電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置設(shè)計研究

廖建彪

摘 要：作為繼電保護(hù)教學(xué)實踐中的一種重要設(shè)備，電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置對于開展繼電保護(hù)教學(xué)實踐有著非常重要的影響。在設(shè)計電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置時，應(yīng)該考慮到微機(jī)繼電保護(hù)裝置本身的特點，以及當(dāng)前繼電保護(hù)模擬實驗裝置在教學(xué)應(yīng)用中暴露出的問題對其進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)一步推進(jìn)電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置的發(fā)展，提高其應(yīng)用價值和技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：電力線路；實驗裝置；模擬實驗

中圖分類號： ：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）27-190-2

0 引言

從20世紀(jì)初，電力系統(tǒng)就開始廣泛地應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)也在不斷地發(fā)展和成熟，對自動裝置和繼電保護(hù)提出了越來越高的要求。20世紀(jì)90年代以來，我國開始積極應(yīng)用微機(jī)繼電保護(hù)，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式繼電保護(hù)，取得了突破性的進(jìn)展。作為電氣專業(yè)的一門專業(yè)課程，繼電保護(hù)課程非常重要，各高校的電氣專業(yè)繼電保護(hù)實驗都將繼電保護(hù)的實驗裝置作為實驗主體。

1 微機(jī)繼電保護(hù)裝置本身的特點

在對電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置進(jìn)行設(shè)計之前，應(yīng)該對微機(jī)繼電保護(hù)裝置本身的特點予以了解，從而提高電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置的科學(xué)性。

1.1 微機(jī)繼電保護(hù)裝置具有較高的安全性

微機(jī)繼電保護(hù)裝置具有自檢裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在線自檢，包括軟件自檢和硬件自檢。通過自檢不僅能夠?qū)ρb置自身的硬件問題進(jìn)行及時的發(fā)現(xiàn)和處理，還能夠避免電力系統(tǒng)故障或者保護(hù)動作而造成的保護(hù)拒動，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)運行的安全性，減少了維護(hù)工作量。通過軟件自己還能夠?qū)崿F(xiàn)自動排除干擾、自動識別、自動糾錯，這樣可以有效地避免采樣信號被干擾，造成保護(hù)的誤動作。

1.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的維護(hù)和調(diào)試便利

與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置相比，微機(jī)繼電保護(hù)裝置的維護(hù)和調(diào)試都比較便利，使用數(shù)字信號處理器或單片機(jī)作為硬件的主要元件，并在一塊芯片中集成各功能部件，在使用其他的外圍芯片，通過軟件來實現(xiàn)復(fù)雜的保護(hù)功能。特別是硬件和軟件的自診斷功能，更是減輕了維護(hù)和調(diào)試的工作量。

2 繼電保護(hù)模擬實驗裝置在教學(xué)中的應(yīng)用問題

在繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的過程中實踐教學(xué)的內(nèi)容也在不斷更新，微機(jī)繼電保護(hù)實驗是當(dāng)前實踐教學(xué)的重點。然而繼電保護(hù)教學(xué)實驗中卻出現(xiàn)了一些問題。

首先，實驗裝置過于落后。在繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的過程中，當(dāng)前繼電保護(hù)的主要形式是微機(jī)保護(hù)，但是繼電電氣特性實驗卻依然是一些微機(jī)繼電保護(hù)實驗裝置的主要試驗內(nèi)容，不符合人才培養(yǎng)的目標(biāo)，必須對其進(jìn)行更新。其次，難以取得較好的實驗效果。從當(dāng)前的教學(xué)實驗效果來看，很多高校都使用廠家的接線式教學(xué)儀器作為繼電保護(hù)的教學(xué)實驗裝置，導(dǎo)致學(xué)生只能按照相關(guān)要求插拔對應(yīng)的線路，不能對學(xué)生的各項能力進(jìn)行鍛煉，學(xué)生也對實驗的原理和目的不甚了解。最后，實驗與工程現(xiàn)場的實際情況偏離。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的綜合繼電保護(hù)實驗臺雖然能夠使實驗的安全性和效率得到一定的提高，但是也會造成實驗項目的局限，只能將繼電器的特性實驗作為保護(hù)原理性試驗，缺乏完善的實驗手段，過于注重表面現(xiàn)象和結(jié)果，沒有認(rèn)識到實驗原理和保護(hù)原理之間的差異。

