微机线路继电保护的阻抗特性
随着大规模集成电路技术的飞速发展,微型计算机保护已得到了普遍的应用。在电力系统常规保护中,距离保护遇到的问题*多,因此,在计算机
保护的发展过程中,计算机继电保护吸引了很多人的注意。计算机继电保护是用数**算方法实现故障量的测量、分析和判断,而运算的基础是若干个离散的、量化了的数字采样序列ik,uk,因此微机保护的一个基本问题是寻找适当的离散运算方法,使运算结果的精度能满足工程要求,而计算耗时又尽可能短。近10多a来,国内外的继电保护工作者作了大量的研究,提出了许多适合于计算机保护的计算方法,如导数算法、采样积分算法、傅氏算法和微分方程算法等。
1 微机继电保护测试仪的算法
  在现行微机线路距离保护大多采用微分方程算法。它是假设输电线路由电阻和电感组成,不同故障情况下建立的微分方程如下:
1.1 相间短路时
此时,短路点的电压为零,则有:
u=iR+Ldi/dt或u=L(Ri/L+di/dt)写成离散形式为:
uk=L(Rik/L+(ik+1-ik-1)/2Ts)因对输电线路,R/L=󰀁为常数,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)根据X=󰀂L即可算出电抗值。事实上,电感L与短路距离成正比,用电感值作距离量,还可以不受系统频率变化的影响。1.2 短路点经过渡电阻短路时
电力系统中短路点实际上经常是有过渡电阻的,为了克服短路点的过渡电阻给阻抗继电器的测量带来误差,常用单相接地时的微分方程:u=Ld(i+KL3I0)/dt+R(i+Kr3I0)+uf
式中 KL=(L0-L1)/3L1
Kr=(R0-R1)/3R1uf为短路点电压写成离散形式时为: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式中各量均为测量值及常数。故DK为可计算出的系数。计算L值需要知道Ufk,Ufk是短路电压,无法测得。
因相对来说,零序网络是变化不大的,此时如假定网络结构已知,则存在下面的关系:
uf=3I0fRf=3I0fRf/kf0
式中 Rf为短路点过渡电阻;kf0=I0/I0f为零序网
络的零序电流分配系数
如果假定短路点两侧零序网络阻抗角相同,则kf0为实常数。3I0为流过继电器的零序电流,是可测量的量。
此外,如再假定在2～3个采样时间间隔内过渡电阻Rf值保持不变,则在2个采样时刻根据(1)式,可写出下列方程组
Uk=LDk+I0k3Rf/kf0
(2)Uk+1=LDk+1+I0k+13Rf/kf0(3)
联解上述方程组可得:
L=(UkI0k+1-Uk+1I0k)/(DkI0k+1-Uk+1I0k)本算法是在上述假定条件下实现的,因此计算结果存在一定的误差。当采用较完善的滤波方法时,可变为正弦模型下的微分方程算法,仍可保持良好的克服过渡电阻的优点,保证计算精度。
2 微机线路继电保护的阻抗特性
  上述算法直接由采样值计算出阻抗的实、虚部,计算所得的结果就是测量阻抗。判别这一测量阻抗值是否落在预定的动作区内,就构成阻抗测量元件。可以设计出形状不同的动作区并由此构成许多不同的阻抗元件。常用的微机继电保护阻抗特性采用如下2种:
2.1 多边形方向阻抗特性
多边形方向阻抗特性如图1。
  角度取值:
a.为防止在保护区末端经过渡电阻短路时可能出现的超范围动作,一般󰀁可取7～10°。
b.考虑到经过过渡电阻短路时,由过渡电阻引起的附加测量阻抗,始端故障时比末端故障时小,所以󰀁1<90°,通常取60°。
c.为保证出口经过渡电阻短路时能可靠动作,
󰀁2通常取15°。
d.为保证被保护线路发生金属性短路故障时能可靠动作,󰀁3同样可取15°。其动作判据为:
A:Rm≥XDZctan(90°+󰀁3)
B:Xm≥RDZtan󰀁2C:Xm≤XDZ-Rmtan󰀁D:Rm≤RDZ+Xmctan󰀁1
整个阻抗元件的动作逻辑方程为:Z=ABCD
只有2个参数X和R可以整定,󰀁,󰀁1,󰀁2,󰀁3
都是预先整定的参数,为常数。
2.2 四边形方向阻抗特性
四边形方向阻抗特性
  其动作判据为:
Rmtan󰀁2≤Xm≤XDZ
Xmctan(90°+󰀁3)≤Rm≤RDZ+Xmctan󰀁1󰀁1,󰀁2,󰀁3都是预先整定的参数。因此,ctan󰀁1,
tan󰀁
2,ctan󰀁3都是常数。2.3 阻抗特性的偏移
当采用四边形或多边形阻抗元件时,基本能保证可靠切除区内相间故障和单相接地故障。为了避免PT在线路侧而故障为出口三相短路时,距离保护拒动,阻抗动作特性在原四边形或多边形特性的基础上加上一个包括座标原点的小矩形特性。并采用记忆特性来计算短路阻抗值。
一般情况下,实现偏移特性的小矩形的X,R取
X,R取值
X取值当XDZ<1 时,取XDZn/2 n—指距离n段当XDZ≥1 时,取保0.5R取值
取RDZ/4与X偏移量之小者
3 结 论
  计算机继电保护具有很强的记忆功能和运算能力,所以其阻抗元件具有更好的特性。同时四边形或多边型阻抗动作特性能较好地符合短路时测量阻抗的性质,反应故障点过渡电阻能力强,避越负荷阻抗能力好。因此计算机继电保护能更好地实现距离保护各项功能。
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