微机距离保护阻抗算法.doc

微机距离保护的阻抗算法和特性分析 摘　要　分析了常用微机距离保护所采用的阻抗算法原理和动作特性, 以实现距离保护可靠切除区内相间故障和单相接地故障, 而区外故障不误动的功能。 关键词　微分方程算法　阻抗特性 前　言 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最多, 因此, 在计算机保护的发展过程中, 计算机距离保护吸引了很多人的注意。计算机继电保护是用数学运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i k, 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　微机距离保护的算法 在现行南京电力自动化设备总厂生产的11, 15型以及四方公司生产的CSL100 系列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 ( R i/ L + di / dt) 写成离散形式为: uk = L ( Ri k/ L + ( ik + 1 - ik- 1 ) / 2T s) 因对输电线路, R / L = ??为常数, 故得 L = uk / ( ??ik + ( ik+ 1 - i k- 1) / 2T s) R = ( uk - L ( ik + 1 - ik- 1 ) / 2T s) / i k 或　R = uk / ( ik + 1/ ??( i k+ 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 = L d( i + K L3I 0 ) / dt + R( i + K r 3I 0) + uf 式中　K L = ( L 0 - L 1) / 3L 1 K r = ( R 0 - R1 ) / 3R 1 uf 为短路点电压 写成离散形式时为: Uk = L ( ( ik+ 1 - ik - 1 + 3K L( I 0k+ 1 - I 0k - 1) ) / 2T s + ??( ik + K r 3I 0k ) ) + ufk ( 1) 令　Dk = ( ik+ 1 - ik - 1 + 3K L( I 0k + 1 - I 0k- 1 ) ) / 2Ts + ??( ik + K r 3I 0k) 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 = 3I 0fR f = 3I 0fR f/ k f0式中　Rf 为短路点过渡电阻; kf0 = I 0 / I 0f 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k f0 为实常数。3I 0 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R f 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 = L Dk + I 0k3R f/ kf0 ( 2) Uk+ 1 = L Dk + 1 + I 0k+ 13R f/ kf0 ( 3) 联解上述方程组可得: L = ( Uk I 0k+ 1 - Uk+ 1I 0k ) / ( Dk I 0k+ 1 - Uk+ 1I 0k ) 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. 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