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第二节微机继电保护算法介绍第二节微机继电保护算法介绍第二节微机继电保护算法介绍这一节将要对微机保护算法进行简要概述，并介绍常见的几种算法。
一、微机保护算法概述把经过数据采集系统量化的数字信号经过数字滤波处理后，通过数学运算、逻辑运算、并进行分析、判断，以决定是否发出跳闸命令或信号，以实现各种继电保护功能。
这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法称为微机保护。
二、常见微机保护算法介绍1. 算法微机保护装置中采用的算法分类：（1）直接由采样值经过某种运算，求出被测信号的实际值再与定值比较。
例如，在电流、电压保护中，则直接求出电压、电流的有效值，与保护的整定值比较。
（2）依据继电器的动作方程，将采样值代入动作方程，转换为运算式的判断。
分析和评价各种不同的算法优劣的标准是精度和速度。
2. 速度影响因素（1）算法所要求的采样点数。
（2）算法的运算工作量。
3. 算法的计算精度指用离散的采样点计算出的结果与信号实际值的逼近程度。
4. 算法的数据窗一个算法采用故障后的多少采样点才能计算出正确的结果，这就是算法的数据窗。
算法所用的数据窗直接影响保护的动作速度。
例如，全周傅氏算法需要的数据窗为一个周波（20ms），半周傅氏算法需要的数据窗为一个半周波（10ms）。
半周波数据窗短，保护的动作速度快，但是它不能滤除偶次谐波和恒稳直流分量。
一般地算法用的数据窗越长，计算精度越高，而保护动作相对较慢，反之，计算精度越低，但是保护的动作速度相对较快。
尽量提高算法的计算速度，缩短响应时间，可以提高保护的动作速度。
但是高精度与快速动作之间存在着矛盾。
计算精度与有限字长有关，其误差表现为量化误差和舍入误差两个方面，为了减小量化误关基保护中通常采用的A/D芯片至少是12位的，而舍入误差则要增加字长。
不管哪一类算法，都是算出可表征被保护对象运行特点的物理量。
5. 正弦函数的半周绝对值积分算法假设输入信号均是纯正弦信号，既不包括非周期分量也不含高频信号。
关于110KV线路保护知识一、长距离输电线的结构，短路过渡过程的特点：高压长距离输电线的任务是将远离负荷中心的大容量水电站或煤炭产地的坑、口火电厂的的巨大电功率送至负荷中心，或作为大电力系统间的联络线，担负功率交换的任务。
因此；偏重考虑其稳定性及传输能力，为此长距输电线常装设串联电容补偿装置以缩短电气距离。
为补偿线路分布电容的影响，以防止过电压和发电机的自励磁，长距离输电线还常装设并联电抗补偿装置，其典型结构图如下：短路过程的特点：1、高压输电线电感对电阻的比值大，时间常数大，短路时产生的电流和电压、非同期性自由分量衰减较慢。
为了保持系统稳定，长距离输电线的故障，对其快速性提出严格的要求。
应尽切除，其保护动作要求在20～40ms。
因此快速保护不可避免地要在短路电流存在时间内工作。
2、由于并联电抗所储磁能在短路时释放，在无串联电容补偿的线路上可产生非周期分量电流，在一定条件下此电流可能同时流向线路两端或从线路两端流向电抗器。
因而在外部短路时，流入线路两端继电保护非周期分量电流数值可能不等。
方向相同（例如：都从母线指向线路）。
3、串联电容和线路及系统电感及并联电抗等谐振将产生幅值较大的频率低于工频的低次谐波，由于这种谐波幅值大，频率接近工频，故使电流波形和相位将发生严重畸变。
4、由于分布电容大，因而分布电容和系统以及线路的电感产生的高次谐波很多，幅值也很大，对电流的相位和波形也将产生影响。
距离保护的定义和特点距离保护——是以距离测量元件为基础反应被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作所构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度正比故名。
其特点：主要用于输电线的保护，一般是三段式或四段式，第一、二段带方向性，作本线段的主保护，其中，第一段保护线路80%～90%，第二段保护余下的10%～20%并作相邻母线的后备保护。
