數(shù)字保護·第六章

1、第六章第六章 超高壓微機線路保護原理、算法與超高壓微機線路保護原理、算法與 實現(xiàn)技術(shù)實現(xiàn)技術(shù) 一一. .超高壓線路保護的發(fā)展與現(xiàn)狀超高壓線路保護的發(fā)展與現(xiàn)狀 自上世紀初第一代機電型感應(yīng)式過電流繼電器（自上世紀初第一代機電型感應(yīng)式過電流繼電器（1901年）年）在電力系統(tǒng)應(yīng)用以來，繼電保護已經(jīng)經(jīng)歷過一個世紀的發(fā)展。在電力系統(tǒng)應(yīng)用以來，繼電保護已經(jīng)經(jīng)歷過一個世紀的發(fā)展。 在最初的二十多年里，各種繼電保護原理相繼出現(xiàn)，如差動保在最初的二十多年里，各種繼電保護原理相繼出現(xiàn)，如差動保護（護（1908年）、電流方向保護（年）、電流方向保護（1910年）、距離保護年）、距離保護（1923年）、高頻保護（年）、

2、高頻保護（1927年），這些保護的原理都是年），這些保護的原理都是通過測量故障后的穩(wěn)態(tài)工頻量來檢測故障的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技通過測量故障后的穩(wěn)態(tài)工頻量來檢測故障的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的不斷發(fā)展，基于上述原理的保護裝置也經(jīng)歷了機電術(shù)和工業(yè)的不斷發(fā)展，基于上述原理的保護裝置也經(jīng)歷了機電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發(fā)式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發(fā)展階段。盡管后數(shù)十年間大量研究的工作不斷發(fā)展和完善了電展階段。盡管后數(shù)十年間大量研究的工作不斷發(fā)展和完善了電力系統(tǒng)的保護，但是這些保護的基本原理沒有變，它們至今依力系統(tǒng)的保護，但是這些保護的基本原理沒有變，它們

3、至今依然在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域里起主導(dǎo)作用。然在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域里起主導(dǎo)作用。 計算機在繼電保護領(lǐng)域里的應(yīng)用是一個重要的里程碑。計算機在繼電保護領(lǐng)域里的應(yīng)用是一個重要的里程碑。1965年初，英國劍橋大學(xué)的年初，英國劍橋大學(xué)的P. G. McLaren等提出利用采樣等提出利用采樣技術(shù)實現(xiàn)輸電線路的距離保護。技術(shù)實現(xiàn)輸電線路的距離保護。1966年，澳大利亞新南威年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的爾士大學(xué)的I. F. Morrison預(yù)測了輸電線路和變電所采用計預(yù)測了輸電線路和變電所采用計算機控制的前景，包括計算機用作繼電保護的前景，接著他算機控制的前景，包括計算機用作繼電保護的前景，接著他們進一步進

4、行了計算機式保護的理論研究，主要研究適用于們進一步進行了計算機式保護的理論研究，主要研究適用于繼電保護的各種算法。繼電保護的各種算法。1969年前后，美國西屋公司的年前后，美國西屋公司的G. D. Rockefeller等開始進行具體裝置的研制，并于等開始進行具體裝置的研制，并于1972年發(fā)表年發(fā)表該裝置的試運行樣機的原理結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場實驗結(jié)果。從六十年該裝置的試運行樣機的原理結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場實驗結(jié)果。從六十年代末計算機保護概念提出開始，繼電保護技術(shù)得到了迅速發(fā)代末計算機保護概念提出開始，繼電保護技術(shù)得到了迅速發(fā)展。輸電線路、電力設(shè)備等的數(shù)字保護技術(shù)被很快的開發(fā)出展。輸電線路、電力設(shè)備等的數(shù)字保護技術(shù)被

5、很快的開發(fā)出來。特別是微處理機技術(shù)的飛速發(fā)展使得設(shè)計新的和復(fù)雜的來。特別是微處理機技術(shù)的飛速發(fā)展使得設(shè)計新的和復(fù)雜的保護方法有了可能。它不僅使傳統(tǒng)的保護原理得以數(shù)字化實保護方法有了可能。它不僅使傳統(tǒng)的保護原理得以數(shù)字化實現(xiàn)，并且為實現(xiàn)新的保護原理提供了手段?，F(xiàn)，并且為實現(xiàn)新的保護原理提供了手段。 繼電保護原理與實現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，以及電力系統(tǒng)網(wǎng)繼電保護原理與實現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，以及電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大、電壓等級的升高促進著線路保護基本絡(luò)規(guī)模的擴大、電壓等級的升高促進著線路保護基本配置的變遷。早期電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)電壓等級較低，配置的變遷。早期電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)電壓等級較低，短路容量較小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，方

6、向性過流保護加上短路容量較小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，方向性過流保護加上低電壓元件基本能滿足電網(wǎng)保護的要求。隨著系統(tǒng)網(wǎng)低電壓元件基本能滿足電網(wǎng)保護的要求。隨著系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，運行方式的增加，過流保護受系統(tǒng)運絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，運行方式的增加，過流保護受系統(tǒng)運行方式與短路類型影響的缺陷日益突出，距離保護逐行方式與短路類型影響的缺陷日益突出，距離保護逐步取代過流保護成為電網(wǎng)輸電線路的主保護，最初距步取代過流保護成為電網(wǎng)輸電線路的主保護，最初距離保護的應(yīng)用是用于保護相間故障，對于接地故障主離保護的應(yīng)用是用于保護相間故障，對于接地故障主要通過零序過流保護來實現(xiàn)，這種線路保護配置，曾要通過零序過流保護來實現(xiàn)，這種線

