智能變電站保護與監(jiān)控技術

1、變電站保護與監(jiān)控技術（任課教師：穆大慶）§0繼電保護原理知識綜述§0-1中、低壓線路的階段式電流保護階段式電流保護屬于單端測量的過量保護，用于35kV及以下輸電線路。由于35kV及以下電網(wǎng)為中性點非直接接地電網(wǎng)，因此電網(wǎng)中不存在單相接地短路，故階段式電流保護僅作為反映線路相間短路的保護。注釋：單端測量保護：由被保護元件一端所測電氣量的情況來決定保護動作與否。雙端測量保護：由被保護元件兩端所測電氣量的關系來決定保護動作與否。過量保護：反映所測電氣量上升而動作的保護。低量保護：反映所測電氣量下降而動作的保護。1、電流I段保護（電流速斷保護）瞬時動作的電流保護。(1) 短路特性分

2、析：三相短路時d(3),流過電源到短路點間線路的短路電流：I(3)d =（Zs：等效電源的內阻抗；Zd：等效電源接入點到短路點之間的線路阻抗）Zd(l)Id（可見某設備保護所測短路電流的大小反映了故障點距該保護的遠近）max為最大情況：最大運行方式下（即系統(tǒng)內阻抗Zs為最下的運行方式），三相短路。min為最小情況：最小運行方式下（即系統(tǒng)內阻抗Zs為最大的運行方式），兩相短路。（某點兩相短路電流與該點三相短路電流的關系：I(2)d=I(3)d=0.866I(3)d )(2)電流I段動作電流（動作邊界）整定原則：按躲開下一條線路出口（始端）短路時流過本保護的最大短路電流來整定（以保證選擇性）。II

3、dz.1= KkI·I(3) ； IIdz.2 = KkI·I(3)d.C.max （可靠系數(shù)KkI= 1.21.3）(3) 電流I段保護的主要優(yōu)缺點主要優(yōu)點：動作迅速； 主要缺點：不能保護本線路全長。（電流I段作為線路主保護的一部分）2、電流II段保護（限時電流速斷保護）以較小的動作時限切除本線路全線范圍內故障的電流保護。(1) 電流II段動作電流的整定保護范圍延伸到下一條線路，但不超出下一條線路電流I段保護范圍的末端。即躲開下條線路電流I段保護范圍末端短路時（即流過下條線路的短路電流剛好為其電流I段保護整定值時），流過本保護的最大短路電流。即：本線路電流II段保護與下條

4、線路的電流I段保護配合。IIIdz.1= KkII·IIdz.2= KkII·KkI·I(3)d.C.max；IIIdz.2= KkII·IIdz.3= KkII·KkI·I(3)d.D.max可靠系數(shù)KkII = 1.11.2 （Id中非周期分量已衰減，故比KkI稍小）(2) 電流II段動作時限的選擇為保證下條線路出口附近（即本線路電流II段保護與下條線路電流I段保護在下條線路首端附近形成的保護范圍重疊區(qū)）發(fā)生故障時的動作選擇性，動作時限按下式配合：tII1 = tI2 + DtDt（時階Dt：0.3s0.5s，微機保護一般取0.3

5、s）(3) 電流II段保護的特點可保護本線路全長，但保護的動作具有一定的小延時（不能瞬時動作） 。（電流II段作為線路主保護的另一部分，即作為電流I段的補充）3、電流III段保護（定時限過流保護）主要作為后備保護：當由于干擾或短路點的過渡電阻等因素導致實際短路電流偏低而使電流I、II段拒動時，由該保護動作來切除故障。作為后備保護，對靈敏度要求高。靈敏度：一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量，對電流保護：Klm =?？梢姳Ｗo的動作電流靈敏度(1) 電流III段動作電流的整定原則基本原則：按躲開流過本保護的最大負荷電流來整定：IIIIdz > Ifh.maxIIIIdz.1=KkIIII （可靠系數(shù)K

6、kIII?。?.151.25）由于負荷電流一般遠小于短路電流，因此該保護整定值小，靈敏度高。（實際整定時，還要求本線路的III段保護范圍不超出下條線路III段的保護范圍：即：IIIIdz.1=KphIIIIIIIdz.2，配合系數(shù)KphIII取1.1）(2) 按選擇性要求確定電流III段動作時限為保證各級線路電流III段保護動作的選擇性，電流III段動作時限按“階梯原則”整定。tIII1 =Max tIII2, tIII3, tIII4 + Dt(3) 電流III段的主要優(yōu)缺點主要優(yōu)點：靈敏度較高。主要缺點：保護的動作時限一般較長（越靠近電源的線路上發(fā)生故障時，此時短路電流Id越大,但電流II

7、I段保護的動作時限反而越長）。電流III段保護一般作為后備保護，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護。4、多電源網(wǎng)的方向性電流保護(1) 方向性問題的提出（以雙側電源電網(wǎng)為例）E1單獨供電：由保護1、3、5起線路保護作用E2單獨供電：由保護6、4、2起線路保護作用E1、E2同時供電：（以B母線兩側保護2,3為例）d1點短路時，要求：2動作，3不動。 假設： 電流I段： IIdz.3 > IIdz.2電流III段：tIII3 >tIII2d1點短路時，要求：2動作，3不動。雖然此時可能滿足選擇性（3不誤動）， 但若出現(xiàn)d2點短路，則：2誤動 非選擇性動作。規(guī)定保護正方向：保護安裝處母線 被保

