輸電線路微型機繼電保護算法綜述及零序方向繼電器仿真畢業(yè)設(shè)計.doc

1、神馬工業(yè)大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）目 錄引 言.1第一章 緒論.2 1.1微機繼電保護的發(fā)展.21.2微機保護裝置的特點2 1.2.1維護調(diào)試方便2 1.2.2可靠性高靈活性大、體積縮小3 1.2.3易于獲得附加功能性能較好3第二章 110kv輸電線路微機保護技術(shù)綜述.3 2.1輸電線路微機保護的發(fā)展方向4 2.1.1計算機化4 2.1.2網(wǎng)絡(luò)化5 2.1.3保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化5 2.1.4智能化62.2輸電線路微機保護的類型7 2.2.1導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護7 2.2.2輸電線路載波保護7 2.2.3微波保護7 2.2.4光纖縱差保護8第三章 psl621c線路微機保護裝置分

2、析.123.1功能及原理123.1.1啟動元件123.1.2選相元件133.1.3距離保護133.1.4零序保護20 3.1.5重合閘繼電器21 3.1.6失靈啟動22 3.1.7合閘加速保護23 3.1.8交流電壓電流異常判斷23 3.1.9過流保護25 3.1.10低周減載、低壓減載25第四章 微機保護主要元件的基本原理.274.1微機型零序電流方向保護概念274.1.1保護電流元件配置274.1.2零序保護整定原則及其作用274.1.3零序方向過流保護的原理與特點284.2方向縱聯(lián)元件基本原理304.2.1基于補償電壓的突變量方向判別原理304.2.2正序電壓補償式方向元件324.2.3

3、負(fù)序電壓補償式方向元件324.2.4零序電壓補償式方向元件324.3啟動元件的基本原理334.3.1 三相同時刻采樣值啟動元件304.3.2 零序電流輔助啟動元件344.3.3 起訊元件344.3.4 靜穩(wěn)破壞檢測元件344.4 距離元件的基本原理354.4.1突變量距離元件354.4.2 相間距離元件384.4.3 接地距離元件394.5 零序方向過流元件的基本原理404.6過流元件的基本原理414.7 選相元件的基本原理414.7.1 突變量選相41第五章 微機保護中零序方向元件算法研究與仿真.445.1零序方向過流保護的原理與特點445.2 直接移相原理的序分量濾過器45 5.2.1正序

4、電壓零序補償方案455.3使用 matlab軟件進行仿真465.4零序方向元件動作判據(jù)優(yōu)缺點分析64 5.5記憶電壓零序補償方案.65結(jié)論.67參考文獻.68謝辭.69引 言隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的繼電保護也突破了傳統(tǒng)的繼電保護形式，出現(xiàn)了電力系統(tǒng)微機保護。目前，我國的微機保護技術(shù)已趨于成熟，各種類型的微機保護裝置已在全國各大電力網(wǎng)絡(luò)中投入運行。為此本設(shè)計特對110kv電壓等級下輸電線路涉及到的微機保護進行闡述。本設(shè)計的題目是110kv輸電線路微型機繼電保護算法綜述及零序方向繼電器仿真，即對110kv輸電線路的繼電保護的整定。這里主要介紹的是微機保護在110kv輸電線路中的算

5、法及應(yīng)用，內(nèi)容包括：微機保護的發(fā)展介紹、典型微機繼電保護裝置的技術(shù)分析、零序電流整定及計算方法分析等幾部分。電力系統(tǒng)繼電保護的形式和原理在不斷更新，但總體的設(shè)計原則是相同的，都要滿足保護的基本要求。電力系統(tǒng)中輸電線路保護作為保證電網(wǎng)運行安全的主要自動控制設(shè)備，其性能的改善和提高一直受到科研和運行部門的高度重視。近十多年以來，隨著計算機技術(shù)的不斷進步，特別是微機技術(shù)的成熟與應(yīng)用，高壓輸電線路保護已由傳統(tǒng)的電磁式保護、晶體管保護，集成電路保護進入到微機保護時代，成為繼電保護系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。目前，繼電保護向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化對繼電保護提出了艱巨

