放中断（2）自检循环，包括软硬件自动检测、人机对话、定值显示和修改、通信以及报文发送。二、中断服务程序的流程（1）控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM区的循环寄存器中（2）时钟计时功能便于在报告和报文中记录带有故障时刻的信息。（3）计算保护功能中用到的所有测量值（4）将测量电流与Ⅰ段电流定值进行比较（5）在电流Ⅰ段的功能之后，执行电流Ⅱ段的功能（6）电流Ⅲ段的功能、逻辑和比较过程均与电流Ⅱ段相似（7）当Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的电流测量元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的三、系统程序和中断服务程序的关系在微型机开中断后，每间隔一个Ts，定时器就会发出一个采样脉冲，随即产生中断请求。于是微型机先暂停一下系统程序，转而执行一次中断服务程序，以保证对输入模拟量的实时采集。TsIRQIRQIRQIRQMNABCDAB段流程BC段流程CD段流程t采样信号主程序中的M－N段程序XY段流程XYt1t2t3t4t5t6tktk+1（a）（b）Ts四、电流保护中的方向元件1.方程比较法根据测量得到的电压相量和电流相量判断短路方向。mmmmIUIU，灵敏角是0°。mUmI）（mmIU）－（mmIU电流动作区mUmI电流动作区jjeemmmmUIUI，灵敏角是。电流保护中的方向元件2.虚拟阻抗法利用相量和，求出阻抗。jXRIUmmmUmI动作条件为：0RjXRRjX00动作区动作区电流保护中的方向元件微机保护可以很方便地获取记忆电压，实现用故障前的记忆电压与故障后的电流进行方向比较。五、提高电流保护灵敏度的方法对于只引入A、C相电流的不完全星型接线，三相短路和两相短路的特征（1）三相短路时（2）两相短路时cacaIIII1minmaxIImaxminIImin0I五、提高电流保护灵敏度的方法对于只引入A、C相电流的不完全星型接线，三相短路和两相短路的特征（3）Y/D接线的降压变压器，低压侧发生两相短路，有。这种短路情况下，电流保护的灵敏度已经得到提高，本方案不考虑这种情况。2minmaxII线路上发生两相短路的条件为：maxminIKIK为大于2的比例系数，实际应用中，可以取K值为4~5。在相同运行方式下，同一地点分别发生三相和两相短路时，二者的短路电流关系为(2)(3)kk3=2II提高灵敏度的电流速断流程图发跳闸命令，报告Ⅰ段动作Imax≥IⅠ?YNYNImax≥IⅠ?YNImax/Imin≥5?计算:和（）求:Imax=Max{Ia,Ic,}，Imin=Min{Ia,Ic,}caIIcaII、caIIcaII23至Ⅱ、Ⅲ段判别5－4高压线路保护流程图一、高压线路保护的程序流程高压线路的运行方式多变、复杂，高压线路保护需要考虑许多特殊的情况，因而高压线路保护的程序流程图比较复杂。其基本程序流程也包括：（1）系统程序；（2）定时中断服务程序；（3）其它中断服务程序。计算测量值,包括：向量、模值、阻抗、序分量等突变量及辅助启动判别①已经启动过?自检,如A/D检测，TV断线等启动150ms后?振荡闭锁中再短路?③清振荡标志置振荡标志相间/接地ZⅠ、ZⅡ功能②高频距离功能相间/接地ZⅢ功能零序电流保护功能高频零序功能跳闸逻辑判别(含选相跳闸和收跳令等)重合闸判别整组复归判别中断结束NYNYY中断开始初始化开中断有报告？自检自检定时到？发送报告置启动标志，且相当于启动150ms后YYNN程序入口（上电或RESET后）装置有问题？修改定值？改定值YN报警，存报告NY（b）（a）ZⅠ或ZⅡ在150ms内动作过？YN有振荡标志？NNY静稳破坏？YN系统程序流程（1）与电流保护流程相同部分不再重复介绍（2）初始化结束后，置启动标志，且相当于启动元件已经动作150ms之后，控制程序进入振荡闭锁方式，从而将保护功能流程中的启动元件、高频保护和阻抗I、II段程序退出工作，待整组复归后，再开放所有的保护功能。•在数据采集系统刚开始工作时，没有历史数据，所以突变量启动元件一旦立即投入运行，就很容易在正常负荷电流情况下启动，而此时，没有任何记忆分量能够参与保护功能的判别。•刚合上直流电源时，如果电力系统正在振荡，那么立即投入高频保护和阻抗I、II段，很容易导致误动。