微機(jī)線路繼電保護(hù)的阻抗特性
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)保護(hù)已得到了普遍的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)常規(guī)保護(hù)中,距離保護(hù)遇到的問題*多,因此,在計(jì)算機(jī)
保護(hù)的發(fā)展過程中,計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)吸引了很多人的注意。計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)是用數(shù)**算方法實(shí)現(xiàn)故障量的測量、分析和判斷,而運(yùn)算的基礎(chǔ)是若干個離散的、量化了的數(shù)字采樣序列ik,uk,因此微機(jī)保護(hù)的一個基本問題是尋找適當(dāng)?shù)碾x散運(yùn)算方法,使運(yùn)算結(jié)果的精度能滿足工程要求,而計(jì)算耗時又盡可能短。近10多a來,國內(nèi)外的繼電保護(hù)工作者作了大量的研究,提出了許多適合于計(jì)算機(jī)保護(hù)的計(jì)算方法,如導(dǎo)數(shù)算法、采樣積分算法、傅氏算法和微分方程算法等。
1 微機(jī)繼電保護(hù)測試儀的算法
  在現(xiàn)行微機(jī)線路距離保護(hù)大多采用微分方程算法。它是假設(shè)輸電線路由電阻和電感組成,不同故障情況下建立的微分方程如下:
1.1 相間短路時
此時,短路點(diǎn)的電壓為零,則有:
u=iR+Ldi/dt或u=L(Ri/L+di/dt)寫成離散形式為:
uk=L(Rik/L+(ik+1-ik-1)/2Ts)因?qū)旊娋€路,R/L=??為常數(shù),故得L=uk/(??ik+(ik+1-ik-1)/2Ts)R=(uk-L(ik+1-ik-1)/2Ts)/ik
或 R=uk/(ik+1/??(ik+1-ik-1)/2Ts)根據(jù)X=??L即可算出電抗值。事實(shí)上,電感L與短路距離成正比,用電感值作距離量,還可以不受系統(tǒng)頻率變化的影響。1.2 短路點(diǎn)經(jīng)過渡電阻短路時
電力系統(tǒng)中短路點(diǎn)實(shí)際上經(jīng)常是有過渡電阻的,為了克服短路點(diǎn)的過渡電阻給阻抗繼電器的測量帶來誤差,常用單相接地時的微分方程:u=Ld(i+KL3I0)/dt+R(i+Kr3I0)+uf
式中 KL=(L0-L1)/3L1
Kr=(R0-R1)/3R1uf為短路點(diǎn)電壓寫成離散形式時為:Uk=
L((ik+1-ik-1+
3KL(I0k+1-I0k-1))/2Ts+??(ik+Kr3I0k))+ufk
(1)
令 Dk=(ik+1-ik-1+3KL(I0k+1-I0k-1))/2Ts+??(ik+Kr3I0k)
Dk式中各量均為測量值及常數(shù)。故DK為可計(jì)算出的系數(shù)。計(jì)算L值需要知道Ufk,Ufk是短路電壓,無法測得。
因相對來說,零序網(wǎng)絡(luò)是變化不大的,此時如假定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已知,則存在下面的關(guān)系:
uf=3I0fRf=3I0fRf/kf0
式中 Rf為短路點(diǎn)過渡電阻;kf0=I0/I0f為零序網(wǎng)
絡(luò)的零序電流分配系數(shù)
如果假定短路點(diǎn)兩側(cè)零序網(wǎng)絡(luò)阻抗角相同,則kf0為實(shí)常數(shù)。3I0為流過繼電器的零序電流,是可測量的量。
此外,如再假定在2～3個采樣時間間隔內(nèi)過渡電阻Rf值保持不變,則在2個采樣時刻根據(jù)(1)式,可寫出下列方程組
Uk=LDk+I0k3Rf/kf0
(2)Uk+1=LDk+1+I0k+13Rf/kf0(3)
聯(lián)解上述方程組可得:
L=(UkI0k+1-Uk+1I0k)/(DkI0k+1-Uk+1I0k)本算法是在上述假定條件下實(shí)現(xiàn)的,因此計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差。當(dāng)采用較完善的濾波方法時,可變?yōu)檎夷Ｐ拖碌奈⒎址匠趟惴?仍可保持良好的克服過渡電阻的優(yōu)點(diǎn),保證計(jì)算精度。
2 微機(jī)線路繼電保護(hù)的阻抗特性
  上述算法直接由采樣值計(jì)算出阻抗的實(shí)、虛部,計(jì)算所得的結(jié)果就是測量阻抗。判別這一測量阻抗值是否落在預(yù)定的動作區(qū)內(nèi),就構(gòu)成阻抗測量元件。可以設(shè)計(jì)出形狀不同的動作區(qū)并由此構(gòu)成許多不同的阻抗元件。常用的微機(jī)繼電保護(hù)阻抗特性采用如下2種:
2.1 多邊形方向阻抗特性
多邊形方向阻抗特性如圖1。
  角度取值:
a.為防止在保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過渡電阻短路時可能出現(xiàn)的超范圍動作,一般??可取7～10°。
b.考慮到經(jīng)過過渡電阻短路時,由過渡電阻引起的附加測量阻抗,始端故障時比末端故障時小,所以??1<90°,通常取60°。
c.為保證出口經(jīng)過渡電阻短路時能可靠動作,
??2通常取15°。
d.為保證被保護(hù)線路發(fā)生金屬性短路故障時能可靠動作,??3同樣可取15°。其動作判據(jù)為:
A:Rm≥XDZctan(90°+??3)
B:Xm≥RDZtan??2C:Xm≤XDZ-Rmtan??D:Rm≤RDZ+Xmctan??1
整個阻抗元件的動作邏輯方程為:Z=ABCD
只有2個參數(shù)X和R可以整定,??,??1,??2,??3
都是預(yù)先整定的參數(shù),為常數(shù)。
2.2 四邊形方向阻抗特性
四邊形方向阻抗特性
  其動作判據(jù)為:
Rmtan??2≤Xm≤XDZ
Xmctan(90°+??3)≤Rm≤RDZ+Xmctan??1??1,??2,??3都是預(yù)先整定的參數(shù)。因此,ctan??1,
tan??
2,ctan??3都是常數(shù)。2.3 阻抗特性的偏移
當(dāng)采用四邊形或多邊形阻抗元件時,基本能保證可靠切除區(qū)內(nèi)相間故障和單相接地故障。為了避免PT在線路側(cè)而故障為出口三相短路時,距離保護(hù)拒動,阻抗動作特性在原四邊形或多邊形特性的基礎(chǔ)上加上一個包括座標(biāo)原點(diǎn)的小矩形特性。并采用記憶特性來計(jì)算短路阻抗值。
一般情況下,實(shí)現(xiàn)偏移特性的小矩形的X,R取
X,R取值
X取值當(dāng)XDZ<1 時,取XDZn/2 n—指距離n段當(dāng)XDZ≥1 時,取保0.5R取值
取RDZ/4與X偏移量之小者
3 結(jié) 論
  計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)具有很強(qiáng)的記憶功能和運(yùn)算能力,所以其阻抗元件具有更好的特性。同時四邊形或多邊型阻抗動作特性能較好地符合短路時測量阻抗的性質(zhì),反應(yīng)故障點(diǎn)過渡電阻能力強(qiáng),避越負(fù)荷阻抗能力好。因此計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)能更好地實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)各項(xiàng)功能。
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