6、的任務(wù)，也開辟了研究開發(fā)的新天地。經(jīng)過長期的研究和實踐，現(xiàn)在人們已普遍認(rèn)可了微機保護在高壓、超高壓電網(wǎng)保護中無可替代的優(yōu)勢。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力建設(shè)的步伐也在不斷加快。西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的格局正逐步形成。高壓和超高壓電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)運行安全問題日益突出，對繼電保護的性能提出了新的更高要求。與此同時，線路保護新原理研究的不斷深入，運行經(jīng)驗的不斷積累，以及計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使得研制開發(fā)功能更加完善、智能化水平更高的新型微機高壓線路保護成為可能。因此，利用線路保護原理研究的新成果，以高性能硬件平臺為基礎(chǔ)，研究和開發(fā)性能更好的高壓線路微機保護

7、是當(dāng)前一項具有重要理論和現(xiàn)實意義的研究課題。由于編寫人員的理論知識和實踐經(jīng)驗所限、編寫時間倉促，設(shè)計中難免存在欠缺的地方，敬請老師予以指出，本人將不勝感激。第一章 緒 論繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全供電。因此，繼電保護是電力系統(tǒng)重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的不可缺少的技術(shù)措施。而自1984年我國第一套微機保護樣機通過鑒定以后，便有許多不同型號的微機保護裝置即被生產(chǎn)，以適應(yīng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)的需要，微機保護以其優(yōu)越的性能得到廣泛的應(yīng)用。繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。1.1 微機繼電保護的發(fā)

8、展微機具有高速運算、邏輯判斷和記憶能力，微機保護是通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，具有極大的靈活性，也因而微機保護可以實現(xiàn)很復(fù)雜的保護功能，也可以實現(xiàn)許多傳統(tǒng)保護模式無法實現(xiàn)的新功能。許多傳統(tǒng)保護模式存在的技術(shù)問題，在微機保護中找到了解決的辦法。可靠性是繼電保護的生命，微機保護采用了許多傳統(tǒng)保護無法實現(xiàn)的抗干擾措施，有效地防止了保護的誤動和拒動。目前，微機保護的平均無故障時間長達十萬小時以上，這說明了微機保護是十分可靠的。傳統(tǒng)的繼電保護裝置，調(diào)試工作量很大，尤其是一些復(fù)雜的保護，而微機保護幾乎不用調(diào)試。因此，微機保護不象傳統(tǒng)保護那樣，逐臺做各種模擬試驗來檢測保護裝置的功能。并且微機保護具有自診斷能力，能對

9、硬件和軟件進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會發(fā)出報警。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微機的廣泛應(yīng)用，我國的微機保護裝置價格已和傳統(tǒng)保護價格持平或更低，在性能價格比方面更具優(yōu)勢。微機是一個智能裝置，可實現(xiàn)多種功能，微機保護裝置的多功能化也提高了其經(jīng)濟性。且由于微機保護裝置的功耗較傳統(tǒng)保護裝置的功耗小，其運行維護費用較低。1.2 微機保護裝置的特點電力系統(tǒng)微機保護裝置之所以能被推廣和應(yīng)用，是因為它具有傳統(tǒng)繼電保護無法比擬的優(yōu)越性。微機繼電保護裝置具有以下特點：1.2.1 維護調(diào)試方便目前國內(nèi)大量使用的整流型或晶體管型繼電保護裝置的調(diào)試工作量很大，尤其是一些復(fù)雜保護，例如距離保護，調(diào)試一套常常需要一周，甚至

10、更長的時間。究其原因，這類保護裝置是布線邏輯的，保護的每一種功能都有相應(yīng)的硬件器件和連線來實現(xiàn)。為確認(rèn)保護裝置是否完好，就需要把所具備的各種功能通過模擬試驗來校核一遍。微機保護則不同，它的硬件是一臺計算機，各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)的。換言之，它是一個只會做幾種單調(diào)的、簡單操作的硬件，配以軟件，把許多簡單操作組合完成各種復(fù)雜功能的。因而只要用幾個簡單的操作就可以 檢驗微機的硬件是否完好?；蛘哒f如果微機硬件有故障，將會立即表現(xiàn)出來，如果硬件完好，對于以成熟的軟件，只要程序和設(shè)計時一樣（這很容易檢查），就必然會達到設(shè)計的要求，用不著逐臺作各種模擬試驗來檢驗每一種功能是否正確。實際上如果經(jīng)檢