7、路保護配置，曾在電網(wǎng)運行中占據(jù)過相當(dāng)長的主導(dǎo)地位。然而作為單在電網(wǎng)運行中占據(jù)過相當(dāng)長的主導(dǎo)地位。然而作為單端量的保護，距離與零序保護無法快速切除線路上任端量的保護，距離與零序保護無法快速切除線路上任一點的故障，也就無法滿足電力系統(tǒng)日益擴大，短路一點的故障，也就無法滿足電力系統(tǒng)日益擴大，短路容量不斷增加對保護速動性的要求。為此，縱聯(lián)保護容量不斷增加對保護速動性的要求。為此，縱聯(lián)保護被用于解決這個矛盾。被用于解決這個矛盾。 縱聯(lián)保護運用的初期，其通道由短引線構(gòu)成，這種方式對縱聯(lián)保護運用的初期，其通道由短引線構(gòu)成，這種方式對于中長距離的線路無能為力，高頻的出現(xiàn)，為縱聯(lián)保護的運用于中長距離的線路無能為

8、力，高頻的出現(xiàn)，為縱聯(lián)保護的運用提供了有效的手段，國外從上世紀提供了有效的手段，國外從上世紀20年代末年代末30年代初開始，年代初開始，陸續(xù)出現(xiàn)與推廣相差高頻與高頻方向，至今仍作為超高壓線路陸續(xù)出現(xiàn)與推廣相差高頻與高頻方向，至今仍作為超高壓線路的主保護在系統(tǒng)運行。我國從的主保護在系統(tǒng)運行。我國從60年代到年代到70年代也陸續(xù)大規(guī)模年代也陸續(xù)大規(guī)模使用高頻相差與高頻方向，目前高頻方向依舊是我國電網(wǎng)輸電使用高頻相差與高頻方向，目前高頻方向依舊是我國電網(wǎng)輸電線路重要的主保護之一。線路重要的主保護之一。50年代，美國開始出現(xiàn)微波技術(shù)實年代，美國開始出現(xiàn)微波技術(shù)實現(xiàn)差動，使得保護通道技術(shù)有了一次飛躍，簡

9、單可靠的電流差現(xiàn)差動，使得保護通道技術(shù)有了一次飛躍，簡單可靠的電流差動在超高壓遠距離線路上的應(yīng)用得到實現(xiàn)，并在北美超高壓電動在超高壓遠距離線路上的應(yīng)用得到實現(xiàn)，并在北美超高壓電網(wǎng)中得到廣泛運用，我國也曾在網(wǎng)中得到廣泛運用，我國也曾在70年代至年代至80年代陸續(xù)使用微年代陸續(xù)使用微波技術(shù)實現(xiàn)縱聯(lián)保護。光電技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，使得光纖波技術(shù)實現(xiàn)縱聯(lián)保護。光電技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，使得光纖逐步應(yīng)用成為縱聯(lián)保護與電流差動的首選通道技術(shù)，并逐步取逐步應(yīng)用成為縱聯(lián)保護與電流差動的首選通道技術(shù)，并逐步取代了原有的微波通道。目前光纖差動、高頻方向縱聯(lián)、高頻距代了原有的微波通道。目前光纖差動、高頻方向縱聯(lián)、高

10、頻距離縱聯(lián)已成為超高壓線路的三大主保護，距離保護，零序電流離縱聯(lián)已成為超高壓線路的三大主保護，距離保護，零序電流保護成為標(biāo)準(zhǔn)的后備保護。這幾種保護的搭配成為目前國內(nèi)外保護成為標(biāo)準(zhǔn)的后備保護。這幾種保護的搭配成為目前國內(nèi)外超高壓線路保護的主要配置。超高壓線路保護的主要配置。 二二. .超高壓線路保護的組成超高壓線路保護的組成 1.啟動元件啟動元件 微機保護的啟動元件，主要任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障微機保護的啟動元件，主要任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時啟動保護裝置，開放跳閘回路，并使保護程序進入故障時啟動保護裝置，開放跳閘回路，并使保護程序進入故障處理流程。處理流程。 目前微機距離護的啟動元件一般由相電

11、流差元件、零序目前微機距離護的啟動元件一般由相電流差元件、零序過流元件以及靜穩(wěn)檢測元件組成，為克服弱饋系統(tǒng)啟動靈過流元件以及靜穩(wěn)檢測元件組成，為克服弱饋系統(tǒng)啟動靈敏度不足的缺陷，也可利用低電壓元件做為啟動元件。敏度不足的缺陷，也可利用低電壓元件做為啟動元件。 相電流差元件具有靈敏度高、抑制共模干擾能力強、與相電流差元件具有靈敏度高、抑制共模干擾能力強、與浮動門檻技術(shù)相結(jié)合，能有效區(qū)分短路故障與系統(tǒng)振蕩等浮動門檻技術(shù)相結(jié)合，能有效區(qū)分短路故障與系統(tǒng)振蕩等優(yōu)點，因而成為微機保護的首選啟動元件。其算法為：優(yōu)點，因而成為微機保護的首選啟動元件。其算法為： nTIkIkI21I 其中其中 為當(dāng)前相電流差

12、突變量的有效值，可通過相電流差突為當(dāng)前相電流差突變量的有效值，可通過相電流差突變量的采樣值并利用傅式算法計算得到，其采樣值的計算公式變量的采樣值并利用傅式算法計算得到，其采樣值的計算公式為：為： NkiNkiNkikii2 為相電流差突變量的記憶量，即一個周波前的相電流差突為相電流差突變量的記憶量，即一個周波前的相電流差突變量有效值。變量有效值。 TI為整定系數(shù)，一般取 21,kk2 . 0,25. 121kk 當(dāng)保護安裝于弱饋系統(tǒng)側(cè)，輸電線路發(fā)生接地故障時，由當(dāng)保護安裝于弱饋系統(tǒng)側(cè)，輸電線路發(fā)生接地故障時，由于弱饋系統(tǒng)背后的正、負序系統(tǒng)阻抗比較大，導(dǎo)致故障電流于弱饋系統(tǒng)背后的正、負序系統(tǒng)阻抗