8、護線路分析可知：被保護線路正方向短路時保護不會出現(xiàn)誤動，但在反方向短路時，由對側電源供給的短路電流可能造成該保護誤動作。此時的功率方向：線路 母線為防止保護誤動,增設功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動保護上)正方向（母線線路）：GJ動作啟動保護短路點位于 反方向（線路母線）：GJ不動閉鎖保護增設GJ后,雙側電源網(wǎng)可以按單側電源網(wǎng)的三段電流保護進行配合(2) 電流保護中GJ對于故障所在方向的判別方法及其接線方式GJ是通過其所測電壓和電流的相位關系（即超前的角度J）來判別故障所在方向。考慮到正方向故障時，由于干擾、測量誤差、不同故障類型等因素的影響，和的相位關系J有可能存在一定的變化，因此GJ往往設計

9、成當所測角度在某半個相位平面時動作，在另外半個相位平面時不動作。方向元件GJ的動作條件為：-90°<arg<90° 或寫成： -90°<<90°（lm：GJ的最靈敏角，由于調整GJ的動作邊界，其值由用戶整定）實際系統(tǒng)為三相系統(tǒng)，GJ所采用的接線方式為：通過對90°接線方式的工作情況分析可得如下結論：在線路正方向各種相間故障情況下，故障相GJ的J是在以-(90°-d)為中心左右偏離不超過30°的范圍內，而反方向各種相間故障時，故障相GJ的J是在以180°-(90°-d)為中心左右偏離

10、不超過30°的范圍內。（相量平面） （角度J平面）為使正方向各種相間故障時GJ都能正確動作，GJ最靈敏角lm因盡量選：-(90°-d)§0-2小電流接地配電網(wǎng)單相接地特點及相應保護方式一、中性點接地方式1、系統(tǒng)中性點接地方式 2、單相接地故障時，不同中性點接地方式的特點 (1) 中性點不接地系統(tǒng) 無短路回路，無Id，只有經(jīng)等效對地C形成的大容抗回路，故障點只有較小的IC，允許系統(tǒng)繼續(xù)運行12h，保護不需跳閘，因此供電可靠性相對較高。 故障相對地電壓降低，但非故障相對地電壓升高（若為金屬性接地故障，非故障相對地電壓將由正常時的相電壓升高為線電壓），因此對系統(tǒng)中設備的

11、對地絕緣要求高。 * 接地相對地電壓降低（金屬性接地則降為0），非接地相對地電壓降升高（金屬性穩(wěn)定接地則升高為倍相電壓）* 非故障線路所測零序電流為本身的對地電容電流，方向為母線線路。* 故障線路所測零序電流為總電容電流減去本身的對地電容電流（即其他非故障設備對地電容電流的總和，方向為線路母線。（可采用零序電流大小或零序功率方向來進行接地故障選線）(2) 中性點直接接地系統(tǒng) 有短路回路，有很大的Id，不允許系統(tǒng)繼續(xù)運行，保護必須立即切除故障，供電可靠性相對較低。 由于中性點對地電壓被鉗制為0，則各相對地電壓不會超過相電壓（或超過不多），因此系統(tǒng)中設備的對地絕緣要求不高。3、不同中性點接地方式的

12、應用特點 由于110kV以上系統(tǒng)，其設備費用將隨著對地絕緣要求的提高而大幅增加，因此我國規(guī)定110kV以下系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)（例如不接地系統(tǒng)）；110kV及以上系統(tǒng)采用中性點直接接地系統(tǒng)（其供電可靠性可通過其他措施來保證，例如采用雙回線供電、環(huán)網(wǎng)供電等）。二、中性點不接地配電網(wǎng)單相接地的問題及采取的措施1、問題中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生出現(xiàn)幾率較高的單相間歇性電弧接地故障（非穩(wěn)定性接地）時，尤其是當系統(tǒng)對地電容較大（如電纜線路）使得故障點對地間歇性電容電流IC較大時，間歇性電流不易熄滅，由于暫態(tài)過程中的積累效應（暫態(tài)諧振），系統(tǒng)中將產(chǎn)生高達3.54倍相電壓的峰值過電壓，危及設備絕緣，甚至擴

13、大為兩相短路。2、措施(1) 采用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 消弧線圈的作用及補償方式由于電感電流與電容電流反相，使接地點電流減?。ㄑa償電容電流），對于間歇性接地易于熄弧而恢復運行。消弧線圈不能采用完全補償，因為系統(tǒng)對地總容抗與消弧線圈的感抗相等，系統(tǒng)正常運行時若出現(xiàn)串行零序電源（如某線路投入時由于三相不同時合閘或一相斷線時的非全相或雷擊某相線路等造成）將導致諧振過電壓而危及設備絕緣。一般采用過補償（過補償度約為5%10%），當消弧線圈可自動跟蹤調整時也可采用欠補償。 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的不足* 過補償方式要對接地電容電流進行有效補償難度較大，且消弧線圈僅僅補償工頻電容電流，而一些高頻電流

14、及阻性電流往往仍能維持接地點的間歇性電弧而不能有效熄弧。* 消弧線圈跟蹤調整的欠補償方式，當系統(tǒng)運行方式變化時，難以很好地跟蹤而導致產(chǎn)生一定的諧振過電壓。* 過補償方式當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障線路與非故障線路所測基波零序電流的大小接近，方向一致，選線保護難以選擇故障線路。(2) 采用消弧消諧器當出現(xiàn)單相間歇性電弧接地故障時，在母線處針對接地相人為制造一個穩(wěn)定的金屬性接地點，使故障接地點的電弧易于熄滅，經(jīng)短延時后再切斷人為接地點，若故障消失則恢復正常運行；若切斷人為接地點后再次出現(xiàn)弧光接地故障，說明是永久性弧光接地，則再次投入人為接地點且不再斷開，并發(fā)出告警信號。不足：無論單相接地故障是否