中断服务程序微机保护的功能和逻辑主要由软件实现，通常可以在不增加任何硬件的条件下，同时构成多种继电保护的功能。•高压线路保护的功能流程设计在中断服务程序中。高压线路保护的程序流程（1）系统正常运行系统在正常运行时，启动元件不动作，中断服务程序主要进行数据采集、计算各种测量参数、启动元件判别和数据自检功能，处于监视电力系统是否发生短路的状态，是否出现静稳破坏。系统流程则执行人机对话、定值管理、显示、通讯和各种软硬件自检等功能。（2）本线路发生短路本线路发生短路时，启动元件检测出系统发生了短路，于是，一方面驱动启动继电器，开放出口回路的负电源端（参见图1－37），同时，启动收发信机（以高频闭锁方式为例）；另一方面，设置启动标志，表明启动元件已经动作。随后，流程进入高频保护、距离保护、零序保护的功能和逻辑判断。任何一种保护元件满足动作条件，都会由跳闸逻辑判别模块发出跳闸命令，并存储相应的报告，以便显示和上传。高压线路保护的程序流程（2）本线路发生短路当故障切除后，保护的测量元件返回，流程进入判断重合闸和整组复归状态。如果满足重合闸的条件，则发出重合命令，并准备重合闸后加速功能。在保护发出跳闸命令后，监视故障是否已经切除。如果发出单相跳闸命令后的200ms内，故障相仍然持续有电流，则表明故障相未切除，立即再发三相跳闸命令，补跳一次。如果在发出跳闸命令的5s后，故障还没有切除，则发出呼唤警报，此后微型机处于等待值班人员处理的状态。•整组复归逻辑：复归的内容：对启动标志、振荡标志和其他标志清零，让每一个“软继电器”和逻辑状态都恢复正常，准备下一次动作3I0LJaZⅢt1高压线路保护的程序流程（3）非本线路短路1）启动元件不动作，保护的工作过程与正常运行情况相似。2）启动元件动作，置启动标志，并驱动启动继电器。采用常规距离保护的短时开放方法。（4）静稳破坏静稳破坏时，由静稳破坏模块中的和LJa检测出来，随即，设置振荡标志，同时，还设置启动元件处于启动150ms后的模式，控制流程按照振荡闭锁模式执行。IIIZ三、典型模块的流程（一）突变量启动•电流突变量作为主要的快速的启动元件，监视绝大部分的故障；•相电流和零序电流作为辅助的稳态量启动元件，监视大过渡电阻接地等极少数电流变化较缓慢的故障。KA=0?KA+1KA-1KA≥3?D)(kai定值？B相启动判别？C相启动判别？置启动标志YYYYYNNNNN启动元件入口至其他程序A相启动判别有启动标志？YN典型模块的流程（二）阻抗逻辑1.、逻辑流程图根据选相结果，取出故障相(或相间)的测量阻抗是手合？YN出口故障？YNⅠ段内？Ⅱ段内？tⅡ延时到？YYNNNY偏移Ⅲ段内？取出故障前电压与故障后电流比相正方向？YNNY发三跳命令，存手合动作报告存Ⅱ段动作报告置发跳闸命令标志，准备选相跳闸存Ⅰ段动作报告Ⅱ段延时清零至其他功能或下一次Ts判别ZⅠ、ZⅡ逻辑入口IZIIZ•出口短路判断准则：Xm和Rm的绝对值均远小于阻抗I段定值，或小于0.5W典型模块的流程2、阻抗特性（1）圆特性微机保护能够计算出测量电抗Xm和测量电阻Rm，因此，可以很方便地用一个圆的表达式来实现任意的圆内动作特性。通用圆特性的动作方程为还可以由两个相交的圆特性，通过构成“与”、“或”逻辑，实现橄榄型或苹果型特性。222m0m0(-)+(-)XXRRr典型模块的流程2、阻抗特性（1）圆特性222m0m0(-)+(-)XXRRr图5-15所示的R-X平面多边形特性中，设计思路为：（1）在第一象限中，与水平虚线成α夹角的下偏边界（直线1），是为了防止相邻线路出口经过渡电阻接地时的超越而设计的，α值的选择原则应以躲区外故障时的超越为准，常取α=7°~10°（2）第四象限向下偏移的边界（直线3），是在本地路口经过渡电阻接地时，保证保护能够可靠动作而设计的；（3）第一象限与R轴成60°夹角的边界（直线2），是为了提高典型模块的流程2、阻抗特性（2）多边形特性zdZjX0RjXR14°14°O60°XsRs既可以有效地防止相邻线路出口经过渡电阻接地时的超越（直线1）；又可以在区内经较大过渡电阻接地时，保证可靠动作（直线3）；还可以在振荡闭锁期间，通过减小Rs方向的数值，降低振荡的影响。直线2：提高长线路避越负载阻抗的能力直线4：考虑到金属性短路时，动作特性有一定的裕度如上图所示的R-X平面多边形特性中，设计思路为：（1）在第一象限中，与水平虚线成α夹角的下偏边界（直线1），是为了防止相邻线路出口经过渡电阻接地时的