11、查，程序和設(shè)計時的 完全一樣，就相當(dāng)于布線邏輯的保護裝置的各種功能已被檢查完畢。一般微機保護裝置都具有自檢功能，對硬件各部分和存放在eprom中的程序不斷進行自動檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常會發(fā)出警報。通常只要接上電源后沒有警報，就可確認(rèn)裝置完好。1.2.2 可靠性高靈活性大、體積縮小計算機在程序指揮下，有極強的綜合分析和判斷能力，因而它可以實現(xiàn)常規(guī)保護很難辦到的自動糾錯，即自動地識別和排除干擾，防止由于干擾而造成的誤動作。另外，它有自診斷能力，能夠自動檢測出本身硬件的異常部分，配合多重化可以有效地防止拒動，因此可靠性很高。由于計算機保護的特性主要有軟件決定，因此，只要改變軟件就可以改變保護的特性和功能

12、。從而可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)運行方式的變化。一套微機保護裝置，可以實現(xiàn)多種保護功能，例如一套wxb11型保護裝置，配置了四個硬件完全相同的cpu插件，分別完成高頻保護、距離保護、零序保護、綜合重合閘等功能。因此在組屏?xí)r，體積要縮小，便于現(xiàn)場的按裝維護。1.2.3 易于獲得附加功能性能較好應(yīng)用微型計算機后，如果配置一個打印機，或者其它顯示設(shè)備，可以在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息。例如保護各部分的動作順序和動作時間記錄，故障類型和相別及故障前后電壓和電流的波形記錄等。還可以提供故障點的位置。這將有助于運行部門對事故的分析和處理。由于計算機的應(yīng)用，使很多原有型式的繼電保護中存在的技術(shù)問題，可找到新的解決

13、辦法。例如對接地距離的允許過度電阻的能力，距離保護如何區(qū)別振蕩和短路等問題都以提出許多新的原理和解決辦法。第二章 110kv輸電線路微機保護技術(shù)綜述2.1 輸電線路微機保護的發(fā)展方向2.1.1 計算機化 隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機線路保護硬件已經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：從8位單cpu結(jié)構(gòu)的微機保護問世，不到5年時間就發(fā)展到多cpu結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機保護也是從8位cpu，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎(chǔ)的32位微機保護。南京電力自動化研究院一開始就研制了16位cpu為基礎(chǔ)的微機線路

14、保護，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機主設(shè)備保護的硬件也經(jīng)過了多次改進和提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多cpu為基礎(chǔ)的微機線路保護，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號處理器(dsp)為基礎(chǔ)的保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機。采用32位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受a/d轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16位時在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。c

15、pu的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(cache)和浮點數(shù)部件都集成在cpu內(nèi)。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當(dāng)于一臺pc機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當(dāng)時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設(shè)想是不現(xiàn)實的。現(xiàn)在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲

16、容量大大超過了當(dāng)年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機保護裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點有：(1) 具有486pc機的全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機保護的各種功能要求。(2) 尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3) 采用std總線或pc總線，硬件模塊化，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進

17、一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。2.1.2網(wǎng)絡(luò)化 計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應(yīng)保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當(dāng)時主要指安全自動裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個

18、保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。對于一般的非系統(tǒng)保護，實現(xiàn)保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。對自適應(yīng)保護原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護的計算機網(wǎng)

19、絡(luò)化，才能做到這一點。2.1.3保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化 在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電

20、纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設(shè)備旁，將被保護設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器(ota)和光電壓互感器(otv)已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用ota和otv的情況下，保護裝置應(yīng)放在距ota和otv最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護設(shè)備附近。ota和otv的光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)

21、送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對被保護設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。2.1.4智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判

22、別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。2.2輸電線路微機保護的類型微機保護大多以縱聯(lián)保護為主，但是縱聯(lián)保護可以按照不同的工作原理區(qū)分，按照獲得對側(cè)電量方法的不同，縱聯(lián)保護可分為四類：2.2.1 導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護 構(gòu)成導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護必須沿線路鋪設(shè)同樣長度的電纜。對于較長的輸電線路在經(jīng)濟性和保護的靈敏度方面都會帶來較大的影響。由于電纜長度增加，電流互感器的二次負(fù)擔(dān)增加，變比誤差增加，不平衡電流會增加。另外，導(dǎo)引線的可靠性直接影響到保護的可靠性。在發(fā)生雷擊和中性點直接接地系統(tǒng)的接地故障時，地電位升高會在導(dǎo)引線中產(chǎn)生很高的感應(yīng)