15、為金屬性接地，由于人為制造金屬性接地點，都將使非故障相對地電壓升高倍，對設備絕緣有一定影響。由于并未實質上減小接地故障點電流（僅僅是旁路接地故障點），若系統(tǒng)對地電容較大，則人為接地點切斷后，接地故障點容易重燃電弧。(3) 采用中性點經(jīng)小電阻接地方式由于中性點是有效接地方式（大電流接地方式），當系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時將形成短路回路，形成穩(wěn)定的短路電流，不會產(chǎn)生間歇性電弧過電壓問題；且由于故障線路流過很大的短路電流，故不存在選線困難。但由于發(fā)生單相接地故障短路電流較大，保護必須切除故障線路，因此供電可靠性相對降低。§0-3線路的階段式距離保護階段式距離保護屬于單端測量的低量保護，主要用于

16、110kV線路保護，也可作220kV及以上線路的后備保護。根據(jù)反映故障類型的不同，一般分為：相間距離保護（作為線路三相短路、兩相短路及兩相接地短路的保護）接地距離保護（作為線路單相接地短路、兩相接地短路的保護）1、距離（阻抗）保護基本原理(1)距離保護基本概念距離保護：反映故障點至保護安裝處之間的距離（阻抗），并根據(jù)距離的遠近（阻抗的大小）而確定是否動作及動作時間的一種保護裝置。測量阻抗ZJ > Zdz保護不動作ZJ < Zdz保護動作特點：* 故障時：即反映U,又反映IKlm* 系統(tǒng)運行方式變化時，ZJ不變，故不受運行方式變化的影響(2)三段式距離保護基本配置原則I段：ZIdz.

17、1=KIk·ZABZIdz.2=KIk·ZBC（KIk取0.80.85）tI 0sII段：ZIIdz.1=KIIk·(ZAB+ZIdz.2) (KIIk取0.8)tII1= tI2+tIII段：ZIIIdz < Zfh.mintIII按階梯原則配合(3)三段式距離保護基本邏輯框圖2、距離（阻抗）元件ZKJ動作特性 三種常用的圓特性ZKJ（測量阻抗ZJ落在圓內則動作）：（Zzd：ZKJ的整定阻抗，由用戶整定）動作判據(jù)（以方向阻抗ZKJ為例）：|ZJ -Zzd |<|Zzd| 即：|-|<|或：270°>arg>90°

18、 即：270°>arg>90°方向性四邊形特性ZKJ（設測量電阻為Rm，測量電抗為Xm）定值：Xzd，Rzd（或：Zzd，jlm，Rzd）1(15°30°)：保證出口經(jīng)過渡電阻Rg短路時能可靠動作。2(15°)：保證高壓線路金屬性短路且有測量角誤差時仍能可靠動作。3( lm=d一般取45°或60°)：躲區(qū)內短路的過渡電阻。4(7°10°)：防末端區(qū)外經(jīng)Rg短路時可能出現(xiàn)的超越誤動。動作判據(jù)：Rm·tg|1| Xm XzdRm·tg|4|Xm·tg|2| Rm Rz

19、d + Xm·ctg|3|*三段距離保護電阻定值Rzd皆相同，各段電抗定值Xzd各不相同：XIzd<XIIzd<XIIIzd（電阻定值應考慮躲過可能的最大負荷情況并具有1.5倍以上的裕度：二次值：額定電流5A時：Rzd<=7，額定電流1A時Rzd<35）3、距離（阻抗）元件的接線方式(1) 相間距離保護ZKJ接線方式: 0°接線方式：ZKJ1： , ZKJ2： , ZKJ3： , (2) 接地距離保護ZKJ接線方式零序電流補償接線方式：ZKJ1： , + KZKJ2： , + KZKJ3： , + K其中零序電流補償系數(shù)：K= （Z1、 Z0：線路單

20、位正序、零序阻抗）§0-4線路的縱聯(lián)保護屬于雙端測量保護，可實現(xiàn)全線速動，作為220kV及以上線路的主保護。1、線路縱聯(lián)差動保護基本原理差動電流；制動電流(1) 正常運行及外部故障時，則：，保護不動作。(2) 線路內部短路時，則：，保護動作。（由于經(jīng)濟性與可靠性問題，只適用于短線路）2、輸電線的高頻保護(1) 高頻保護基本概念高頻保護：利用輸電線路本身作為保護信號的傳輸通道，在輸送50Hz工頻信號的同時疊加傳送50300KHz的高頻訊號（保護測量信號），以進行線路兩端電氣量的比較而構成保護。由于高頻信號受干擾較大，且衰耗較大，因此高頻保護只傳送電氣量的狀態(tài)信息（不傳送全信息）。高頻保

21、護分類：高頻通道構成原理：阻波器（L、C組成的并聯(lián)電路）對高頻：并聯(lián)諧振，呈大阻抗，不能通過，限制在本段輸電線內。對工頻：無諧振，呈小阻抗，能順利通過，不影響工頻電量傳輸。結合電容器其電抗Xc = 1 / (C) ，通高頻，阻工頻。同時起到隔離高壓線路與高頻收、發(fā)訊機的作用。連接濾波器（由可調空心變和高頻電纜側電容組成）*結合電容器+連接濾波器帶通濾波器（提取所需高頻信號，濾除其余高頻干擾）*接地刀閘6用于檢修連接濾波器。高頻電纜高頻收、發(fā)訊機*發(fā)訊機：由保護控制。兩種發(fā)訊方式：故障發(fā)訊；長期發(fā)訊。*收訊機：可收到本端和對端發(fā)訊機所發(fā)高頻訊號。按所收高頻信號的性質可分為：閉鎖信號；允許信號；跳