13、比較大，導(dǎo)致故障電流中的正、負序分量在弱饋側(cè)分流較小。另一方面，由于相電中的正、負序分量在弱饋側(cè)分流較小。另一方面，由于相電流差突變量元件無法反映零序分量的大小，從而可能導(dǎo)致相流差突變量元件無法反映零序分量的大小，從而可能導(dǎo)致相電流差突變量元件元件無法啟動。為此，需要增設(shè)零序過流電流差突變量元件元件無法啟動。為此，需要增設(shè)零序過流元件來反映這種形式下的短路故障。其算法為：元件來反映這種形式下的短路故障。其算法為： 為躲開負荷擾動引起的短時零序，避免保護的誤啟動，零為躲開負荷擾動引起的短時零序，避免保護的誤啟動，零序過流啟動一般需要增加延時元件，延時時間一般為序過流啟動一般需要增加延時元件，延時

14、時間一般為3060ms。 setII0 系統(tǒng)發(fā)生靜穩(wěn)破壞事故時，考慮到在振蕩中心發(fā)生相間故障系統(tǒng)發(fā)生靜穩(wěn)破壞事故時，考慮到在振蕩中心發(fā)生相間故障時無論是突變量啟動還是零序啟動都無法有效實現(xiàn)啟動功能，時無論是突變量啟動還是零序啟動都無法有效實現(xiàn)啟動功能，故檢測到靜穩(wěn)破壞后，微機保護直接開放跳閘繼電器，不再進故檢測到靜穩(wěn)破壞后，微機保護直接開放跳閘繼電器，不再進行啟動判斷，保護軟件直接進入故障處理程序中的振蕩閉鎖解行啟動判斷，保護軟件直接進入故障處理程序中的振蕩閉鎖解閉流程。從這個意義上說，靜穩(wěn)檢測元件也可視為啟動元件之閉流程。從這個意義上說，靜穩(wěn)檢測元件也可視為啟動元件之一，關(guān)于靜穩(wěn)檢測的具體算

15、法，見下面的敘述。一，關(guān)于靜穩(wěn)檢測的具體算法，見下面的敘述。 對于弱饋系統(tǒng)，當(dāng)對端強電源出口處發(fā)生故障時，零序過流對于弱饋系統(tǒng)，當(dāng)對端強電源出口處發(fā)生故障時，零序過流元件與突變量元件都存在靈敏度不足的可能，為此，有些保護元件與突變量元件都存在靈敏度不足的可能，為此，有些保護廠家還專門增設(shè)了針對相電壓與相間電壓的低電壓元件，但有廠家還專門增設(shè)了針對相電壓與相間電壓的低電壓元件，但有低電壓元件動作后，即啟動保護，由于這種啟動方式受低電壓元件動作后，即啟動保護，由于這種啟動方式受PT斷線斷線的影響大，目前應(yīng)用并不廣泛，加之低電壓元件較為簡單，此的影響大，目前應(yīng)用并不廣泛，加之低電壓元件較為簡單，此處

16、不具體介紹。處不具體介紹。 2.選相元件選相元件 距離保護發(fā)展初期，由于采用機電式繼電器，為避免接線復(fù)距離保護發(fā)展初期，由于采用機電式繼電器，為避免接線復(fù)雜，保護的不可靠，大都在距離元件前增設(shè)了選相電路，保護雜，保護的不可靠，大都在距離元件前增設(shè)了選相電路，保護根據(jù)不同的選相結(jié)果，將相應(yīng)相的電流、電壓切換入距離元件根據(jù)不同的選相結(jié)果，將相應(yīng)相的電流、電壓切換入距離元件電路，實現(xiàn)距離元件的判別。電路，實現(xiàn)距離元件的判別。 測量元件具有選相功能時，也有采用先測量后選相。測量元件具有選相功能時，也有采用先測量后選相。 微機保護應(yīng)用的初期，由于硬件資源與速度的限制，依然沿微機保護應(yīng)用的初期，由于硬件資

17、源與速度的限制，依然沿用了這種方式，即先通過選相元件來識別出故障相，再將相應(yīng)用了這種方式，即先通過選相元件來識別出故障相，再將相應(yīng)的故障相電流、電壓引入到測量元件中去。的故障相電流、電壓引入到測量元件中去。 目前，隨著微機技術(shù)的高速發(fā)展，速度與資源的瓶頸已不存目前，隨著微機技術(shù)的高速發(fā)展，速度與資源的瓶頸已不存在，但作為距離保護的重要元件，選相依然不能去除，這主要在，但作為距離保護的重要元件，選相依然不能去除，這主要基于以下幾個原因：基于以下幾個原因： 超高壓線路保護區(qū)別于中、低壓保護的一個顯著特點，就是超高壓線路保護區(qū)別于中、低壓保護的一個顯著特點，就是在超高壓網(wǎng)絡(luò)中，由于系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，需

18、要實現(xiàn)分相跳閘，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中，由于系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，需要實現(xiàn)分相跳閘，即單相故障只跳單相，多相故障才跳三相。從這個角度說，必即單相故障只跳單相，多相故障才跳三相。從這個角度說，必須依靠選相元件來完成這個識別任務(wù)。須依靠選相元件來完成這個識別任務(wù)。 從繼電器的動作特性而言，許多距離繼電器只有正確引入故從繼電器的動作特性而言，許多距離繼電器只有正確引入故障相電流、電壓，才能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，否則可能出現(xiàn)超障相電流、電壓，才能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，否則可能出現(xiàn)超越問題。如常用的零序電抗繼電器，必須與選相元件配合才能越問題。如常用的零序電抗繼電器，必須與選相元件配合才能正確動作。為此，還必須保留選相元