7SJ62 微机综保用于高压电动机的整定及校验兰州石化公司许志军 730060【摘要】微机继电保护装置的计算速度快，精度好、可靠性高，还具有大容量数据存储，数据处理及强大的通信能力(简称测、控合一装置)。
文中介绍了西门子7SJ62微机综保的关键词继电器 DIGSI4 过电流计算整定随着新技术的开发和成熟，微机继电保护装置越来越多地应用于各厂矿、企业，更新和替代了以前的电磁式、感应式、晶体管式继电保护，使微机继电保护能更好、更快、更可靠地切除故障，因此现在使用十分广泛。
现以西门子公司的7SJ62微机综保，用于高压电动机保护为例，简单介绍保护的特点，整定计算的原则，并结合对7SJ62保护进行校验。
1.7SJ62保护功能7SJ62继电保护装置是一种数字化，多功能保护控制单元，采用功能去强大的微处理器。
所有的工作，例如：测量量的采集，以及针对断路器和电力装置的命令执行都以数字方式进行。
7SJ62的基本功能是无方向性功能（50 . 50N . 51 . 51N），具有四个定时限过电流保护元件，两个相过流，另两个用于接地过流。
同时可根据要求，还可配有负序电流保护（46），自动重合闸（78），热过负荷保护（49），过电压（58），低压保护（27），对电动机则有起动时间监视（48），禁止起动（66/68）和低电流监视。
2.保护特点（1）功能强劲的32位微处理器（2）采用EFPROM 和非易失性RAM 存放保护定值、电动机运行和故障信息，保证了装置的有关信息不会因为掉电而丢失。
（3）完全数字化的处理过程及测量值的控制，（4）其二进制输入、输出及内部功能处理部分与外部模拟量采集回路，控制回路及电源控制回路，实行完全电隔离。
（5）可对测量值进行连续计算并将其显示在前面板上（6）通过PC 机使用DIGSI 4软件，可很方便的对装置进行保护设置 （7）记录事件信息，故障数据及含有SER 信息录波用于分析与故障的判断（8）通过串口，可用数据电缆、Modem 或光缆与变电站装置通讯 （9）对测量值进行持续监视，装置的软、硬件都有连续的自检功能 3. 7SJ62微机保护的整定计算原则3.1过电流及速断保护动作判据及定值的整定（50-51，50N-51N ）我厂高压设备的保护，均采用国际电工委IEC 标准，该保护针对相间断路、匝间短路和机械负荷过载等故障，该保护具有延时功能，延时分为定时限DT 和反时限IDMT 。
微机距离保护比相判据的完善性研究与应用刘一江,易理刚(湖南大学电气系,湖南 长沙 410082)
【摘要】 具有新判据的距离比相元件与选相元件配合,能够获得理想特性,全新的比相原理是新型距离继电器的主要特色。文章讨论了由于电力系统负载不对称系统各阻抗角不相等的条件下,如何消除比相判据中的动作死区和“分段漂移”;当系统发生三相对称短路时,比相方式缺陷的改进措施。
【关键词】 微机距离保护; 比相判据; 系统调节; 改进措施
1 引言 理想的距离保护能够保证区内短路时正确动作,区外短路时不动作,短路与振荡同时发生时,仍能正确工作,且动作特性不受短路处过渡电阻大小的影响,也不受系统结构变化和运行方式变化的影响。文献[1][2]分别提出了一种具有新判据的接地距离继电器和具有新判据的相间距离保护。新判据能够保证故障相的距离比相元件具有理想特性。因此,这种距离比相元件与理想的选相元件配合,将使距离保护的性能得到很大改善。但是,由于电力系统是一个参数与状态都不断变化的复杂的动态系统,其理想特性至少应受到以下三方面情况的限制:1)由于系统负载的不完全对称,使得系统各阻抗角不可能完全相等,产生不平衡的零序、负序分量,造成保护区末端正常和短路故障发生在保护区末端或经高阻接地时出现比相判断错误或判断不出来的情况;2)不平衡零序、负序分量影响分段精度和使保护产生“分段漂移”的情况;3)发生同时三相对称短路故障判据无法判断的情况。由于系统的不对称负载情况,使得新型距离比相判据存在一定范围的动作死区。文献[3]对新型距离继电器比相条件作了改进,以UR为轴线将监界区分为2α对等的两个不判区,以此来避免误动作,但却形成了线路末端的正反两个方向上判断死区。本文在对比相判据和选相元件原理分析的基础上,利用对称分量法,讨论了系统不对称负载情况下零序、负序分量的存在和影响,提出了比相方式的改进措施。该措施利用计算机的实时处理能力,采用自适应系统调节的方法来消除正常情况,获取故障情况的零序、负序电流分量。对于三相对称短路发生的情况,本文在对电力系统对称三相原理分析和文献[2]的基础上,利用短路三相对称的特点,推导出与文献[2]相类似的,以相应的-jIC、-jIA和-jIB(实际量)代替文献[2]对应jIC2、jIA2和jIB2