22、閘信號。(2)閉鎖式方向高頻保護原理（平時無訊，外部故障時發(fā)閉鎖訊號）主要組成：* 啟動元件：啟動發(fā)訊機及保護；（啟動元件可采用：相電流突變量啟動元件、負序或零序啟動元件、無方向性的距離III段元件等）* 功率方向元件（正方向元件、反方向元件）：正向停信并開放本端保護，反向不停信。（功率方向元件可采用：負序或零序方向元件、突變量方向元件、帶方向的距離II段或帶方向的距離III段元件等）工作情況：外部故障時，近故障點端為反方向，不停閉鎖訊號，兩端被閉鎖。內部故障時，兩端皆為正方向，皆停發(fā)閉鎖訊號，兩端保護動作。時間元件：展寬t1=60100ms：為防止外部故障d2點短路被切除后，兩端保護返回時間

23、存在誤差使近故障點端保護先返回而遠故障點端的保護后返回，從而導致遠故障點端保護誤動（t1應大于兩端保護返回時間差）。延時t2=7ms：考慮到線路對訊號傳輸?shù)难舆t，為防止外部故障時，近故障點端的閉鎖訊號尚未到達遠故障點端而導致遠故障點端的保護誤動，需推遲開放跳閘時間。特點：保證在內部故障并伴隨通道破壞（輸電線接地或斷線）時，保護仍能正確跳閘。(3)允許式高頻保護特點（存在內部故障通道可能阻塞的問題）（一般采用相-相耦合雙頻制，針對單相接地故障不會出現(xiàn)通道阻塞）正常時無允許信號，故障后當判斷方向為正時則驅動TXJ發(fā)允許信號，否則不發(fā)信。內部相間故障時若高頻通道阻塞（剛好用于高頻通道的兩相短路）保護

24、拒動措施：設置監(jiān)頻信號（導頻信號）。*正常時，發(fā)監(jiān)頻信號（監(jiān)頻信號采用單頻制），對通道進行監(jiān)視；*故障啟動且判為正向時，停發(fā)監(jiān)頻信號而改發(fā)允許信號（停監(jiān)發(fā)允）*故障啟動且判為反向時，監(jiān)頻信號不停，也不發(fā)允許信號，故始終有監(jiān)頻信號（有監(jiān)無允），保護處于閉鎖狀態(tài)（監(jiān)頻信號實際上可看成一種閉鎖信號，內部故障時，停監(jiān)發(fā)允，相當于保護解除閉鎖而動作。因此這種有監(jiān)頻信號的允許式也稱為“解除閉鎖式” ）允許式采用相-相耦合雙頻制，對單相接地故障不存在通道阻塞，只有相間故障才有通道阻塞，故只在相間故障時采用“解除閉鎖式”。具體工作情況：故障啟動后收到對端允許信號時（通道無阻塞），每端保護必須滿足以下兩個條件并

25、經(jīng)延時確認后出口動作：*收到對端允許信號*本端正方向動作故障啟動后收不到對端允許信號時（通道可能有阻塞），在100ms內投入“解除閉鎖式”（100ms后退出），每端保護必須滿足以下四個條件并經(jīng)20ms延時確認后出口動作。*相間故障*本端正方向動作*收不到允許信號（或是通道阻塞，或是外部故障）*監(jiān)頻信號消失（相當于閉鎖信號消失，說明不是外部故障）§0-5變壓器縱聯(lián)差動保護（主保護）1、變壓器縱差保護特殊問題（不平衡電流Ibp較大）變壓器高、低壓兩側額定電流不同（變壓器存在變比nT），故需適當選擇高、低壓側TA的變比：nTA.L/ nTA.H= nT(1) 勵磁涌流問題變壓器的勵磁電流I

26、lT原、副邊電流折算到同側后不相等Ibp）當變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時，IlIly IbpIly的特點：*包含很大成分的非周期分量*包含大量的高次諧波（以二次諧波為主）*波形之間出線間斷（間斷角為a）防止Ily影響的措施*采用具有速飽和鐵心的CJ*利用二次諧波制動*利用波形間斷制動或波形不對稱制動（正半波與負半波不對稱）(2) Y/D-11變壓器縱差保護兩側電流相位校正問題Y/D-11接線的變壓器： 正序：T的D側超前U側：30°；負序：T的D側落后U側：30°相位校正措施：T的D側：三個二次電流：；T的U側：三個二次電流：；負序分量分析與正序類似，同樣可起到

27、相位校正作用。一次側零序電流只存在于變壓器Y側，而Y側兩兩相減，故二次無零序電流。對于微機保護，在保護內部進行相位校正（即在內部實現(xiàn)兩兩電流相減并乘以的處理）。（對于常規(guī)保護，T的D側三個TA接成Y形，T的Y側三個TA接成D形，并將該側電流互感器的變比增大倍）。(3) 計算變比與實際標準變比不符 Ibp計算變比：n=；n=（為保證二次實際額定電流不超過5A，選擇實際標準變比接近但不小于計算變比）計算變比實際標準變比變比配合關系nTA.L / nTA.H= nT不滿足Ibp對微機保護，采用內部比例系數(shù)調平衡：若高壓側選為基本側：高壓側平衡系數(shù)KH= 1；低壓側平衡系數(shù)KL=若低壓側選為基本側：低