19、件。正確動作。為此，還必須保留選相元件。 對超高壓線路保護而言，故障測距是一個必須具備的功能，對超高壓線路保護而言，故障測距是一個必須具備的功能，要實現(xiàn)正確測量，也必須依靠選相元件來識別故障相，并正確要實現(xiàn)正確測量，也必須依靠選相元件來識別故障相，并正確將故障電壓、電流引入到測距系統(tǒng)中。將故障電壓、電流引入到測距系統(tǒng)中。 常用的選相元件一般可分為穩(wěn)態(tài)選相與突變量選相，下面分常用的選相元件一般可分為穩(wěn)態(tài)選相與突變量選相，下面分別介紹。別介紹。 穩(wěn)態(tài)選相：穩(wěn)態(tài)選相： 選相元件的主要技術(shù)關(guān)鍵在于接地故障的區(qū)分，對于非接選相元件的主要技術(shù)關(guān)鍵在于接地故障的區(qū)分，對于非接地故障，簡單的監(jiān)視零序電流、電壓

20、的有無就可以識別，同地故障，簡單的監(jiān)視零序電流、電壓的有無就可以識別，同時輔之以負序電流的有無可進一步區(qū)分三相故障和兩相相間時輔之以負序電流的有無可進一步區(qū)分三相故障和兩相相間故障。而對于接地故障，則無法簡單地從序電流大小上進行故障。而對于接地故障，則無法簡單地從序電流大小上進行識別，需要采取其它方法。識別，需要采取其它方法。 目前穩(wěn)態(tài)量選相常用的方法是序分量分區(qū)加阻抗元件綜合目前穩(wěn)態(tài)量選相常用的方法是序分量分區(qū)加阻抗元件綜合識別，其實現(xiàn)算法如下：識別，其實現(xiàn)算法如下： 從電力系統(tǒng)故障分析可知，對于六種接地故障（兩相接地與從電力系統(tǒng)故障分析可知，對于六種接地故障（兩相接地與單相接地各三種），可

21、按照下面的分區(qū)方法將其劃分的三個單相接地各三種），可按照下面的分區(qū)方法將其劃分的三個區(qū)域中：區(qū)域中： 903020AIIArg選選A區(qū)（區(qū)（AG、BCG） 2109020AIIArg選選B區(qū)（區(qū)（BG、CAG） 3015020AIIArg 選選C區(qū)（區(qū)（CG、ABG） 通過上面的區(qū)域劃分可以發(fā)現(xiàn)，在同一區(qū)域只有一種單相通過上面的區(qū)域劃分可以發(fā)現(xiàn)，在同一區(qū)域只有一種單相接地故障和一種兩相接地故障，且互相之間無同名相，這就接地故障和一種兩相接地故障，且互相之間無同名相，這就為后續(xù)的進一步識別奠定了較好的基礎(chǔ)，避免了后續(xù)阻抗識為后續(xù)的進一步識別奠定了較好的基礎(chǔ)，避免了后續(xù)阻抗識別過程中健全相的影響（

22、前面提到，健全相阻抗繼電器存在別過程中健全相的影響（前面提到，健全相阻抗繼電器存在超越的可能）。在上面分區(qū)的基礎(chǔ)上，可以通過監(jiān)視阻抗元超越的可能）。在上面分區(qū)的基礎(chǔ)上，可以通過監(jiān)視阻抗元件的動作情況來進一步確定是哪一種故障，具體算法如下件的動作情況來進一步確定是哪一種故障，具體算法如下（以（以A區(qū)為例）：若區(qū)為例）：若BC相間阻抗相間阻抗III段動作，則為段動作，則為BC接地故障，接地故障，否則，為否則，為A相故障。（阻抗元件的算法見下面的阻抗元件）。相故障。（阻抗元件的算法見下面的阻抗元件）。穩(wěn)態(tài)量選相的軟件流程如圖所示。穩(wěn)態(tài)量選相的軟件流程如圖所示。 圖穩(wěn)態(tài)量選相軟件流程圖穩(wěn)態(tài)量選相軟件流

23、程突變量選相：突變量選相： 突變量選相具有靈敏度高，動作速度快等優(yōu)點，非常適用于突變量選相具有靈敏度高，動作速度快等優(yōu)點，非常適用于需要快速出口的距離元件（如快速距離需要快速出口的距離元件（如快速距離I段和突變量阻抗）。段和突變量阻抗）。常用的是相電流差突變量元件與相電流突變量元件，對于弱饋常用的是相電流差突變量元件與相電流突變量元件，對于弱饋系統(tǒng)，也有利用相電壓突變量元件的，下面介紹其具體算法。系統(tǒng)，也有利用相電壓突變量元件的，下面介紹其具體算法。 相電流差突變量元件相電流差突變量元件（用于單相接地故障識別） 當(dāng)用零序分量判別出是接地故障時，可用相電流差突變量當(dāng)用零序分量判別出是接地故障時，

24、可用相電流差突變量判別是否為單相接地故障，具體算法如下：判別是否為單相接地故障，具體算法如下： A相接地短路：相接地短路： |)|(|)|(cabcabbcIImIImB相接地短路：相接地短路： C相接地短路：相接地短路： |)|(|)|(abcabccaIImIIm|)|(|)|(bcabcaabIImIIm其中其中 分別為分別為AB、BC、CA相的相電流差突變量。相的相電流差突變量。M為整定系數(shù)，一般取為為整定系數(shù)，一般取為48。 cabcabIII, 當(dāng)上述條件不滿足時，可判定為兩相接地故障，利用相電流當(dāng)上述條件不滿足時，可判定為兩相接地故障，利用相電流差突變量的大小可進一步識別故障相，

25、即相電流差突變量最大差突變量的大小可進一步識別故障相，即相電流差突變量最大的為故障相。的為故障相。相電流突變量元件相電流突變量元件（用于兩相故障識別） 當(dāng)利用零序分量確定出是非接地故障時，同時利用負序分量當(dāng)利用零序分量確定出是非接地故障時，同時利用負序分量判斷出是非對稱性故障時，可進一步利用相電流突變量元件判斷出是非對稱性故障時，可進一步利用相電流突變量元件來判別具體的故障相，具體算法如下：來判別具體的故障相，具體算法如下： AB兩相短路：兩相短路： BC兩相短路：兩相短路： CA兩相短路：兩相短路： |)|(|)|(bcacIImIIm|)|(|)|(cabaIImIIm|)|(|)|(cb