23、電壓，威脅其安全。所以導(dǎo)引線必須由足夠的絕緣水品。因此導(dǎo)引線差動保護一般用于短線路上（5km及以下） 2.2.2 輸電線路載波保護對輸電線路經(jīng)過高頻加工后利用其作為高頻信號傳送通道的保護稱為載波保護。由于輸電線路正常傳送50hz的工頻信號，所以傳送對側(cè)電量的載波信號必須與工頻信號在頻率上有很大差別。通常采用40500khz的信號作為載波信號。所以采用這種通道的保護由稱為高頻保護。由于利用輸電線路作為信號傳送的，其可靠性較高。但在線路發(fā)生內(nèi)部故障時有可能造成通道破壞，信號不能傳送到對端，這對于采用允許信號的高頻保護會造成拒動。由于其他原因所造成的通道破壞對采用閉鎖信號的高頻保護在區(qū)外故障時會誤動

24、。2.2.3 微波保護 信號的傳送不依賴高壓輸電線路，而直接用微波通道構(gòu)成的縱聯(lián)保護稱為微波保護。這樣當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時不會影響信號的傳送。但必須沿線路建設(shè)微波站或微波中繼站。目前繼電保護中所用微薄的波長一般110cm，所以其頻率范圍為300030000mhz，因而微波通道是一種多路通信系統(tǒng)，可以提供足夠的通道，微波保護解決了載波保護通道擁擠的問題。由于微波通道具有很寬的頻帶，線路故障時信號不會中斷，可以直接傳送交流信號的波形，采用脈沖編碼調(diào)試方法可進一步擴大信號傳輸量，且抗干擾能力強，更適合于數(shù)字保護。由于微波信號頻帶寬，所以用微波通道構(gòu)成輸電線路縱聯(lián)保護時，可采用分相電流差動原理。為了經(jīng)

25、濟，一般不采用專用的微波保護通道，而是與通信、遠(yuǎn)動共用。2.2.4 光纖縱差保護 將每側(cè)的電信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換為光信號，用光纖將兩側(cè)信號聯(lián)系的保護稱為光纖縱差保護。光纖通信廣泛采用脈沖編碼調(diào)試方式。當(dāng)被保護線路較短時，可通過光線直接將信號傳送到對側(cè)。在每側(cè)的半套保護裝置中，將電信號變?yōu)楣庑盘杺鞯綄?cè)，同時又將對側(cè)傳來的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺詫崿F(xiàn)與本側(cè)電信號的比較。由于光信號之間互相不干擾，所以光纖保護不存在導(dǎo)線保護中的那些問題。最近發(fā)展的在架空線的接地線中鋪設(shè)光纜的方式在經(jīng)濟、安全性方面都很好。以上是輸電線路縱聯(lián)保護的四種通道方式。按照實現(xiàn)縱聯(lián)保護的原理劃分，縱聯(lián)保護可分為兩類：第一類是縱

26、聯(lián)方向保護。即反映線路故障的測量元件為可種不同原理的方向元件。目前在保護中采用的方向元件主要有：方向阻抗原件、負(fù)序功率方向元件、零序功率方向元件、突變量方向原件。利用高頻通道將線路對側(cè)方向判斷的結(jié)果傳送到另一側(cè)，每側(cè)保護經(jīng)過邏輯判斷區(qū)分內(nèi)外部故障。可見，這種保護屬于間接比較線路兩側(cè)電量的縱聯(lián)保護。目前在電力系統(tǒng)運行的這類保護有高頻距離（閉鎖/允許）保護，高頻負(fù)序方向（閉鎖/允許）保護、高頻零序方向（閉鎖/允許）保護、高頻突變量方向（閉鎖/允許）保護。第二類是差動縱聯(lián)保護。這類保護是直接將對側(cè)電流的相位信息傳送到本側(cè)，本側(cè)電流的相位信息也傳送到對側(cè)。每側(cè)保護對兩側(cè)電流的相位進行比較，從而判斷出區(qū)

27、內(nèi)外故障。可見，這類保護屬于直接比較兩側(cè)電量的縱聯(lián)保護。目前在電力系統(tǒng)運行的這類保護有高頻相差保護、導(dǎo)引線差動保護、光纖縱差保護、微波電流分相差動保護。第三章 psl621c線路微機保護裝置分析3.1 功能及原理psl621c為psl620c系列產(chǎn)品的基本配置型，因此本說明書將著重介紹psl621c的保護原理。其他保護裝置若保護功能原理同psl621c的，可參看以下介紹。 3.1.1 啟動元件 保護啟動元件用于開放保護跳閘出口繼電器的電源及啟動該保護故障處理程序。各保護cpu的啟動元件相互獨立，且基本相同。啟動元件包括相電流突變量啟動元件、零序電流輔助啟動元件和靜穩(wěn)破壞檢測元件(零序電流保護沒