28、壓側平衡系數(shù)KL= 1；高壓側平衡系數(shù)KH=分析：高壓側TA二次實際額定電流：IH.II.N =低壓側TA二次實際額定電流：IL.II.N =若高壓側選為基本側：即高壓側平衡系數(shù)KH= 1，則：低壓側平衡系數(shù)KL=(4) 兩側電流互感器實際誤差 Ibp單個TA實際誤差：最大為fi =10% 兩側TA同型時，兩側TA實際誤差Ktx·fi =5%（即：Ktx =0.5）兩側TA不同型時，兩側TA實際誤差Ktx·fi =10%（即：Ktx =1.0）該誤差較小，也難以消除，在整定時考慮躲過其影響。(5) 變壓器帶負載調壓 Ibp調壓（調分接頭）nT變化變比配合條件nTA.L /

29、nTA.H= nT不滿足 Ibp該誤差較小，也難以消除，整定時考慮躲過（引入分接頭調整相對誤差）。(6) 變壓器縱差保護的最大不平衡電流計算（采取各種措施后）Ibp.max = (Ktx·fiDU)·I/nTAfi：TA最大誤差，取10%，即0.1DU：帶負載調壓引起的相對誤差，取調壓范圍的一半I/nTA：外部故障的最大短路電流折算到二次基本側的值（nTA為基本側TA的變比）2、具有比例制動和二次諧波制動的縱差保護及整定計算(1) 比率制動特性的工作原理比率制動特性：其中：差動電流Icd=|I+II | （對三卷變：Icd=|I+II +III |）制動電流Izh=|III

30、 | （對三卷變：一般取Izh=max|I|、|II|、|III|）變壓器正常運行或外部短路時：I=II差動電流Icd0很小，制動電流Izh=|I|=|II|較大，保護不動。變壓器內部短路時：I與II基本同相差動電流Icd=Id.n/nTA很大，制動電流Izh很小，保護動作。比率制動特性動作條件：Icd > Idz.min當IzhIzh.min時Icd > Kzh( Izh - Izh.min) + Idz.min當Izh> Izh.min時(2) 比率制動特性整定計算最小啟動電流Idz.min原則：躲過最大負荷狀態(tài)下的差動不平衡電流。一般按經(jīng)驗公式：Idz. min=(0.

31、40.5) Ie.2 （Ie.2：二次額定電流）拐點電流（最小制動電流）Izh.min原則：在額定負荷狀態(tài)下不需制動，大于額定負荷電流后才需制動一般取Izh.min=(0.50.7) Ie.2 （中小容量變也可取Izh.min=(0.81.0) Ie.2）（考慮到輕微外部故障由于測量誤差導致所測制動電流可能小于額定電流，而此時由于暫態(tài)影響而有一定差動電流，希望引入制動作用，故拐點電流應適當取小一點）制動特性斜率Kzh：躲過外部短路的最大不平衡差動電流。最大不平衡電流為：Ibp.max =(Ktx·fi+DU)·Id.w.max /nTA最大制動電流為：Izh.max =Id

32、.w.max /nTA則：制動特性斜率Kzh=(Kk·Ibp.maxIdz.min)/(Izh.maxIzh.min)為簡單起見，當Izh.min <<Izh.max時，可直接?。篕zh =Kk·Ibp.max /Izh.max =Kk·(Ktx·fi+DU)一般按經(jīng)驗公式：Kzh =0.40.5(3) 二次諧波制動勵磁涌流二次諧波閉鎖保護閉鎖（制動）條件：Icd.2/ Icd.1 > K2Icd1、Icd2：差動電流的基波、二次諧波模值，K2：二次諧波制動比（定值），K2的選取： 距電源較近的中小型T：13%15% 容量較大的T：16

33、%18% 大型發(fā)-變組：18%20%(4) 差動速斷的整定接于超高壓長線路（或附近有無功補償設備）的變壓器內部某些不對稱短路及變壓器嚴重內部短路時短路初期有較大二次諧波分量而制動保護延誤保護動作。采用差動速斷加速差動保護動作：差動電流大于最大可能的勵磁涌流時則取消二次諧波制動而立即出口跳閘。差動速斷動作電流：Idz=Kk Ily.max/nTA （Ily.max：最大勵磁涌流，Kk：可靠系數(shù)，取1.151.3）一般經(jīng)驗公式：大型發(fā)-變組：Idz = 4倍Ie.2，大容量變：Idz=(46) Ie.2中小容量變：Idz=(810) Ie.2§1智能變電站中保護測控綜合單元硬件系統(tǒng)

34、67;1-1 分層分布式系統(tǒng)結構的應用1、分布：地理空間上的分布（下位機按一次設備間隔分布）將每個一次設備安裝間隔（如斷路器間隔、電壓互感器間隔）的數(shù)據(jù)采集、保護、測控等二次功能由一個或多個安裝在相應設備屏柜上（即戶內間隔）或相應戶外間隔附近的智能電子設備IED（Intelligent Electronic Device）即俗稱的下位機來完成，各智能電子設備由網(wǎng)絡總線相連。2、分層：功能上的分層，分為三層。(1) 設備層（過程層）功能上傳：實時電氣量及設備狀態(tài)量的監(jiān)測（TA、TV；QF、QS的輔助接點）。下達：操作控制的執(zhí)行與驅動（QF、QS的操縱機構；變壓器分接頭調節(jié)控制機構；電容、電抗器投