26、abIImIIm其中其中 分別為三相的相電流突變量，分別為三相的相電流突變量，m為整定系數(shù)，為整定系數(shù)，取值范圍為取值范圍為48。突變量選相的軟件流程見圖。突變量選相的軟件流程見圖2所示。所示。 cbaIII,圖圖2 突變量選相流程圖突變量選相流程圖3.距離元件距離元件 距離元件是距離保護的核心元件，目前超高壓線路距離保護距離元件是距離保護的核心元件，目前超高壓線路距離保護中，距離元件一般由突變量距離，相間距離，接地距離與低中，距離元件一般由突變量距離，相間距離，接地距離與低電壓距離等幾個部分組成。電壓距離等幾個部分組成。 突變量距離：突變量距離： 主要提供快速出口（半個周波左右）功能，保護近

27、區(qū)故障，主要提供快速出口（半個周波左右）功能，保護近區(qū)故障，實現(xiàn)判據(jù)為：實現(xiàn)判據(jù)為： 101)()(UNKUKUUYYY101UUYYYZIKIUU)3(0其中其中 為補償點相電壓，為補償點相電壓， 為補償點相為補償點相電壓的突變量，電壓的突變量， 為補償點相間電壓突變量，為補償點相間電壓突變量， 為故障為故障前相電壓，前相電壓， 為故障前相間電壓。為故障前相間電壓。 UYU0U0U相間距離：相間距離：一般采用正序電壓極化的姆歐繼電器，其動作一般采用正序電壓極化的姆歐繼電器，其動作特性為：特性為： 90901UIZUArgY其中其中 為相間電壓、電流，為相間電壓、電流， 為相間正序電壓，為相間

28、正序電壓， 為整定為整定阻抗值。阻抗值。 IU,1UYZ接地距離：接地距離：一般采用四邊型特性，其特性由電抗元件、電阻一般采用四邊型特性，其特性由電抗元件、電阻元件與方向元件組成，動作判據(jù)如下：元件與方向元件組成，動作判據(jù)如下： 電抗元件判據(jù)為：電抗元件判據(jù)為： 180)(36000I kII kIXUArgY電阻元件判據(jù)為：電阻元件判據(jù)為： 00)(270I kII kIRUArgY方向元件判據(jù)為：方向元件判據(jù)為： 090I kIUArg電抗元件判據(jù)為：電抗元件判據(jù)為： setsetsetsetXXXRRR,動作特性如下：動作特性如下： 低電壓距離：低電壓距離： 對于出口三相故障，由于極化電

29、壓為零，普通相間姆歐繼電對于出口三相故障，由于極化電壓為零，普通相間姆歐繼電器將無法正確識別正、反向故障，必須采用記憶電壓。另一器將無法正確識別正、反向故障，必須采用記憶電壓。另一方面，記憶電壓只能短時存在（一般方面，記憶電壓只能短時存在（一般4060ms左右），不能左右），不能保持到故障切除，必須采取一定措施保證這種情況下保護的保持到故障切除，必須采取一定措施保證這種情況下保護的正確性。為此，增設(shè)低電壓距離繼電器，當(dāng)保護測量到正序正確性。為此，增設(shè)低電壓距離繼電器，當(dāng)保護測量到正序電壓電壓10%Un，保護進入低電壓流程，其動作方程為：，保護進入低電壓流程，其動作方程為： 記憶電壓存在期間：記

30、憶電壓存在期間： 909001UIZUArgY記憶電壓消失后，若記憶期間保護動作，動作方程為：記憶電壓消失后，若記憶期間保護動作，動作方程為： 9090IZUIZUArgarcY 記憶電壓消失后，若記憶期間保護未動作，動作方程為：記憶電壓消失后，若記憶期間保護未動作，動作方程為： 9090IZUIZUArgarcY4.靜穩(wěn)檢測元件靜穩(wěn)檢測元件 系統(tǒng)大機組發(fā)生失磁故障，或輸電線路過負荷，都可能引起系統(tǒng)大機組發(fā)生失磁故障，或輸電線路過負荷，都可能引起系統(tǒng)振蕩，產(chǎn)生靜穩(wěn)破壞事故，由于系統(tǒng)振蕩將引起距離保護系統(tǒng)振蕩，產(chǎn)生靜穩(wěn)破壞事故，由于系統(tǒng)振蕩將引起距離保護誤動作，故必須增設(shè)靜穩(wěn)檢測元件，以便及時閉

31、鎖保護。靜穩(wěn)誤動作，故必須增設(shè)靜穩(wěn)檢測元件，以便及時閉鎖保護。靜穩(wěn)檢測元件的算法為：檢測元件的算法為： IIIbcZZmaxfhaIIand即在保護未啟動的前提下，即在保護未啟動的前提下，BC相間距離保護相間距離保護III段動作同段動作同時時A相故障電流大于最大負荷電流，同時持續(xù)一個固定延時相故障電流大于最大負荷電流，同時持續(xù)一個固定延時（一般為（一般為1030ms），判定為靜穩(wěn)破壞。），判定為靜穩(wěn)破壞。 注意：接地、相間阻抗三段不經(jīng)啟動（問題：振蕩中對側(cè)注意：接地、相間阻抗三段不經(jīng)啟動（問題：振蕩中對側(cè)開關(guān)偷跳，引起一段誤動）。靜穩(wěn)判據(jù)滿足，先閉鎖保護，開關(guān)偷跳，引起一段誤動）。靜穩(wěn)判據(jù)滿足