28、有靜穩(wěn)破壞檢測元件)。任一啟動元件動作則保護啟動。. a) 相電流突變量啟動元件的判據(jù)為： i0.2in+1.25it （3-1）其中：為a,b,c三種相別，t為20ms，in為額定電流i| i(t)-2*i(t-t)+i(t-2t) |，為相電流突變量itmax( | i(tt)-2*i(t-2t)+i(t-3t) | )，為相電流不平衡量的最大值其中i(t)、i(t-t)、i(t-2t)分別為t時刻、t-t時刻和t-2t時刻的電流瞬時值，i(tt)、i(t2t)、i(t3t)分別為t-t時刻、t-2t時刻和t-3t時刻的電流有效值。當(dāng)任一相電流突變量連續(xù)三次大于啟動門坎時，保護啟動。 b)

29、 零序電流輔助啟動元件是為了防止遠(yuǎn)距離故障或經(jīng)大電阻故障時相電流突變量啟動元件靈敏度不夠而設(shè)置的輔助啟動元件。該元件在零序電流大于啟動門坎并持續(xù)30ms后動作。零序電流啟動門坎在零序保護中為零序電流段定值，在距離保護中為零序電流輔助啟動門坎定值。c) 靜穩(wěn)破壞檢測元件是為了檢測系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下發(fā)生靜態(tài)穩(wěn)定破壞而引起的系統(tǒng)振蕩。該元件判據(jù)為：任一相間阻抗在具有全阻抗特性的阻抗輔助元件內(nèi)持續(xù)30ms，并且振蕩中心電壓u1cos小于0.5倍的額定電壓。當(dāng)該元件動時，保護啟動，進入振蕩閉鎖邏輯。當(dāng)振蕩閉鎖功能退出時，該元件退出。3.1.2 選相元件 選相是為了防止區(qū)內(nèi)外故障時非故障回路的測量阻抗可能

30、發(fā)生的誤動，包括突變量選相元件和穩(wěn)態(tài)選相元件。突變量選相元件又分相間電壓突變量選相和相間電流突變量選相。相間電壓突變量選相具有多點故障選相可靠、對于負(fù)荷端和弱饋的保護選相可靠的優(yōu)點。所以，相間電壓突變量選相作為首要選相元件。當(dāng)相間電壓突變量選相元件靈敏度不夠時，突變量選相采用相間電流突變量選相。穩(wěn)態(tài)選相元件采用阻抗選相、電壓選相和序分量選相三種方法綜合判別。 3.1.3 距離保護 距離保護設(shè)有zbc、zca、zab三個相間距離保護和za、zb、zc三個接地距離保護。 3.1.3.1 接地距離 接地距離由偏移阻抗元件zpy、零序電抗元件x0和正序方向元件f1組成(=a,b,c)。阻抗元件采用經(jīng)傅

31、氏積分的微分方程算法。接地阻抗算法為：其中：、分別為零序電抗補償系數(shù)和零序電阻補償系數(shù)。 ， （3-2）1)接地距離偏移阻抗元件、段動作特性如圖3.1.1的黑實線所示，偏移阻抗段動作特性如圖3.1.2的黑實線所示。其中，阻抗定值zzd按段分別整定，而電阻分量定值rzd和靈敏角zd三段公用一個定值。偏移門坎根據(jù)rzd和zzd自動調(diào)整。為了使各段的電阻分量便于配合，本特性電阻側(cè)的邊界線的傾角與線路阻抗角相同，這樣，在保護各段范圍內(nèi)，具有相同的耐故障電阻能力。2)由于zpy不能判別故障方向。因此還設(shè)有正序方向元件f1。該元件采用正序電壓和回路電流進行比相。以a相正序方向元件f1a為例，令u1=1/3

32、(ua+a ub+a2 uc)，正序方向元件f1a的動作判據(jù)為: （3-3）其中，動作特性如圖3.1.1和圖3.1.2中的雙點劃線所示。正序方向元件的特點是引入了健全相的電壓，因此在線路出口處發(fā)生不對稱故障時能保證正確的方向性，但發(fā)生三相出口故障時，正序電壓為零，不能正確反應(yīng)故障方向。為此當(dāng)三相電壓都低時采用記憶電壓進行比相，并將方向固定。電壓恢復(fù)后重新用正序電壓進行比相。3) 在兩相短路經(jīng)過渡電阻接地、雙端電源線路單相經(jīng)過渡電阻接地時，接地阻抗繼電器會產(chǎn)生超越。由于零序電抗元件能夠防止這種超越，因此接地阻抗還設(shè)有零序電抗器x0。x0的動作方程為(以a相零序電抗器x0a為例)： （3-4）x0