35、切控制機構等）。(2) 間隔層（下位機層）功能匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息。實施對一次設備的保護與控制功能。實施本間隔防誤操作閉鎖功能、同期功能及其他控制功能。承上啟下（上、下層之間）的通信功能。(3) 站控層（上位機層）功能匯總全站的實時數(shù)據(jù)信息、刷新實時數(shù)據(jù)庫、登錄歷史數(shù)據(jù)庫。將有關數(shù)據(jù)信息送向調度或控制中心。接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、設備層執(zhí)行。全站防誤操作閉鎖控制功能。站內當?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能（如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能）。對間隔層、設備層各個設備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能。變電站故障自動分析和操作培訓功能。§1-2

36、不帶鐵芯的互感器 電子互感器（光電互感器）1、常規(guī)互感器鐵芯的飽和問題 測量誤差；鐵磁諧振。* 一次電流為正弦波，二次磁通為平頂波，且存在波形畸變。* 測量用TA的工作區(qū)（線性區(qū)）考慮正常運行的額定電流；保護用TA的工作區(qū)考慮短路后的短路電流；因此常規(guī)TA，測量與保護一般不能公用2、電子互感器（ECT、EVT）(1) 有源電子互感器（半常規(guī)電子互感器）傳感器仍為電、磁傳感方法；信息下送采用光纖傳輸。羅科夫斯基（Rogowski）線圈式ECT（無鐵芯線圈） （經(jīng)積分變換后正比于一次電流ip(t)）電容分壓式（或阻容分壓式）EVTR足夠?。≧<<），則(2)無源電子互感器（傳感器采用光

37、傳感）法拉第效應（磁光效應）光電流互感器OCT（optical current transducer）光子振動方向與傳播方向垂直：一般自然光為非偏振光，在與傳播方向垂直的振動面上沿各個方向振動。線偏振光：自然光經(jīng)偏振片（偏振器）后，僅在一個方向振動，即為線偏振光。法拉第效應（磁致旋光）：線偏振光束在均勻介質中沿磁場方向傳播時，振動面發(fā)生旋轉的現(xiàn)象（旋轉的角度與磁場強度及傳播距離成正比）。普科爾斯效應（電光效應）光電壓互感器OVT（optical voltage transducer）雙折射：光束入射到各向異性的晶體，分解為振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩個折射方向的偏振光。普科爾

38、斯效應：一些透明光學介質在沒有外加電場時是各向同性的，而在外加電場作用下，晶體變?yōu)楦飨虍愋缘碾p軸晶體而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，一束光變?yōu)閮墒辔徊煌钠窆?，兩束光的相位差與外加電壓大小成正比。§1-3智能電子設備IED硬件的基本構成數(shù)據(jù)處理主系統(tǒng)：裝置的核心系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：最復雜的I/O系統(tǒng)。開關量輸出系統(tǒng)：對可靠性要求最高的系統(tǒng)。（IED一般沒有模擬量輸出系統(tǒng)）一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)的采集由IED外部與電子TA、TV相接的合并單元MU（Merging Unit）將所測模擬量進行離散化（即量化）：合并單元MU將變成數(shù)字量后的等間隔采樣值與斷路器QF、隔離開關QS的狀態(tài)信息綜合成報文傳

39、送給IED。2、存放采樣數(shù)據(jù)時的更新與排隊（解決速度與空間的矛盾）采樣數(shù)據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（最新采樣數(shù)據(jù)取代最早采樣數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)排隊（使取數(shù)時更為方便、快捷）：由于存數(shù)只有一次，而取數(shù)往往多次，為加快保護處理速度，使取數(shù)方便，寧可在存數(shù)時麻煩（在緩沖區(qū)內存數(shù)據(jù)按采樣時間順序排列）。1、簡單的數(shù)據(jù)排隊（設需要保留n個采樣點的數(shù)據(jù)）：問題：需對n-1組數(shù)據(jù)進行搬移，所需時間較長。2、暫存區(qū)擴展法將排隊緩沖區(qū)的空間擴大為所需保存數(shù)據(jù)空間的2倍3、字節(jié)地址偏移循環(huán)存取法一般每采樣點的數(shù)據(jù)不止1個，設每采樣點有k個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)占2個字節(jié)，則存數(shù)地址為：A=AB+2k·BO取數(shù)地址為（若要取

40、前i點數(shù)據(jù)）：A= AB+（2k·BO-2k·i）（若2k·BO-2k·i <0，則取其補碼）二、開關量輸出系統(tǒng)開出系統(tǒng)（跳閘出口）提高可靠性的措施：* “相異”輸出閉鎖：防止裝置工作電源初投或掉電時，由于芯片工作不穩(wěn)定使芯片出口狀態(tài)不定（但一個口的8位是一致的，或都為高，或都為低）導致保護誤發(fā)跳閘出口信號。* 光電隔離：抗干擾。* 開出反饋：用于開出回路的自檢。在裝置投入之初，在不發(fā)啟動信號的前提下（確保跳閘信號并不真正跳閘），從跳閘出口端發(fā)一個跳閘信號，若跳閘回路完好，則反饋到PC0端為低電平。* 出口小繼電器上并聯(lián)續(xù)流二極管（或續(xù)流電阻）：防