3 電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置總體設(shè)計

3.1 電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置的設(shè)計要求

繼電保護(hù)具有靈敏性、可靠性、速動性、選擇性的4個特性，而這4個特性是針對繼電保護(hù)性能進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)。要想設(shè)計出科學(xué)合理的電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置，就必須要嚴(yán)格的遵循以下幾個方便的要求：首先，靈敏性：在其保護(hù)范圍內(nèi)繼電保護(hù)裝置面對不正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)的反應(yīng)能力就是其靈敏性，一般都是要利用靈敏系數(shù)對靈敏性進(jìn)行衡量。其次，可靠性：在發(fā)生動作的時候繼電保護(hù)裝置必須要發(fā)生動作，不該發(fā)生動作的時候，繼電保護(hù)裝置要確保不會出現(xiàn)誤動的情況。再次，速動性：繼電保護(hù)裝置在系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障的時候，必須要將故障快速切除。最后，選擇性：一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)要確保只使電源一側(cè)與故障點具有最近距離的繼電保護(hù)裝置發(fā)生動作，并且利用開關(guān)電器切除故障，確保非故障部分可以實現(xiàn)正常運行。

3.2 電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計

繼電保護(hù)實驗裝置的最為主要的功能就是真實地模擬發(fā)生輸電線路故障之后，繼電保護(hù)通過自動動作對故障進(jìn)行判斷和切除的方式強(qiáng)化系統(tǒng)的運行可靠性，從而使供電的不間斷和安全得到保障。本裝置包括繼電保護(hù)所需的單片機(jī)、PLC、保護(hù)器件等，這樣就可以將一個線路保護(hù)的實驗平臺搭建了起來，其除了會將傳統(tǒng)的繼電保護(hù)實驗完成，同時也能夠?qū)⒁訮LC為基礎(chǔ)的線路繼電保護(hù)實驗完成，此外還可以將以單片機(jī)為基礎(chǔ)的零序電流保護(hù)實驗和線路三段式保護(hù)實驗等相關(guān)實驗完成。

①基本結(jié)構(gòu)：在該系統(tǒng)中，由單片機(jī)、PLC、繼電器等分別控制完成保護(hù)。系統(tǒng)的主要組成包括跳閘模塊、單片機(jī)模塊、過流保護(hù)模塊、PLC 模塊和電源模塊等。圖1為結(jié)構(gòu)框架圖。

第一電源部分：在設(shè)計電源的時候必須要確保其在安全保障方面具有較高的可靠性，只有隔離之后，交流電源才可以在各模塊中進(jìn)入，直流電源則需要具備完善的濾波措施和整流措施。第二，硬件部分：實驗裝置不管是在設(shè)備、元件，還是在聲音等各個方面都必須要符合工程的實際情況，從而能夠使實驗裝置的仿真程度得以提升。第三，軟件部分：要采用靈活多樣的保護(hù)模塊，確保能夠通過不同的保護(hù)模塊針對不同的故障情況進(jìn)行試驗，同時要使自動裝置和保護(hù)模塊實現(xiàn)完善、準(zhǔn)確的配合，最終將保護(hù)實驗的工作順利完成。

②主要功能：第一，該實驗裝置能夠?qū)€繼電器的特性進(jìn)行測定，能夠完成時間繼電器特性試驗、信號繼電器特性實驗、中間繼電器特性試驗、電流繼電器特性實驗。第二，傳統(tǒng)電磁式三段式流保護(hù)試驗裝置的各種設(shè)計，電力線路三段式保護(hù)實驗裝置也同樣能夠完成。第三，該實驗裝置能夠完成整定、動作、編程等以PLC為基礎(chǔ)的三段式線路過流保護(hù)實驗設(shè)計。第四，該實驗裝置能夠完成整定、動作、編程等以單片機(jī)為基礎(chǔ)的三段式線路過流保護(hù)實驗設(shè)計。

4 電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置的發(fā)展展望

通過對電力線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，已經(jīng)能夠滿足教學(xué)實驗的要求，并取得較好的實驗效果。但對于整個電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)而言，線路保護(hù)只是其中的一小部分。繼電保護(hù)實驗裝置具有廣闊的發(fā)展前景，在未來的研究中，還應(yīng)該對繼電保護(hù)仿真模型進(jìn)行進(jìn)一步的完善，不斷縮小實際運行系統(tǒng)和繼電保護(hù)仿真模型之間的距離。本文提出的項目實驗裝置具有比較簡單的結(jié)構(gòu)，在未來的研究中還應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行理論分析，并且繼續(xù)完善相關(guān)程序和模塊的設(shè)計。

5 結(jié)語

電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置種類繁多、性能優(yōu)良、安全可靠性強(qiáng)、功能齊全，在繼電保護(hù)中也逐漸出現(xiàn)了人工智能，具有廣闊的發(fā)展前景。無論是可靠性、動作性的還是動作速度，微機(jī)保護(hù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)保護(hù)?？茖W(xué)的設(shè)計電路線路三段式保護(hù)模擬實驗裝置，能夠為教學(xué)提供良好的保障，解決傳統(tǒng)實驗裝置存在的問題，進(jìn)一步提高實驗效果，順應(yīng)繼電保護(hù)微機(jī)的發(fā)展方向，滿足教學(xué)的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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