33、的動作特性如圖3.1.1的虛線x0所示。從圖中可以看到，x0的保護范圍與zpy一樣。3.1.3.2 相間距離 相間距離由偏移阻抗元件zpy和正序方向元件f1組成(=bc,ca,ab)。相間阻抗算法為： 1）相間偏移阻抗、段動作特性如圖3.1.1的黑實線所示，并與正序方向元件f1共同組成相間距離、段動作區(qū)。偏移阻抗段動作特性如圖3.1.2的黑實線所示，并與正序方向元件f1共同組成相間距離段動作區(qū)。相間距離偏移特性和接地距離相同。其中，阻抗定值zzd按段分別整定，靈敏角zd三段公用一個定值。相間偏移阻抗、的電阻分量為rzd的一半，相間偏移阻抗段的電阻分量為rzd。偏移門坎根據(jù)rzd和zzd自動調(diào)整

34、。r分量的偏移門坎取 即取，的較小值x分量的偏移門坎取 即取的較小值2） 相間距離所用正序方向元件f1原理和接地距離所用正序方向元件原理相同。相間距離所用正序方向元件采用正序電壓和相間電流進行比相。3.1.3.3 阻抗輔助元件 本裝置設(shè)置了六個阻抗回路（zbc、zca、zabza、zb、zc）的阻抗輔助元件，阻抗輔助元件具有全阻抗性質(zhì)的四邊形特性，其定值與阻抗段相同，動作特性如圖3.1.3所示。阻抗輔助元件不作為故障范圍的判別，應(yīng)用于靜穩(wěn)破壞檢測、故障選相、相繼速動等元件中。3.1.3.4 振蕩檢測元件 距離保護在啟動后其各段距離保護長期投入。在突變量啟動后150ms內(nèi)，各段距離保護開放（短時

35、開放）。在突變量啟動150ms后或者零序輔助啟動、靜穩(wěn)破壞啟動后，投入振蕩檢測元件。當(dāng)檢測出系統(tǒng)無振蕩時，開放距離、段保護；當(dāng)判斷為系統(tǒng)有振蕩無故障時，閉鎖距離、段保護；當(dāng)判斷為系統(tǒng)有振蕩且有區(qū)內(nèi)故障時，距離、段保護可以動作；當(dāng)判斷為系統(tǒng)有振蕩且有區(qū)外故障時，閉鎖距離、段保護。距離段保護一直投入，不受振蕩檢測元件影響。振蕩檢測元件可由控制字選擇退出。該元件的設(shè)置，可以保證系統(tǒng)在沒有真正振蕩時能具有速動保護，振蕩時也能較快地切除區(qū)內(nèi)故障。振蕩檢測元件包括阻抗變化率（dz/dt）檢測元件、不對稱故障開放元件。1) 阻抗變化率（dz/dt）檢測元件實際系統(tǒng)發(fā)生振蕩的機率很小，絕大多數(shù)振蕩閉鎖期間系統(tǒng)

36、并沒有發(fā)生振蕩。因此若能實時檢測系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩，當(dāng)系統(tǒng)沒有振蕩時就開放距離保護，則能大大提高保護的性能。振蕩系統(tǒng)如圖3.1.4所示，其中zm、zn為兩側(cè)系統(tǒng)阻抗，zl為線路阻抗。設(shè)兩側(cè)電源為en= emej,不難推導(dǎo)出m側(cè)測量阻抗為zz/(1-ej)-zm （3-5）其中z= zm+zn+zl，為系統(tǒng)總阻抗。z根據(jù)阻抗定值自動調(diào)整不需要整定。對上式進行微分，考慮到=2t/ts，得dz/dt=j2 zej/(1-ej)2ts （3-6）其中ts為振蕩周期。實時計算振蕩周期和dz/dt，以判定系統(tǒng)是否振蕩。當(dāng)判定系統(tǒng)無振蕩時，開放距離保護。 系統(tǒng)無振蕩時發(fā)生故障，在故障剛發(fā)生時測量阻抗會有突變即