41、止小繼電器動作完畢后，由于小繼電器線圈中的剩磁導致其不能可靠返回。§2微機保護算法§2-1 微機保護基本算法算法計算輸入信號采樣值保護所需各種電氣參數(shù)（如電流、電壓幅值和相位等）一、正弦模型算法（設被采樣信號為純正弦信號）1、導數(shù)算法（只需2個或3個采樣點）(1) 一階導數(shù)算法（Mann-Morrison算法）設u = UmSin(t+u) 則：u' = UmCos(t+u) 故：Um2=u2+(u'/)2用采樣值進行計算：u=uk； u'/= uk'/ （差分近似代替微分）或: u； u'/= uk'/ （若s=N·

42、;，則Ts=2/N）若再設：i = ImSin(t+i) 則：Im2 =i2+(i'/)2且：R=(Um/Im)·Cos(ui)=(u'/)(i'/)+u·i/i2+(i'/)2X=L =(Um/Im)·Sin(ui)=u·(i'/)(u'/)·i/i2+(i'/)2(2) 二階導數(shù)算法（Prodar-70算法）設u = UmSin(t+u) 則：u' = UmCos(t+u)；u''=2UmSin(t+u)故：Um2=(u'/)2+(u''

43、/2)2用采樣值進行計算：u=uk；u'/= uk'/；u''/2= uk''/2 （若s=N·，則Ts=2/N）若再設：i = ImSin(t+i) 則：Im2 =(i'/)2+(i''/2)2且：R=(Um/Im)·Cos(ui)=( u·i''u'·i' )/( i·i''i'2 )X=L =(Um/Im)·Sin(ui)=( u'·iu·i' )/( i·

44、i''i'2 )由于用差分近似代替微分，導數(shù)算法本身有誤差。2、采樣值積算法（算法本身無誤差）(1) 兩采樣值積算法設t1時刻的采樣值為：u1 = UmSin(t1+u)，i1 = ImSin(t1+i)另一時刻t2時的采樣值為：u2 = UmSin(t1+T)+u，i2 = ImSin(t1+T)+i其中T = t2 - t1兩采樣值的時間間隔則：Um2= u12 + u22 - 2 u1 u2 Cos(T)/Sin2(T)Im2= i12 + i22 - 2 i1 i2 Cos(T)/Sin2(T)tg(ui)=(u1 i2 - u2 i1)Sin(T)/u1 i1

45、 + u2 i2 (u1 i2 + u2 i1)Cos(T)此算法只需要兩個采樣值，但運算量較大（2次平方，2次乘法，1次除法，2次加減）為減少運算量，可選取T=T/4，即：T = /2，則：Um2 = u12 + u22 ， Im2 = i12 + i22 ，tg(ui)=(u1 i2 - u2 i1)/(u1 i1 + u2 i2)且測量阻抗為：R=(Um/Im)Cos(ui)=(u1 i1 + u2 i2)/(i12 + i22)X=(Um/Im)Sin(ui)=(u1 i2 - u2 i1)/(i12 + i22)(2) 三采樣值積算法t1時：u1 = UmSin(t1+u)，i1 =

46、 ImSin(t1+i)t2時：u2 = UmSin(t1+T)+u，i2 = ImSin(t1+T)+it3時：u3 = UmSin(t1+2T)+u，i3 = ImSin(t1+2T)+i則有：Um2= u12 + u32 2 u22 Cos(2T)/2Sin2(T)Im2= i12 + i32 2 i22Cos(2T)/ 2Sin2(T)選取T=T/12，即：T = /6，則：Um2 = 2( u12 + u32 u22 )， Im2 = 2( i12 + i32 i22)且阻抗為：R=(u1 i1 + u3 i3 - u2 i2)/( i12 + i32 i22)，X=(u1 i2 -

47、 u2 i1)/( i12 + i32 i22)三采樣值算法可有不同的計算式（具有表達式非唯一性），例如另一種計算式：Um2 = (u22 u1 u3)/Sin2(T)， Im2 = (i22 i1 i3)/Sin2(T)（亦可算出相角和阻抗值）與信號頻率無關的三采樣值算法：利用t1、t2兩采樣值有：Um2= u12 + u22 - 2 u1 u2 Cos(T)/Sin2(T)利用t2、t3兩采樣值有：Um2= u22 + u32 - 2 u2 u3 Cos(T)/Sin2(T)Cos(T)=(u1+ u3)/(2u2)，Sin2(T)=1-(u1+ u3)2/(2u2)2則：Um2 = (u

48、22 u1 u3)/Sin2(T) = 4u22 (u22 u1 u3)/4u22 - (u1+ u3)2可見此算法Um與輸入信號的頻率無關。（此算法不足：計算量大）二、周期模型算法（設被采樣信號為周期信號，不一定是正弦信號）富氏算法：設周期函數(shù)（周期為T）的輸入信號為u(t)，則其富氏級數(shù)的形式為：u(t)= 其中：；第n次諧波的幅值為：Un=；相角為：n = arctg算法：用采樣值計算（采用梯形法則，用連和代替積分）：；其中：s=N·1，即1Ts=；uk為第k個采樣值由求Un，n以計算基頻的算式（n=1）為例，設：N=12 則：=2(u12u6) + (u2u8u4 + u10

49、) +(u1u7u5 + u11)=2(u3u9) + (u1u7 + u5u11) +(u2u8 + u4u10)三、R-L物理模型的微分方程算法（不求u，I幅值，而直接由采樣值求R，L）（設輸電線由電阻、電感串聯(lián)組成）1、相間金屬性短路由于短路點電壓為0，則有：u = R1·i +L1 (di/dt)（反映相間短路時，u、i采用0º接線方式，例如：u=uab，i=ia-ib）寫成離散形式：uk = R1·ik+L1 (ik+1ik-1)/(2Ts)對輸電線有：R1/X1 = R1/L1 =(常數(shù))，故：X1 =L1= uk/·ik +(ik+1ik-

