张金

摘 要：文章针对电厂660MW超临界机组电路综合保护器设计，从算法的角度进行了解析。利用傅立叶算法很好的避免了电厂出现漏电及单相接地等故障导致绝缘击穿等事故的发生。

关键词：电厂；超临界机组；电路综合保护器

引言

近年来，随着电厂机组容量、电网电压不断提高，高压供电距离的不断增加，供电系统可靠性、安全性和连续性的要求越来越高。由于操作人员维护不当或操作错误、输电线路的导线断裂等原因，经常会出现漏电及单相接地故障，若不及时排除，长期运行将导致绝缘击穿等事故。而系统如果有保护装置，可大大较少事故的发生，可减少人员的伤亡和国家财产的损失。可见，电路综合保护器的重要性。

1.综合保护器电参量数据处理算法

综合保护器的测量和保护系统是采用对电力系统中的各电气量进行采样，通过软件算法程序对采样数据进行运算、分析和判断，完成电压、电流和频率、有功功率、无功功率、功率因数等的参数测量以实现各种保护功能。

1.1算法选择

研究电参量的计算算法主要是寻找有效的数字信号处理方法，在满足工程精度要求下尽可能简便快捷地得到所需结果。在数据处理方法上，目前常用的有正弦函数模型算法、周期函数模型算法、微分方程算法、随机函数模型算法。以上算法中，正弦函数模型算法、周期函数模型算法是利用采样值，先算出有关的电流及电压的幅值、相角、功率等基本电参数，然后根据不同保护原理所对应的动作判据实现保护功能的基本算法。在电参量负荷检测和计算上本设计采用周期函数模型算法---傅立叶算法。

1.2傅立叶算法

傅立叶算法其本身具有的较好的滤波特性，该算法采用某一正交函数组作为样品函数，将这一样品函数组与待分析的时变函数进行相应的积分变换，以求出与样品函数频率相同分量的实部和虚部的系数，进而可以得到该频率的谐波分量的模值和相位。在电网系统正常运行时，电压电流信号是由基波和各种倍频谐波叠加而成的。

周期函数x（t）可以用傅氏级数的形式来表示，即可将周期函数进行傅氏分解成直流分量基波及整数倍谐波分量之和的形式：

（1）

式中： 为基波角频率， =2πf， f=50Hz

为n次谐波正弦项幅值系数； 为n次谐波余弦项幅值系数。

式（1）可合并为： （2）式中：

（3） （4）

（5） （6）

对于周期连续信号 ，式（3）和式（4）离散化：

（7） （8）

这样我们就可以对电压电流信号一周波采集N个点，然后代入式（5）、（6）计算有效值、相角。

2.综合保护器的硬件部分

2.1 综合保护器的硬件整体

该保护器的设计主要有硬件设计和软件设计两部分组成。硬件部分主要有C8051F040单片机最小系统、信号采集系统、保护及报警系统、液晶模块12864及时钟芯片DS1302系统等组成。系统硬件框图如图所示。

该系统通过C8051F040最小系统将处理过的电压电流信号、温度传感器信号以及时钟芯片的读取，将信号处理还原与实际正常信号对比。如果有故障发生时参数将超出正常范围，CPU向继电器发出信号使其动作起到保护作用，同时报警提示工作人员，并且在液晶12864上显示故障原因及参数和故障时间。

2.2 系统各部分的工作原理

2.2.1电压互感器简介。HPT302是一种电流型的精密微型电压互感器，输入输出电流比为1∶1，输入电流最大为10mA，一次输入电压小于1000V（接限流电阻）。如：HPT302-2mA/2mA，额定一次电流为2mA，二次绕组会产生一个2mA的电流，比差允许±0.1%，角差允许±10°，0负载。2mA/2mA是指互感器额定电流比，可以工作于10mA/10mA以下的任何工作点。

2.2.2电流互感器简介HCT250是一种测量用精密电流互感器，额定一次电流为5A，二次绕组会产生一个2.5mA的电流，比差允许±0.1%，角差允许±10，0负载。当电流比不是5A/2.5mA时型号表达为HCT250-*A/**mA。

2.2.3稳压二极管简介。信号的抬高是有稳压二极管LM385。设计工作于10uA到20mA的宽电流范围。其特征有非常低的动态抗、低噪声以及随时间和温度稳定工作。通过片内微调可以实现严格的电压误差。该器件大动态的操作范围使其使用于范围很大的电源盒具有优势调整能力的应用场合。非常低的工作电流器件非常适合用于微功率电路，如便携仪器、稳压器和其他需要扩展电池寿命的模拟电路。LM385系列有两种电压规格，1.235V和2.5V。本设计所用的是第一种1.235V的。

2.2.4信号采集原理。电压信号的采集是用分压的原理将强电变为弱电信号，然后经过电压互感器隔离得到弱电交流信号。由于单片机不能采集负信号，所以我们要把负信号加一直流信号抬高使其转换为正信号，然后进入ADC0模拟通道AIN0.0进行采集。经过一直流信号抬高进入ADC0模拟通道AIN0.1进行采集。

3.结论

通过对电厂660MW超临界机组电路综合保护器设计，解决了电厂出现漏电及单相接地故障不及时排除，长期运行将导致绝缘击穿等事故的发生。对电厂各类保护的改进具有一定的指导意义。