37、dz/dt有變化，以后就不會變化，阻抗變化率檢測元件經(jīng)過短暫延時后開放距離保護；系統(tǒng)振蕩時發(fā)生不對稱故障，三個測量阻抗中至少有一個會不斷變化，阻抗變化率元件不開放距離保護；系統(tǒng)振蕩時發(fā)生三相故障，三個測量阻抗均不變化，該元件動作開放距離保護，但此時距離保護能正確反應(yīng)故障范圍。因此該元件能開放系統(tǒng)無振蕩時的所有故障和系統(tǒng)振蕩時的三相短路。2) 不對稱故障開放元件 由于阻抗變化率檢測元件在系統(tǒng)振蕩下的不對稱故障時不能開放，本裝置設(shè)置了不對稱故障的開放元件。其動作判據(jù)為： i0i2mi1 （3-7）該方法能有效的防止振蕩下發(fā)生區(qū)外故障時距離保護的誤動，而對于區(qū)內(nèi)的不對稱故障能夠開放。為了防止振蕩系統(tǒng)

38、切除時零序和負(fù)序電流不平衡輸出引起保護的誤動，保護延時50ms動作。3) 振蕩閉鎖邏輯 振蕩閉鎖邏輯如圖3.1.5所示。zd=1時開放阻抗i段；zd=1時開放阻抗段。振蕩閉鎖退出時，zd、zd總是開放的。突變量起動時，通過時間元件t2短時開放150ms，然后投入振蕩檢測元件；零序啟動或靜穩(wěn)破壞啟動后閉鎖短時開放，直接進入振蕩檢測。由于距離段延時要大于短時開放時間，因此zd還有一個段固定邏輯，短時開放期間若阻抗段動作，通過元件或門2和與門2將zd固定。3.1.3.5 距離保護邏輯 距離i、ii、iii段的出口邏輯分別如圖3.1.6、3.1.7、3.1.8所示。圖中，k=i、ii、iii段，=a、

39、b、c、ab、bc、ca。zkpy表示k段的相偏移阻抗；xk0表示k段的相零序電抗（=a、b、c，相間距離無零序電抗元件）；f1、xx表示相的正序方向和選相。zd1、zd分別是振蕩閉鎖元件的距離i,ii段開放輸出。對于距離ii段，阻抗動作后通過與門2和或門1將xx和x0固定，目的是防止發(fā)展性故障時阻抗元件的誤返回。對于距離iii段，還將f1固定，目的是防止系統(tǒng)振蕩和故障同時發(fā)生時，方向元件的周期性返回引起保護拒動。另外，距離iii段還可以根據(jù)控制字選擇帶偏移特性。3.1.3.6 雙回線相繼速動 如圖3.1.9所示雙回線，當(dāng)負(fù)荷側(cè)k1點故障時，保護3的阻抗段起動，保護2跳閘后保護3的阻抗段返回，

40、保護1的阻抗段可以利用這個特性進行相繼速動；當(dāng)電源側(cè)的k2點故障時，對于保護4，由于是反方向故障，阻抗段不會起動，但具有全阻抗特性的阻抗輔助元件能夠起動，保護2的阻抗段可以利用這個特性加速動作。裝置設(shè)有一個允許鄰線加速阻抗段的開出繼電器和一個鄰線允許本線加速阻抗段的開入端子，用作雙回線加速配合。當(dāng)本線路的段距離元件動作然后返回時，或者段不動但反方向阻抗輔助元件動作20ms后，保護起動開出繼電器向鄰線輸出加速信號，允許鄰線加速其距離段元件。本線路距離段加速動作的判據(jù)是：1) 定值中控制字“雙回線相繼速動”投入；2) 本線路保護測量出故障在距離段范圍內(nèi)（包括方向和選相）； 3) 裝置起動時沒有加速

41、信號，其后300毫秒內(nèi)收到同側(cè)另一回線路的加速信號； 4) 在滿足上述全部三個條件后經(jīng)一個短延時（20ms）仍不返回，則本線路距離段加速動作。3.1.3.7 不對稱故障相繼速動 帶負(fù)荷的線路發(fā)生不對稱故障，對側(cè)跳閘后導(dǎo)致本側(cè)非故障相負(fù)荷電流消失。本裝置利用該特征加速本側(cè)的距離段，動作判據(jù)是： 1) 定值中控制字“不對稱故障相繼速動”投入； 2) 本側(cè)線路保護測量出故障在距離段范圍內(nèi)（包括方向和選相）； 3) 本側(cè)線路保護測量出故障未發(fā)生轉(zhuǎn)換； 4) 任一相電流由故障時有負(fù)荷電流變?yōu)闊o負(fù)荷電流； 有負(fù)荷電流的判據(jù)： a) 最小的相電流大于0.2in，或者b) 最小的相電流小于0.2in、大于0.

