电力线路三段式保护模拟实验装置设计研究

廖建彪

摘 要：作为继电保护教学实践中的一种重要设备，电力线路三段式保护模拟实验装置对于开展继电保护教学实践有着非常重要的影响。在设计电力线路三段式保护模拟实验装置时，应该考虑到微机继电保护装置本身的特点，以及当前继电保护模拟实验装置在教学应用中暴露出的问题对其进行设计，进一步推进电力线路三段式保护模拟实验装置的发展，提高其应用价值和技术水平。

关键词：电力线路；实验装置；模拟实验

中图分类号： ：TM77 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-190-2

0 引言

从20世纪初，电力系统就开始广泛地应用继电保护技术，该技术也在不断地发展和成熟，对自动装置和继电保护提出了越来越高的要求。20世纪90年代以来，我国开始积极应用微机继电保护，以此代替传统的电磁式继电保护，取得了突破性的进展。作为电气专业的一门专业课程，继电保护课程非常重要，各高校的电气专业继电保护实验都将继电保护的实验装置作为实验主体。

1 微机继电保护装置本身的特点

在对电力线路三段式保护模拟实验装置进行设计之前，应该对微机继电保护装置本身的特点予以了解，从而提高电力线路三段式保护模拟实验装置的科学性。

1.1 微机继电保护装置具有较高的安全性

微机继电保护装置具有自检装置，能够实现在线自检，包括软件自检和硬件自检。通过自检不仅能够对装置自身的硬件问题进行及时的发现和处理，还能够避免电力系统故障或者保护动作而造成的保护拒动，进一步提高了系统运行的安全性，减少了维护工作量。通过软件自己还能够实现自动排除干扰、自动识别、自动纠错，这样可以有效地避免采样信号被干扰，造成保护的误动作。

1.2 微机继电保护装置的维护和调试便利

与传统的继电保护装置相比，微机继电保护装置的维护和调试都比较便利，使用数字信号处理器或单片机作为硬件的主要元件，并在一块芯片中集成各功能部件，在使用其他的外围芯片，通过软件来实现复杂的保护功能。特别是硬件和软件的自诊断功能，更是减轻了维护和调试的工作量。

2 继电保护模拟实验装置在教学中的应用问题

在继电保护技术发展的过程中实践教学的内容也在不断更新，微机继电保护实验是当前实践教学的重点。然而继电保护教学实验中却出现了一些问题。

首先，实验装置过于落后。在继电保护技术发展的过程中，当前继电保护的主要形式是微机保护，但是继电电气特性实验却依然是一些微机继电保护实验装置的主要试验内容，不符合人才培养的目标，必须对其进行更新。其次，难以取得较好的实验效果。从当前的教学实验效果来看，很多高校都使用厂家的接线式教学仪器作为继电保护的教学实验装置，导致学生只能按照相关要求插拔对应的线路，不能对学生的各项能力进行锻炼，学生也对实验的原理和目的不甚了解。最后，实验与工程现场的实际情况偏离。当前应用比较广泛的综合继电保护实验台虽然能够使实验的安全性和效率得到一定的提高，但是也会造成实验项目的局限，只能将继电器的特性实验作为保护原理性试验，缺乏完善的实验手段，过于注重表面现象和结果，没有认识到实验原理和保护原理之间的差异。

3 电力线路三段式保护模拟实验装置总体设计

3.1 电力线路三段式保护模拟实验装置的设计要求

继电保护具有灵敏性、可靠性、速动性、选择性的4个特性，而这4个特性是针对继电保护性能进行分析研究的基础。要想设计出科学合理的电力线路三段式保护模拟实验装置，就必须要严格的遵循以下几个方便的要求：首先，灵敏性：在其保护范围内继电保护装置面对不正常运行状态和故障状态的反应能力就是其灵敏性，一般都是要利用灵敏系数对灵敏性进行衡量。其次，可靠性：在发生动作的时候继电保护装置必须要发生动作，不该发生动作的时候，继电保护装置要确保不会出现误动的情况。再次，速动性：继电保护装置在系统出现短路故障的时候，必须要将故障快速切除。最后，选择性：一旦供电系统出现故障，继电保护要确保只使电源一侧与故障点具有最近距离的继电保护装置发生动作，并且利用开关电器切除故障，确保非故障部分可以实现正常运行。

3.2 电力线路三段式保护模拟实验装置的结构和功能设计

继电保护实验装置的最为主要的功能就是真实地模拟发生输电线路故障之后，继电保护通过自动动作对故障进行判断和切除的方式强化系统的运行可靠性，从而使供电的不间断和安全得到保障。本装置包括继电保护所需的单片机、PLC、保护器件等，这样就可以将一个线路保护的实验平台搭建了起来，其除了会将传统的继电保护实验完成，同时也能够将以PLC为基础的线路继电保护实验完成，此外还可以将以单片机为基础的零序电流保护实验和线路三段式保护实验等相关实验完成。

①基本结构：在该系统中，由单片机、PLC、继电器等分别控制完成保护。系统的主要组成包括跳闸模块、单片机模块、过流保护模块、PLC 模块和电源模块等。图1为结构框架图。

第一电源部分：在设计电源的时候必须要确保其在安全保障方面具有较高的可靠性，只有隔离之后，交流电源才可以在各模块中进入，直流电源则需要具备完善的滤波措施和整流措施。第二，硬件部分：实验装置不管是在设备、元件，还是在声音等各个方面都必须要符合工程的实际情况，从而能够使实验装置的仿真程度得以提升。第三，软件部分：要采用灵活多样的保护模块，确保能够通过不同的保护模块针对不同的故障情况进行试验，同时要使自动装置和保护模块实现完善、准确的配合，最终将保护实验的工作顺利完成。

②主要功能：第一，该实验装置能够对个继电器的特性进行测定，能够完成时间继电器特性试验、信号继电器特性实验、中间继电器特性试验、电流继电器特性实验。第二，传统电磁式三段式流保护试验装置的各种设计，电力线路三段式保护实验装置也同样能够完成。第三，该实验装置能够完成整定、动作、编程等以PLC为基础的三段式线路过流保护实验设计。第四，该实验装置能够完成整定、动作、编程等以单片机为基础的三段式线路过流保护实验设计。

4 电力线路三段式保护模拟实验装置的发展展望

通过对电力线路三段式保护模擬实验装置进行科学的设计，已经能够满足教学实验的要求，并取得较好的实验效果。但对于整个电力系统的继电保护而言，线路保护只是其中的一小部分。继电保护实验装置具有广阔的发展前景，在未来的研究中，还应该对继电保护仿真模型进行进一步的完善，不断缩小实际运行系统和继电保护仿真模型之间的距离。本文提出的项目实验装置具有比较简单的结构，在未来的研究中还应该继续进行理论分析，并且继续完善相关程序和模块的设计。

5 结语

电力系统中的继电保护装置种类繁多、性能优良、安全可靠性强、功能齐全，在继电保护中也逐渐出现了人工智能，具有广阔的发展前景。无论是可靠性、动作性的还是动作速度，微机保护都远远超过了传统保护。科学的设计电路线路三段式保护模拟实验装置，能够为教学提供良好的保障，解决传统实验装置存在的问题，进一步提高实验效果，顺应继电保护微机的发展方向，满足教学的要求。

参 考 文 献

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