50、1)/(2Ts)；R1 =·X1若未知的算法：對k點有：uk = R1·ik+L1 (ik+1ik-1)/(2Ts)對p點有：up = R1·ip+L1 (ip+1ip-1)/(2Ts)則： R1 =；X1 =L1 =2、相間短路考慮過渡電阻Rg的算法u = R1·i +L1 (di/dt) + Rg·p·i （p=i/i：電流分配系數(shù)，取決于系統(tǒng)結構及參數(shù)）R1/L1 = 寫成離散形式：uk =·ik+ (ik+1ik-1)/(2Ts) L1+ pRg·ik= Dk·L1+ pRg·ik另取一

51、計算點有：uk+1= Dk+1·L1+ pRg·ik+1可解得：L1=(uk+1·ikuk·ik+1)/(Dk+1·ikDk·ik+1)3、經(jīng)過渡電阻Rf單相接地短路設A相接地短路，母線A相電壓各序分量為：u1 = uf1 + R1·i1 + L1(di1/dt)u2 = uf2 + R2·i2 + L2(di2/dt)u0 = uf0 + R0·i0 + L0(di0/dt)且R1= R2；L1= L2則：u= uf + R1 i+ i0(R0 - R1)/R1+ L1 d i+ i0(L0 - L1)

52、/L1/dt令：KL=(L0 - L1)/(3L1)= (l 0 - l1)/(3 l1) ；KR=(R0 - R1)/(3R1)= (r0 - r1)/(3r1)（r1，l 1：線路的單位正序電阻、電感；r0，l 0：線路的單位零序電阻、電感）有：u=R1 ( i + KR ·3i0 )+ L1 d( i + KL ·3i0 )/dt+ uf寫成離散形式：（ 設：R1/L1 = 常數(shù) ）uk =L1( ik + KR ·3i0k )+ (ik+1ik-1) + KL ·(3i0k+13i0k-1)/(2Ts)+ ufk =L1·Dk + uf

53、k其中Dk =( ik + KR ·3i0k )+ (ik+1ik-1) + KL ·(3i0k+13i0k-1)/(2Ts)對單相接地短路，由序網(wǎng)分析可知：if 1 =if 2 =if 0則：if =3if 0故：uf =if ·Rf = 3if 0 ·Rf = i0 ·(3Rf /Kf 0) （if 0：故障點零序電流；i0：保護安裝處零序電流；Kf 0：零序電流分配系數(shù)）因為零序網(wǎng)絡結構一定，故零序電流分配系數(shù)Kf 0為常數(shù)由：uk=L1·Dk + i0k ·(3Rf /Kf 0) 及uk+1 =L1·Dk+

54、1 + i0k+1 ·(3Rf /Kf 0)聯(lián)立解得：L1=； R1 =·L1§2-2微機保護應用算法一、啟動元件1、相電流突變量啟動基本原理：本采樣點相電流與前一周期相應采樣點相電流的差值作為判斷量:ik=|ikik-N| > （為啟動定值）實際應用：為防止頻率偏移造成的影響，實際判斷條件為：ik=|ikik-N|ik-Nik-2N| > 2、負序（及零序）電流突變量啟動為防止振蕩周期很小相電流突變量元件誤啟動，可采用相電流突變量啟動ik與負序（及零序）電流啟動i2k相結合的方式負序分量計算方法：方法：寫成離散形式：ua2(k)=ua(k)+ub(k

55、-)+uc(k+) (設每基頻周期N點采樣)此算法數(shù)據(jù)窗為：+1方法： 短數(shù)據(jù)窗算法：；離散式：ua2(k)=ua(k)ub(k) + ub(k-)uc(k-)此算法數(shù)據(jù)窗為：+1零序分量計算方法：離散式：3u0(k) = ua(k)+ub(k)+uc(k)二、方向判別元件設兩交流相量：UJ= Umeju= Um·Cosu+ j Um·Sinu= UR+jUIIJ= Imeji= Im·Cosi+ j Im·Sini= IR+jII其中：UR，UI，IR，II可由富氏算法、采樣值積算法、導數(shù)算法等算出。若方向元件動作條件為：-90°<ar

56、g<90° （lm為方向元件的最靈敏角）即：Cos(u-i)lm> 0即：Cos(u-i)·Coslm+ Sin(u-i)·Sinlm > 0即：(Cosu·Cosi+Sinu·Sini)·Coslm+(Sinu·Cosi-Cosu·Sini)·Sinlm> 0即：(UR·IR+UI·II)·Coslm+ (UI·IR-UR·II)·Sinlm> 0三、故障類型與相別判斷為了減少測量阻抗的計算量，在阻抗判別之前，預先進行故障類型和故障相別的判斷，從而只要取相應故障相的測量阻抗進行判別。1、接地故障判別基本原理：零序電流突變量判別法：若I0 > 1，則判為接地故障由于電力系統(tǒng)正常運行時存在零序不平衡電流，而發(fā)生三相短路時零序電流反而消失，造成三相短路時出現(xiàn)較大的I0而誤判接地實用判據(jù)：I0 > 1且I0 > 2；或：I0 > 1且I0 > 2；U0 > 32、單相接地判別及選相相電流差突變量選相位原理：若前已判別