32、，先閉鎖保護，進一步在判斷保護開放問題，相當(dāng)于直接跳轉(zhuǎn)到保護啟動后進一步在判斷保護開放問題，相當(dāng)于直接跳轉(zhuǎn)到保護啟動后150ms以后的程序；若動穩(wěn)破壞，保護已啟動，保護開放以后的程序；若動穩(wěn)破壞，保護已啟動，保護開放150ms，相當(dāng)于把隨后的保護流程分成了兩個部分：一為，相當(dāng)于把隨后的保護流程分成了兩個部分：一為150ms以內(nèi)，安原始判據(jù)；二為以內(nèi)，安原始判據(jù)；二為150ms以后進入振蕩閉鎖開以后進入振蕩閉鎖開放流程，必須測量元件與振蕩閉鎖開放元件同時動作才出口。放流程，必須測量元件與振蕩閉鎖開放元件同時動作才出口。.振蕩閉鎖開放元件振蕩閉鎖開放元件 電力系統(tǒng)在運行中可能會發(fā)生振蕩，振蕩時伴隨

33、著電流上電力系統(tǒng)在運行中可能會發(fā)生振蕩，振蕩時伴隨著電流上升，電壓下降，可能引起距離保護誤動作，而為保障系統(tǒng)的升，電壓下降，可能引起距離保護誤動作，而為保障系統(tǒng)的正常運行，電力系統(tǒng)振蕩時繼電保護不應(yīng)動作，對受振蕩影正常運行，電力系統(tǒng)振蕩時繼電保護不應(yīng)動作，對受振蕩影響可能要誤動作的保護響可能要誤動作的保護(主要是距離保護主要是距離保護)實現(xiàn)振蕩閉鎖。長實現(xiàn)振蕩閉鎖。長期以來廣泛采用的振蕩閉鎖裝置原理簡單，無論是靜態(tài)還是期以來廣泛采用的振蕩閉鎖裝置原理簡單，無論是靜態(tài)還是暫態(tài)穩(wěn)定破壞都對保護實現(xiàn)閉鎖，持續(xù)到振蕩止息并經(jīng)過一暫態(tài)穩(wěn)定破壞都對保護實現(xiàn)閉鎖，持續(xù)到振蕩止息并經(jīng)過一定時間才解除，即所謂的

34、振蕩閉鎖裝置的整組復(fù)歸。距離保定時間才解除，即所謂的振蕩閉鎖裝置的整組復(fù)歸。距離保護在振蕩時被閉鎖，但保留距離護在振蕩時被閉鎖，但保留距離段，其動作時限一般大于段，其動作時限一般大于1.5S，足以避開恢復(fù)同步運行的最大振蕩周期。距離保護采，足以避開恢復(fù)同步運行的最大振蕩周期。距離保護采用這種振蕩閉鎖方式在長期運行中取得了良好的效果。但其用這種振蕩閉鎖方式在長期運行中取得了良好的效果。但其缺陷也是明顯的，即在振蕩過程中發(fā)生故障不能快速切除，缺陷也是明顯的，即在振蕩過程中發(fā)生故障不能快速切除，還可能導(dǎo)致多條線路同時跳閘。為保障目前大電網(wǎng)穩(wěn)定運行還可能導(dǎo)致多條線路同時跳閘。為保障目前大電網(wǎng)穩(wěn)定運行的

35、要求，要求保護裝置有選擇性地較快地切除故障，為此應(yīng)的要求，要求保護裝置有選擇性地較快地切除故障，為此應(yīng)有完整的三段式保護。有完整的三段式保護。振蕩閉鎖裝置要能夠做到在振蕩中在故障時開放保護，就必振蕩閉鎖裝置要能夠做到在振蕩中在故障時開放保護，就必需能區(qū)分振蕩和故障。為此保護中設(shè)置振蕩中的故障判別元件，需能區(qū)分振蕩和故障。為此保護中設(shè)置振蕩中的故障判別元件，分不對稱故障和對稱故障兩種情況來判別。分不對稱故障和對稱故障兩種情況來判別。在啟動元件起始的在啟動元件起始的150160ms以如無靜穩(wěn)破壞則快速開放以如無靜穩(wěn)破壞則快速開放保護，保證正常運行情況下突然發(fā)生故障能快速開放，因為在保護，保證正常運

36、行情況下突然發(fā)生故障能快速開放，因為在最初的最初的160ms系統(tǒng)相位差不會太大，距離保護不會誤動。如果系統(tǒng)相位差不會太大，距離保護不會誤動。如果在在160ms延時段內(nèi)的距離元件已經(jīng)動作，則說明確有故障，則延時段內(nèi)的距離元件已經(jīng)動作，則說明確有故障，則允許該測量元件一直動作下去，直到故障被切除；如在允許該測量元件一直動作下去，直到故障被切除；如在160ms內(nèi)未動作，則進振蕩閉鎖，采用不對稱故障開放及對稱故障開內(nèi)未動作，則進振蕩閉鎖，采用不對稱故障開放及對稱故障開放保護邏輯。放保護邏輯。振蕩閉鎖開放元件需要按對稱性和不對稱性故障分別考慮。振蕩閉鎖開放元件需要按對稱性和不對稱性故障分別考慮。不對稱故

37、障開放元件不對稱故障開放元件 不對稱故障開放元件的基本算法與實現(xiàn)判據(jù)為：不對稱故障開放元件的基本算法與實現(xiàn)判據(jù)為： 120mIII其中分別位保護測量到的零序、正序與負序電流有其中分別位保護測量到的零序、正序與負序電流有效值，效值，m為整定系數(shù)，一般取為為整定系數(shù)，一般取為0.66 210,III在振蕩與短路同時存在的情況下，若為區(qū)內(nèi)故障，故障支路在振蕩與短路同時存在的情況下，若為區(qū)內(nèi)故障，故障支路F中有：中有： 單相故障：單相故障： FFFIII1022兩相短路：兩相短路： FFII12兩相短路接地：兩相短路接地： FFFIII102可見故障支路中的各序電流滿足上式的關(guān)系。若各序電流在線路兩側(cè)

