第004章 微机继电保护算法

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1、微机继电保护算法天津大学电力培训中心李永丽第四章微机继电保护算法高速继电保护装置都工作在故障发生后的最初瞬变过程中。这时的电压和电流信号由于混有衰减直流分量和复杂的谐波成分而发生严重的畸变。目前大多数保护装置的原理是建立在反映正弦基波或某一些整数次谐波之上，所以滤波器一直是继电保护装置的关键部件。在微机保护中，有两种可供选择的方案，一种是传统的模拟滤波器，一种是数字滤波器。目前所研究的数字式保护几乎无—例外地采用了数字滤波器，它与模拟滤波器相比具有如下特点：（l）可靠性高。数字滤波用程序实现，因此，不受外界环境如温度的影响，所以可靠性高

2、。（2）具有高度的规范性。只要程序相同，则性能必然一致。它不象模拟滤波器那样会因元件特性的差异而影响滤波效果，也不存在元件老化和负载阻抗匹配等问题。（3）灵活性高。当需要改变滤波器的性能时，只需重新编制程序。因而使用非常灵活。微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法称为算法。按算法的目标可分有两大类。一类是根据输入电气量的若干点采样值通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与定值进行比较。例如为实现距离保护，可根据电压和电流的采样值计算出复阻抗的模和相角或阻抗的电

3、阻和电抗分量，然后同给定的阻抗动作区进行比较。这一类算法利用了微机能进行数值计算的特点。从而实现许多常规保护无法实现的功能，例如作为距离保护，它的动作特性的形状可以非常灵活，不像常规距离保护的作特性形状决定于一定的动作方程。此外它还可以根据阻抗计算值中的电抗分量推算出短路点距离，起到故障测距的作用等。另一类算法，仍以距离保护为例。它是直接模仿模拟型距离保护的实现方法，根据动作方程来判断是否在动作区内。而不计算出具体的阻抗值。这一类算法的计算工作量略有减小，另外，虽然它所依循的原理和常规的模拟型保护同出一宗，但由于运用计算机所特有的数字处

4、理和逻辑运算功能，可以使某些保护的性能有明显提高。继电保护的种类很多，按保护对象分有元件保护、线路保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护、电压、电流保护等。然而，不管哪一类保护的算法其核心问题归根结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流等的有效值和相位及视在阻抗等，或者算出它们的序分量、基波分量或某次谐波分量的大小和相位等。有了这些基本的电气量的计算值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。算法是研究微机保护的重点之一，目前已提出的算法有很多种。分析和评价各种不同的算法优劣的标准是精度和速度。精度和速度是相互矛盾

5、的。若要计算精确则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算工作量。所以研究算法的实质是如何在速度和精度两方面进行权衡。还应当指出，有些算法本身具有数字滤波的功能，有些算法则需配合数字滤波器一起工作，因此评价算法时还要考虑它对数字滤波的要求。§4.1起动元件算法继电保护装置的起动元件用于反应电力系统中的扰动或故障。微机保护装置中起动元件是由软件实现的。它的原理是反映两相电流差的突变量。其公式为：N为工频每周采样点数iaK、ibK、icK为当前时刻的采样值iaK-N、ibK-N、icK-N为一周前对应时刻的采样值iaK-2N、ibK-2N、i

6、cK-2N为两周前对应时刻的采样值以为例，正常运行时iabK、iabK-N、iabK-2N的值近似相等，所以≈0，起动元件不动作见图24。iik-24ik-12iktt=20mst=20ms图24系统正常运行采样值比较（N=12）正常运行但频率发生变化偏离50Hz时，则iabK、iabK-N、iabK-2N的值将不相等。这是因为采样是按等时间间隔进行的，频率变化时，iabK与iabK-N两采样值将不是相差一个周期的采样值，于是iabK－iabK-N将出现差值，但同样iabK-N－iabK-2N也出现差值，且两差值接近相等。而仍为零或很小

7、。系统发生故障时，由于故障电流增大，于是iabK将增大，iabK-N为故障前负荷电流，故iabK－iabK-N反映出由于故障电流产生的突变量电流，iabK-N－iabK-2N仍近似为零，从而反映了故障电流突变量，见图25。iik-24ik-12ikt图25故障后电流的突变（N=12）以往的微机保护装置采用了相电流突变量作为起动元件判据。采用相电流差突变量构成的起动元件比相电流突变量起动元件有两点好处。(1)对各种相间故障提高了起动元件的灵敏度。例如对于两相短路灵敏度可提高一倍。(2)抗共模干扰能力强。例如对讲机的无线电干扰，可能造成VF

8、C偏置电源波动而误动作，用相电流差时可在两相电流求差时抵消这种干扰。§4.2非全相运行时健全相电流差突变量元件算法线路单相故障断路器跳开后，系统处于非全相运行状态。非全相运行过程中，健全相又发生故障，线路应