淺析電廠660MW超臨界機(jī)組電路綜合保護(hù)器設(shè)計(jì)

張金

摘 要：文章針對(duì)電廠660MW超臨界機(jī)組電路綜合保護(hù)器設(shè)計(jì)，從算法的角度進(jìn)行了解析。利用傅立葉算法很好的避免了電廠出現(xiàn)漏電及單相接地等故障導(dǎo)致絕緣擊穿等事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電廠；超臨界機(jī)組；電路綜合保護(hù)器

引言

近年來(lái)，隨著電廠機(jī)組容量、電網(wǎng)電壓不斷提高，高壓供電距離的不斷增加，供電系統(tǒng)可靠性、安全性和連續(xù)性的要求越來(lái)越高。由于操作人員維護(hù)不當(dāng)或操作錯(cuò)誤、輸電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)斷裂等原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏電及單相接地故障，若不及時(shí)排除，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致絕緣擊穿等事故。而系統(tǒng)如果有保護(hù)裝置，可大大較少事故的發(fā)生，可減少人員的傷亡和國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失?？梢?jiàn)，電路綜合保護(hù)器的重要性。

1.綜合保護(hù)器電參量數(shù)據(jù)處理算法

綜合保護(hù)器的測(cè)量和保護(hù)系統(tǒng)是采用對(duì)電力系統(tǒng)中的各電氣量進(jìn)行采樣，通過(guò)軟件算法程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、分析和判斷，完成電壓、電流和頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等的參數(shù)測(cè)量以實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。

1.1算法選擇

研究電參量的計(jì)算算法主要是尋找有效的數(shù)字信號(hào)處理方法，在滿(mǎn)足工程精度要求下盡可能簡(jiǎn)便快捷地得到所需結(jié)果。在數(shù)據(jù)處理方法上，目前常用的有正弦函數(shù)模型算法、周期函數(shù)模型算法、微分方程算法、隨機(jī)函數(shù)模型算法。以上算法中，正弦函數(shù)模型算法、周期函數(shù)模型算法是利用采樣值，先算出有關(guān)的電流及電壓的幅值、相角、功率等基本電參數(shù)，然后根據(jù)不同保護(hù)原理所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作判據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的基本算法。在電參量負(fù)荷檢測(cè)和計(jì)算上本設(shè)計(jì)采用周期函數(shù)模型算法---傅立葉算法。

1.2傅立葉算法

傅立葉算法其本身具有的較好的濾波特性，該算法采用某一正交函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這一樣品函數(shù)組與待分析的時(shí)變函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同分量的實(shí)部和虛部的系數(shù)，進(jìn)而可以得到該頻率的諧波分量的模值和相位。在電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電壓電流信號(hào)是由基波和各種倍頻諧波疊加而成的。

周期函數(shù)x（t）可以用傅氏級(jí)數(shù)的形式來(lái)表示，即可將周期函數(shù)進(jìn)行傅氏分解成直流分量基波及整數(shù)倍諧波分量之和的形式：

（1）

式中： 為基波角頻率， =2πf， f=50Hz

為n次諧波正弦項(xiàng)幅值系數(shù)； 為n次諧波余弦項(xiàng)幅值系數(shù)。

式（1）可合并為： （2）式中：

（3） （4）

（5） （6）

對(duì)于周期連續(xù)信號(hào) ，式（3）和式（4）離散化：

（7） （8）

這樣我們就可以對(duì)電壓電流信號(hào)一周波采集N個(gè)點(diǎn)，然后代入式（5）、（6）計(jì)算有效值、相角。

2.綜合保護(hù)器的硬件部分

2.1 綜合保護(hù)器的硬件整體

該保護(hù)器的設(shè)計(jì)主要有硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。硬件部分主要有C8051F040單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、保護(hù)及報(bào)警系統(tǒng)、液晶模塊12864及時(shí)鐘芯片DS1302系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖所示。

該系統(tǒng)通過(guò)C8051F040最小系統(tǒng)將處理過(guò)的電壓電流信號(hào)、溫度傳感器信號(hào)以及時(shí)鐘芯片的讀取，將信號(hào)處理還原與實(shí)際正常信號(hào)對(duì)比。如果有故障發(fā)生時(shí)參數(shù)將超出正常范圍，CPU向繼電器發(fā)出信號(hào)使其動(dòng)作起到保護(hù)作用，同時(shí)報(bào)警提示工作人員，并且在液晶12864上顯示故障原因及參數(shù)和故障時(shí)間。

2.2 系統(tǒng)各部分的工作原理

2.2.1電壓互感器簡(jiǎn)介。HPT302是一種電流型的精密微型電壓互感器，輸入輸出電流比為1∶1，輸入電流最大為10mA，一次輸入電壓小于1000V（接限流電阻）。如：HPT302-2mA/2mA，額定一次電流為2mA，二次繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)2mA的電流，比差允許±0.1%，角差允許±10°，0負(fù)載。2mA/2mA是指互感器額定電流比，可以工作于10mA/10mA以下的任何工作點(diǎn)。

2.2.2電流互感器簡(jiǎn)介HCT250是一種測(cè)量用精密電流互感器，額定一次電流為5A，二次繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)2.5mA的電流，比差允許±0.1%，角差允許±10，0負(fù)載。當(dāng)電流比不是5A/2.5mA時(shí)型號(hào)表達(dá)為HCT250-*A/**mA。

2.2.3穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)介。信號(hào)的抬高是有穩(wěn)壓二極管LM385。設(shè)計(jì)工作于10uA到20mA的寬電流范圍。其特征有非常低的動(dòng)態(tài)抗、低噪聲以及隨時(shí)間和溫度穩(wěn)定工作。通過(guò)片內(nèi)微調(diào)可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的電壓誤差。該器件大動(dòng)態(tài)的操作范圍使其使用于范圍很大的電源盒具有優(yōu)勢(shì)調(diào)整能力的應(yīng)用場(chǎng)合。非常低的工作電流器件非常適合用于微功率電路，如便攜儀器、穩(wěn)壓器和其他需要擴(kuò)展電池壽命的模擬電路。LM385系列有兩種電壓規(guī)格，1.235V和2.5V。本設(shè)計(jì)所用的是第一種1.235V的。

2.2.4信號(hào)采集原理。電壓信號(hào)的采集是用分壓的原理將強(qiáng)電變?yōu)槿蹼娦盘?hào)，然后經(jīng)過(guò)電壓互感器隔離得到弱電交流信號(hào)。由于單片機(jī)不能采集負(fù)信號(hào)，所以我們要把負(fù)信號(hào)加一直流信號(hào)抬高使其轉(zhuǎn)換為正信號(hào)，然后進(jìn)入ADC0模擬通道AIN0.0進(jìn)行采集。經(jīng)過(guò)一直流信號(hào)抬高進(jìn)入ADC0模擬通道AIN0.1進(jìn)行采集。

3.結(jié)論

通過(guò)對(duì)電廠660MW超臨界機(jī)組電路綜合保護(hù)器設(shè)計(jì)，解決了電廠出現(xiàn)漏電及單相接地故障不及時(shí)排除，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致絕緣擊穿等事故的發(fā)生。對(duì)電廠各類(lèi)保護(hù)的改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。