38、的可見故障支路中的各序電流滿足上式的關(guān)系。若各序電流在線路兩側(cè)的分配系數(shù)相等，則在時線路兩側(cè)電流也滿足此關(guān)系，兩側(cè)保護同時分配系數(shù)相等，則在時線路兩側(cè)電流也滿足此關(guān)系，兩側(cè)保護同時被開放。若各序電流的分配系數(shù)不相等，則有一側(cè)分配到小，以致該側(cè)被開放。若各序電流的分配系數(shù)不相等，則有一側(cè)分配到小，以致該側(cè)不能開放保護；但另一側(cè)相反，必然開放保護。在區(qū)外故障時按不能開放保護；但另一側(cè)相反，必然開放保護。在區(qū)外故障時按考慮，由于振蕩中心在線路上，若故障點靠近振蕩中心近，故障點的電壓考慮，由于振蕩中心在線路上，若故障點靠近振蕩中心近，故障點的電壓分量必然較小，故障產(chǎn)生的和也較?。挥钟捎?，的振蕩分分量必

39、然較小，故障產(chǎn)生的和也較小；又由于，的振蕩分量必然很大，上式不會滿足。若故障點離振蕩中心較遠，故障電壓的振蕩量必然很大，上式不會滿足。若故障點離振蕩中心較遠，故障電壓的振蕩分量較大，和也就會大一些，但由于故障點較遠，保護中分到的和分量較大，和也就會大一些，但由于故障點較遠，保護中分到的和不大，上式仍不會滿足。不大，上式仍不會滿足?？傊?，采用這種故障判別元件在振蕩過程中發(fā)生區(qū)外故障時不會開放?？傊?，采用這種故障判別元件在振蕩過程中發(fā)生區(qū)外故障時不會開放保護，在區(qū)內(nèi)故障只要較小就能開放保護。護，在區(qū)內(nèi)故障只要較小就能開放保護。 00I1800I2I1801IFI2FI10I2I對稱性故障開放元件對

40、稱性故障開放元件 在啟動元件開放在啟動元件開放160ms以后或系統(tǒng)振蕩過程中，如發(fā)生三相以后或系統(tǒng)振蕩過程中，如發(fā)生三相故障，上述開放措施均不能開放保護。在振蕩過程中當(dāng)振蕩中故障，上述開放措施均不能開放保護。在振蕩過程中當(dāng)振蕩中心電壓降為零時，從線路一側(cè)穩(wěn)態(tài)電氣量的關(guān)系看和在振蕩過心電壓降為零時，從線路一側(cè)穩(wěn)態(tài)電氣量的關(guān)系看和在振蕩過程中發(fā)生三相短路是完全相同的。反應(yīng)線路一側(cè)穩(wěn)態(tài)電氣量的程中發(fā)生三相短路是完全相同的。反應(yīng)線路一側(cè)穩(wěn)態(tài)電氣量的繼電器無法區(qū)分振蕩與短路，故另設(shè)置了專門的振蕩判別元件，繼電器無法區(qū)分振蕩與短路，故另設(shè)置了專門的振蕩判別元件，即測量振蕩中心電壓：即測量振蕩中心電壓：其中

41、為正序電壓，是正序電壓和電流之間的夾角。其中為正序電壓，是正序電壓和電流之間的夾角。 cosUUOSU見上圖，假定系統(tǒng)聯(lián)系阻抗的阻抗角為，則電流向量垂直見上圖，假定系統(tǒng)聯(lián)系阻抗的阻抗角為，則電流向量垂直于連線，與振蕩中心電壓同相，在系統(tǒng)正常運行或系統(tǒng)振于連線，與振蕩中心電壓同相，在系統(tǒng)正常運行或系統(tǒng)振蕩時，恰好反映振蕩中心的正序電壓；在三相故障時，蕩時，恰好反映振蕩中心的正序電壓；在三相故障時，為弧光電阻上的壓降，三相短路過渡電阻是弧光電阻，其壓降為弧光電阻上的壓降，三相短路過渡電阻是弧光電阻，其壓降 90NMEE,cosUcosU小于小于5%UN，而系統(tǒng)振蕩時，振蕩中心隨兩邊系統(tǒng)的電勢角，而

42、系統(tǒng)振蕩時，振蕩中心隨兩邊系統(tǒng)的電勢角變化而變化，系統(tǒng)角度擺開時，振蕩中心電壓較低，系統(tǒng)角度變化而變化，系統(tǒng)角度擺開時，振蕩中心電壓較低，系統(tǒng)角度較小時，振蕩中心電壓較高。所以可以監(jiān)視保護安裝處測量得較小時，振蕩中心電壓較高。所以可以監(jiān)視保護安裝處測量得到的振蕩中心電壓，若其大小是變化的，可判定系統(tǒng)發(fā)生了振到的振蕩中心電壓，若其大小是變化的，可判定系統(tǒng)發(fā)生了振蕩，若其大小一直處于較小的值，可判定為三相短路。蕩，若其大小一直處于較小的值，可判定為三相短路。目前的超高壓微機線路保護中，為實現(xiàn)上述目的，一般是先目前的超高壓微機線路保護中，為實現(xiàn)上述目的，一般是先設(shè)定一個范圍，同時按系統(tǒng)最長的振蕩周期

43、（設(shè)定一個范圍，同時按系統(tǒng)最長的振蕩周期（3s）進行計算，）進行計算，計算出系統(tǒng)振蕩時振蕩中心位于該范圍的時間。這樣，當(dāng)系統(tǒng)計算出系統(tǒng)振蕩時振蕩中心位于該范圍的時間。這樣，當(dāng)系統(tǒng)實際振蕩時，在該范圍內(nèi)的時間必然小于這個時間，而三實際振蕩時，在該范圍內(nèi)的時間必然小于這個時間，而三相故障時在這個范圍內(nèi)的時間一定大于這個時間，從而可相故障時在這個范圍內(nèi)的時間一定大于這個時間，從而可以識別三相故障與系統(tǒng)振蕩。具體實現(xiàn)如下：以識別三相故障與系統(tǒng)振蕩。具體實現(xiàn)如下： . ，延時，延時150ms開放開放 按上面的思路，系統(tǒng)振蕩時，則振蕩中心電壓為按上面的思路，系統(tǒng)振蕩時，則振蕩中心電壓為0.08時，時，系統(tǒng)

