微机距离保护阻抗算法.pdf

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(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)/3R1
uf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+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15°。其动作判据为:

A:Rm≥XDZctan(90°+3)

B:Xm≥RDZtan2

C:Xm≤XDZ-Rmtan

D:Rm≤RDZ+Xmctan1
整个阻抗元件的动作逻辑方程为:Z=ABCD

图1只有2个参数X和R可以整定,,1,2,
2.2四边形方向阻抗特性

四边形方向阻抗特性如图2。

其动作判据为:Rmtan2≤Xm≤XDZ

Xmctan(90°+3)≤Rm≤RDZ+Xmctan1

1,2,3都是预先整定的参数。因此,ctan1,tan2,
ctan3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