42、04in且不是電容電流。無負(fù)荷電流的判據(jù)： a) 最小的相電流小于0.04in，或者b) 最小的相電流小于0.2in、大于0.04in且是電容電流(電流超前電壓9020度)。5) 滿足上述四個條件后經(jīng)短延時(100ms)仍不返回，則本側(cè)線路距離段加速動作。3.1.4 零序保護 本裝置零序保護設(shè)有四段、不靈敏段及加速段，均可由控制字選擇是否帶方向元件。設(shè)有零序段、零序ii段和零序總投壓板。零序總投壓板退出時，零序保護各段都退出。零序段及加速段若需單獨退出，可將該段的電流定值及時間定值整定到最大值。零序段電流定值也作為零序輔助啟動門坎，必須不大于其他各段。若需退出零序段，可將零序段電流整定為其他各

43、段的最小值，且時間定值整定為20秒。不靈敏段僅用在斷路器合閘或重合閘時瞬時切除嚴(yán)重故障。其定值按躲過斷路器不同時合閘產(chǎn)生的最大零序電流整定，且不小于加速斷定值。不靈敏段是否帶方向由零序段方向投退控制位控制，其投退由零序段壓板控制。零序電壓3u0由保護自動求和完成，即3u0ua+ub+uc （3-8）當(dāng)3u00.25in；2) 3i24*3i1；3) 持續(xù)時間一分鐘； 上述判據(jù)都滿足時，報“ct反序”事件，發(fā)呼喚，不閉鎖保護。在最大相間電流差大于最大相電流的50%且最大電流相大于額定電流的25%時，延時10分鐘報“負(fù)載不對稱”。發(fā)呼喚，不閉鎖保護。零序電流3i0大于零序電流啟動定值，持續(xù)10秒后

44、報“ct不平衡”，并且閉鎖零序電流啟動元件。當(dāng)零序電流返回1秒后，保護也立即恢復(fù)正常。3.1.9 過流保護 距離保護模件中增設(shè)有兩段相電流保護和延時元件，正常時由控制字中“電流保護”位投退。在pt斷線時，若控制字中“電流保護”位或“pt斷線電流保護”位任意一個投入，電流保護都將投入。3.1.10 低周減載、低壓減載 3.1.10.1 低周減載 裝置設(shè)有針對本線路的低周減載功能。低周減載使用正序電壓來計算頻率，動作精度能達到0.02hz。在下列任一情況下閉鎖： 1)三相電流均小于0.1倍額定電流； 2)線路正序電壓小于低周減載閉鎖電壓定值； 3)頻率滑差(df/dt)大于低周減載滑差閉鎖定值。滑

45、差元件動作后保持，直到頻率恢復(fù)到低周減載頻率定值以上后復(fù)歸； 4) 系統(tǒng)頻率小于45hz； 5) 負(fù)序電壓u25v。6) pt斷線。3.1.10.2 低壓減載 低壓減載在下列任一情況下閉鎖： 1)三相電流均小于0.1倍額定電流； 2)任一相電壓小于12v； 3)電壓變化率(du/dt)大于閉鎖電壓變化率定值。電壓變化率元件動作后保持，直到電壓恢復(fù)到低壓減載電壓定值以上后復(fù)歸； 4)負(fù)序電壓u25v。5)pt斷線。 第四章 微機保護主要元件的基本原理4.1微機型零序電流方向保護概念4.1.1保護電流元件配置 零序電流方向保護是反映中性點直接接地系統(tǒng)的線路發(fā)生接地故障時，零序電流分量大小和方向的多段式電流方向保護。微機型零序電流方向保護與常規(guī)的零序電流方向保護一樣遵循國家四統(tǒng)一要求，因此在許多基本原則上與常規(guī)的零序電流方向保護相一致，保護的零序電流元件具體可接如下配置：全相時，設(shè)置四個靈敏段，即段，段，段，段非全相時設(shè)置兩個不靈敏段，即瞬時動作的不靈敏段和帶延時的不靈敏段。4.1.2零序保護整定原則及其作用1.靈敏，段的整定原則所謂零序靈敏段是按如下方式整定的。零序段：即躲過下一條線路