44、角為系統(tǒng)角為171，振蕩中心電壓為，振蕩中心電壓為0.03時，系統(tǒng)角為時，系統(tǒng)角為183.5，按最大振蕩周期，按最大振蕩周期3s計，振蕩中心在該區(qū)間停留時間計，振蕩中心在該區(qū)間停留時間為為105ms，裝置中取延時，裝置中取延時150ms已有足夠的裕度。已有足夠的裕度。 cosUcosUNOSNUUU08. 003. 0. ，延時，延時500ms開放。開放。該判據(jù)作為第一部分的后備，以保證任何三相故障情況下保該判據(jù)作為第一部分的后備，以保證任何三相故障情況下保護不可能拒動。振蕩中心電壓為護不可能拒動。振蕩中心電壓為0.25N時，系統(tǒng)角為時，系統(tǒng)角為151，0.1N時，系統(tǒng)角為時，系統(tǒng)角為191.

45、5，按最大振蕩周期，按最大振蕩周期3s計，振蕩中計，振蕩中心在該區(qū)間停留時間為心在該區(qū)間停留時間為337ms，裝置中取，裝置中取500ms已有足夠的裕已有足夠的裕度。度。NOSNUUU25. 01 . 0.重合閘元件重合閘元件超高壓線路斷路器具有分相操作機構(gòu)，同時，為保證系統(tǒng)運超高壓線路斷路器具有分相操作機構(gòu)，同時，為保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，一般要求保護能實現(xiàn)單相重合閘、三相重合閘與行的穩(wěn)定性，一般要求保護能實現(xiàn)單相重合閘、三相重合閘與綜合重合閘。綜合重合閘。重合閘的啟動方式目前依然沿用傳統(tǒng)的保護啟動與開關(guān)位置重合閘的啟動方式目前依然沿用傳統(tǒng)的保護啟動與開關(guān)位置不對應(yīng)啟動，由于超高壓線路一般需要

46、實現(xiàn)保護雙重化，即同不對應(yīng)啟動，由于超高壓線路一般需要實現(xiàn)保護雙重化，即同一條輸電線路具有兩套獨立的保護裝置，為避免兩次重合，一一條輸電線路具有兩套獨立的保護裝置，為避免兩次重合，一般只投一套保護的重合閘功能。對于般只投一套保護的重合閘功能。對于500kV常見的常見的3/2開關(guān)接開關(guān)接線形式，按反措條例的要求，一般重合閘按開關(guān)配置。線形式，按反措條例的要求，一般重合閘按開關(guān)配置。 重合閘延時是為保證故障點有足夠的去游離時間與熄弧，根重合閘延時是為保證故障點有足夠的去游離時間與熄弧，根據(jù)輸電線路的長短，電壓等級的高低以及重合閘方式各有不同，據(jù)輸電線路的長短，電壓等級的高低以及重合閘方式各有不同，

47、我國長期的運行經(jīng)驗表明，對于超高壓輸電線路，若線路長度我國長期的運行經(jīng)驗表明，對于超高壓輸電線路，若線路長度在在100km以內(nèi)（以內(nèi)（330kV及以上電壓等級），三相重合閘的延時及以上電壓等級），三相重合閘的延時時間可以整定到時間可以整定到0.5s，單相重合閘由于考慮潛供電流的影響，單相重合閘由于考慮潛供電流的影響，一般時間較長，需整定到一般時間較長，需整定到0.9s左右。若線路長度加長，分布電左右。若線路長度加長，分布電容加大，則故障點去游離時間將延長，考慮到繼續(xù)加大重合閘容加大，則故障點去游離時間將延長，考慮到繼續(xù)加大重合閘時間不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行，一般通過增加電抗器來補償電容的時間不利于系

48、統(tǒng)穩(wěn)定運行，一般通過增加電抗器來補償電容的影響。影響。 微機保護重合閘典型的邏輯圖如圖所示。微機保護重合閘典型的邏輯圖如圖所示。 三三. .微機距離保護的基本軟件流程微機距離保護的基本軟件流程 微機距離保護的軟件主要由主程序、采樣中斷程序與故障處微機距離保護的軟件主要由主程序、采樣中斷程序與故障處理程序三個部分組成。主程序一般完成初始化、上電自檢、理程序三個部分組成。主程序一般完成初始化、上電自檢、實時顯示以及通訊的規(guī)約解釋功能。采樣中斷的主要任務(wù)是實時顯示以及通訊的規(guī)約解釋功能。采樣中斷的主要任務(wù)是完成完成A/D數(shù)據(jù)獲取、重合閘、不需啟動的保護模塊（距離保護數(shù)據(jù)獲取、重合閘、不需啟動的保護模塊（距離保護III段，零序電流段，零序電流IV段）、保護啟動判別等功能；故障處理主要段）、保護啟動判別等功能；故障處理主要完成各種繼電器的功能。三個模塊之間的關(guān)系見圖完成各種繼電器的功能。三個模塊之間的關(guān)系見圖3。采采樣樣中中斷斷程程序序入入口口A/D數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 獲獲取取重重合合 閘閘模模 塊塊阻阻 抗抗I II II I段段零零序序 過過流流 IV段段保保 護護啟啟 動動 計計算算是是否否 啟啟 動動Y故故 障障處處 理理 程程序序中中斷斷 返返 回回N圖圖3 微機距離保護軟件流程結(jié)構(gòu)微機距離保護軟件流程