为参考向量的新判据。
动模试验证明,该方法具有很好的实用性。
2 原理分析 根据文献[1],分相式接地距离继电器动作判据
比较量为:
A相:UP=UA,UR=I0,U′A=UA-(IA+3KI0)Z
d
(1)
B相:UP=UB,UR=I0,U′B=UB-(IB+3KI0)Z
d
(2)
C相:UP=UC,UR=I0,U′C=UC-(IC+3KI0)Zd(3)式中,U
P表示极化电压;UR表示参考电压;U′
φ
(φ=A,B,C)表示补偿电压;Uφ和Iφ分别表示保护
安装处的相电压和相电流;I
0表示保护安装处零序
电流;Z
d为整定阻抗。
根据文献[2],分相式相间距离继电器动作判据
比较量为 AB相 U
P=UAB,UR=jIC2,U′AB=UAB-IABZd
(4)
BC相 U
P=UBC,UR=jIA2,U′BC=UBC-IBCZd
(5)
CA相 U
P=UCA,UR=jIB2,U′CA=UCA-ICAZd
(6)
式中:Uφφ、I
φφ
(φφ=AB,BC,CA)分别表示保护
安装处的相间电压和相差电流(也称两相电流差);
Iφ2
(φ=A,B,C)表示保护安装处
φ
相的负序电流。
新型距离保护动作判据为:当极化电压U
P与
11999年9月
继电器RELAY
第27卷 第5期补偿电压U′分别落在参考电压U
R两侧时,距离保护动作;当UP与U′落在UR同一侧时,距离保护不动作。根据文献[3],在电力系统各阻抗角相等的条件下,短路处过渡电阻两端的电压差与参考电压UR同方向;当发生区内短路时,极化电压UP与补偿电压U′总是分居参考电压UR的两侧;当UP超前UR时,U′落后UR;当UP落后UR时,U′超前UR。具体UR和U′幅值的大小和相位的多少,无关紧要。因此,不必象其他距离保护判据那样,需要作各种相量图分析和测量阻抗(支接阻抗)特性分析;当发生正向区外故障或者反方向短路时,UP与U′总是落在UR同一侧,距离保护不动作,因此,距离保护具有明确的方向性。根据文献[4],本文用相电流差突变量选相,以此来判别故障类型和相别。接地与否判别,用ΔI0和I0,当(ΔI0≥ε1)∩(I0≥ε2)时,判为发生接地短路。单相接地判别,即在有I0时, │ΔIB-ΔIC│≤ε,判为A相单相接地K(A)│ΔIC-ΔIA│≤ε,判为B相单相接地K(B)│ΔIA-ΔIB│≤ε,判为C相单相接地K(C)(7) 当已判明为接地短路,但三个单相接地判据都不符合时,即判为两相接地短路。两相短路相别判别,采用下式:(│ΔIA>ΔIB│)∩(│ΔIC>ΔIB│),判为AC短路(│ΔIB>ΔIA│)∩(│ΔIC>ΔIA│),判为BC短路(│ΔIB>ΔIC│)∩(│ΔIA>ΔIC│),判为AB短路(8) 当│ΔIA│、│ΔIB│、│ΔIC│都产生突变时,判为三相短路。这样,新型距离比相判据与理想的相电流差突变量选相元件配合,将使距离保护的性能得到很大的改善。从上述原理判据可以看出,当选相元件确定故障相后,利用故障相电流、电压进行比相,以此来进行系统故障的判断。而比相判断的依据,是前述电力系统各阻抗角相等的条件下,短路处过渡电阻两端的电压差与参考电压UR同方向,以及发生区内短路时,极化电压UP与补偿电压U′总是分居参考电压UR的两侧,当发生正向区外或反方向短路时,UP与U′总落在UR同一侧。
但是,在实际电力系统中,由于系统负载的不对称(正常情况下,允许有10%～20%的负载不对称运行),造成各阻抗角不可能完全相等,使得理想距离比相判据的应用受到一些限制。虽然,由于负载不对称产生的零序、负序分量很小,对保护前段的影响小,但由于这个不平衡电流的存在,使保护末端有可能在正常情况下,出现“假故障”现象。特别是保护安装在受电侧,短路发生在保护区末端或经高阻接地时,可能出现三个相量U
P、UR、U′之间的夹角
