微機線路繼電保護的阻抗特性
隨著大規模集成電路技術的飛速發展,微型計算機保護已得到了普遍的應用。在電力系統常規保護中,距離保護遇到的問題*多,因此,在計算機
保護的發展過程中,計算機繼電保護吸引了很多人的注意。計算機繼電保護是用數**算方法實現故障量的測量、分析和判斷,而運算的基礎是若干個離散的、量化了的數字采樣序列ik,uk,因此微機保護的一個基本問題是尋找適當的離散運算方法,使運算結果的精度能滿足工程要求,而計算耗時又盡可能短。近10多a來,國內外的繼電保護工作者作了大量的研究,提出了許多適合于計算機保護的計算方法,如導數算法、采樣積分算法、傅氏算法和微分方程算法等。
1 微機繼電保護測試儀的算法
  在現行微機線路距離保護大多采用微分方程算法。它是假設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)因對輸電線路,R/L=??為常數,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X=??L即可算出電抗值。事實上,電感L與短路距離成正比,用電感值作距離量,還可以不受系統頻率變化的影響。1.2 短路點經過渡電阻短路時
電力系統中短路點實際上經常是有過渡電阻的,為了克服短路點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。故DK為可計算出的系數。計算L值需要知道Ufk,Ufk是短路電壓,無法測得。
因相對來說,零序網絡是變化不大的,此時如假定網絡結構已知,則存在下面的關系:
uf=3I0fRf=3I0fRf/kf0
式中 Rf為短路點過渡電阻;kf0=I0/I0f為零序網
絡的零序電流分配系數
如果假定短路點兩側零序網絡阻抗角相同,則kf0為實常數。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個采樣時間間隔內過渡電阻Rf值保持不變,則在2個采樣時刻根據(1)式,可寫出下列方程組
Uk=LDk+I0k3Rf/kf0
(2)Uk+1=LDk+1+I0k+13Rf/kf0(3)
聯解上述方程組可得:
L=(UkI0k+1-Uk+1I0k)/(DkI0k+1-Uk+1I0k)本算法是在上述假定條件下實現的,因此計算結果存在一定的誤差。當采用較完善的濾波方法時,可變為正弦模型下的微分方程算法,仍可保持良好的克服過渡電阻的優點,保證計算精度。
2 微機線路繼電保護的阻抗特性
  上述算法直接由采樣值計算出阻抗的實、虛部,計算所得的結果就是測量阻抗。判別這一測量阻抗值是否落在預定的動作區內,就構成阻抗測量元件。可以設計出形狀不同的動作區并由此構成許多不同的阻抗元件。常用的微機繼電保護阻抗特性采用如下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.為防止在保護區末端經過渡電阻短路時可能出現的超范圍動作,一般??可取7～10°。
b.考慮到經過過渡電阻短路時,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.為保證出口經過渡電阻短路時能可靠動作,
??2通常取15°。
d.為保證被保護線路發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X和R可以整定,??,??1,??2,??3
都是預先整定的參數,為常數。
2.2 四邊形方向阻抗特性
四邊形方向阻抗特性
  其動作判據為:
Rmtan??2≤Xm≤XDZ
Xmctan(90°+??3)≤Rm≤RDZ+Xmctan??1??1,??2,??3都是預先整定的參數。因此,ctan??1,
tan??
2,ctan??3都是常數。2.3 阻抗特性的偏移
當采用四邊形或多邊形阻抗元件時,基本能保證可靠切除區內相間故障和單相接地故障。為了避免PT在線路側而故障為出口三相短路時,距離保護拒動,阻抗動作特性在原四邊形或多邊形特性的基礎上加上一個包括座標原點的小矩形特性。并采用記憶特性來計算短路阻抗值。
一般情況下,實現偏移特性的小矩形的X,R取
X,R取值
X取值當XDZ<1 時,取XDZn/2 n—指距離n段當XDZ≥1 時,取保0.5R取值
取RDZ/4與X偏移量之小者
3 結 論
  計算機繼電保護具有很強的記憶功能和運算能力,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,反應故障點過渡電阻能力強,避越負荷阻抗能力好。因此計算機繼電保護能更好地實現距離保護各項功能。
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