都很小,采用文献[3]的改进判据后也不满足区内短路动作、区外短路不动作的条件。此外,由于负载不对称产生的零序、负序电流分量的影响,还有可能产生保护的“分段漂移”。为解决这些问题,需对系统不对称负载情况下,零序、负序分量的存在和影响进行分析,在此基础上,进一步改进和完善新型距离继电器比相判据。另外,从原理分析中可知,比相判据中用的参考向量是零序故障分量和负序故障分量,对于三相对称短路同时发生,既无零序故障分量,也无负序故障分量的情况,判据无参考向量,因而需要寻找新的判据。
3 不平衡零序、负序分量的存在和影响前文已述,在系统不对称负载情况下,由于三相负载的不平衡,必然会有负序和零序分量产生。零序负序分量的存在使距离继电器比相判据出现动作死区,且由于系统负载不对称程度不定和未知,动作死区的范围事先无法确定,使得运用判据时会遇到一些困难。若动作死区范围定得太小,则保护区末端正常情况就有可能被判为故障,如图1
(a)
;若动
作死区范围定得太大,则保护末端或经高阻接地故障可能被封锁而判断不出来,如图1(b)。不平衡零序、负序分量对比相判断的影响示意图,可用图1表示(以不平衡零序分量的影响为例)。
图1 不平衡零序分量对A相电压向量的影响注:图中虚线区域为文献[3]的动作死区。根据比相原理,U′与U
P之间的夹角取决于三
2微机距离保护比相判据的完善性研究与应用段阻抗和正常故障情况对应电流、电压的大小。对于某一特定的系统,可以假定系统各阻抗角相等的条件下,正常或故障情况,U′与UP之间总可以表现为对应的三段夹角范围,并且具有明确的界限。但是,由于系统负载不对称产生的零序、负序电流分量不定性的影响,造成了保护段与段之间分界点的往返摆动,破坏了段与段之间的界限和分段精度,而使保护产生“分段漂移”。
4 对称分量法及零序、负序分量影响的消除 根据对称分量法,一组不对称的三相系统总可以分解成同频率的三组对称的三相系统,即正序系统、负序系统和零序系统。这里,正序系统指A、B、C三相相序,前者依次领先后者120°相位;负序系统指A、B、C三相相序,前者依次落后后者120°相位;
零序系统是指A、B、C三相同相位。对于三相电流的零序系统:
IOA=IOB=IOC=13(IA+IB+IC
)(9)
另外,I
O
A也可由微机采样直接获得。对于三相
电流的负序系统I
-A、I-B=aI-A、I-C=a2I-
A(a=
ej120°),根据负序分量的基本公式:
I-A=13(IA+IBe-j2π3+ICej2π3)(10
)
可得:I-B、I-C。为了消除由于系统不对称负载所产生的零序、负序电流分量对比相判据的影响,本文采用自适应系统调节方式。为了准确捕捉故障时刻的零序和负序电流,消除非故障时由于系统不对称产生的零序、负序电流分量对系统故障的影响,首先要确定故障发生时刻。在此采用电流突变量作为启动标志,设突变量产生时为n时刻,则故障时刻的零序电流为I0n,I0n-1
为故障前时刻的零序电流,故障前时刻采
样记忆电流为I′0n-1。调节后,用于比相的非故障
零序电流为I′0,非故障条件下系统调节零序电流为
I′0=I0n-1-I′0n-1(11)
以此来消除不平衡零序电流分量对系统正常情况下比相判据的影响。故障条件下,系统调节零序电流为I0=I0n-I′0n-1(12)
由此获得比相所需故障后的实际零序电流分量,从而消除了不平衡零序电流分量对系统故障情况下比相判据的影响。系统调节过程,如图(2)所
示。
(b)有突变时,系统调节的向量表示法
图2 系统调节零序电流同理可得,非故障条件下系统调节负序电流为:
I′2=I2n-1-I′2n-1(13)
故障条件下,系统调节负序电流为I2=I2n-I′2n-1(14)
通过系统调节后的比相判据,正常情况下,I
0=
0,I2=0。由于消除了不平衡零序、负序电流分量的影响,因而可获得前文所述的各种理想特性。
5 A、B、C三相对称短路的情况分析及其解决措施
通过前文所述的系统调节,我们已知,系统不
平衡零序电流分量I
0=0,不平衡负序电流分量I2
=0,显然,在发生三相对称短路情况下,是既无零序
电流分量,也无负序电流分量,因此,用文献[1]、[2]的比相动作判据,无法对三相对称短路情况作比相判断,但正是由于故障形式是对称短路特性,根据电力系统对称三相原理分析可知,在系统三相对称纯感负载情况下,必有U
AB超前-jIC90°,同理UBC超前-
jIA90°,UCA超前-jIB90°;在系统三相对称纯阻负载
情况下,则有U
AB与-jIC同相位,UBC与-jIA同相
