距離保護(hù)整定計(jì)算

.z.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕繼電保護(hù)整定計(jì)算的分析與研究—距離保護(hù)整定計(jì)算指導(dǎo)老師**二Ｏ一二年六月中國-.z.摘要繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的防護(hù)線，繼電保護(hù)的整定計(jì)算是繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作的關(guān)鍵。隨著電力系統(tǒng)的快速開展，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成日趨復(fù)雜，繼電保護(hù)的整定也越來越復(fù)雜，而且更費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也更容易出錯(cuò)。標(biāo)準(zhǔn)繼電保護(hù)整定計(jì)算，提高繼電保護(hù)整定計(jì)算水平對于減少設(shè)備事故或杜絕事故的發(fā)生具有深刻的意義。如果能成功編制一款軟件，該軟件能夠在各種各樣的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，根據(jù)整定原則計(jì)算出繼電保護(hù)裝置的整定值，使裝置正確動(dòng)作，則將很大程度上減少工作人員的工作量，使工作效率大大提高。本文以三段式距離保護(hù)為例，介紹了如何利用軟件開發(fā)工具M(jìn)atlab編制三段式距離保護(hù)軟件。主要使用了Matlab的GUI(圖形用戶界面)功能將距離保護(hù)整定計(jì)算劃分成五個(gè)模塊。用戶通過這些模塊的提示，能準(zhǔn)確快速地計(jì)算出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)裝置的整定值，并且用戶還可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化修改整定計(jì)算算法，使整定值能夠適用于多種不同的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了整定計(jì)算過程的自動(dòng)化和智能化?！娟P(guān)鍵詞】繼電保護(hù)距離保護(hù)整定計(jì)算Matlab-.z.AbstractRelayprotectionisthelineofdefenceofsafetyoperationofthepowersystem.Settingcalculationofrelayprotectionisthekeytotherightactionofrelayprotectiondevices.Withthedevelopmentofpowersystem,powersystemnetworkisbecomingmoreandmorecomple*,therelayprotectionisbecomingmoreandmorecomple*,andmoretime-consumingandlaborious,butalsomorepronetoerror.Specificationforandraisethelevelofsettingcalculationofrelayprotectionhasprofoundsignificanceonthereductionofequipmentaccidentandavoidingthehappeningofaccidents.Ifwecansuccessfullydevelopapieceofsoftware,thesoftwarecancalculatethesettingvaluesinvariousoperatingmodeofthesystemaccordingtotheprinciplesofsettingcalculationofrelayprotectiondevicesettingvalue,sothattherelayprotectiondeviceswillactcorrectwillgreatlyreducetheworkloadofstaff,greatlyimprovetheworkefficiency.Thepapertakesthreesectionsdistanceprotectionforane*ampleandintroduceshowtoprogramethethreesectionsdistanceprotectionwiththesoftwaredevelopingtool--Matlab.ThesettingcalculationofdistanceprotectionisdividedintofivemodulesbythhemainfunctionofMatlab--GUI(graphicaluserinterface).Throughthesemodulestips,userscanaccuratelyandquicklycalculatetherelayprotectiondevicesettingvaluesoftheentirenetwork,andtheuserscanalsochangethesettingcalculationalgorithmaccordingtotheoperatingmodeofthesystemtomakesthesettingvaluescanbeappliedtoavarietyofdifferentoperationmodes,torealizethesettingcalculationprocessautomation.【Keywords】RelayprotectionDistanceprotectionSettingcalculationMatlab-.z.目錄摘要IAbstractII目錄III第一章緒論1第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述1一、繼電保護(hù)的概念1二、繼電保護(hù)的根本任務(wù)與重要性1三、繼電保護(hù)的4個(gè)根本要求1四、繼電保護(hù)的原理和構(gòu)成3第二節(jié)繼電保護(hù)的開展簡史3一、繼電保護(hù)原理開展史3二、繼電保護(hù)裝置開展史4三、繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件的開展與研究5第三節(jié)本文所做的工作6第二章電網(wǎng)的距離保護(hù)8第一節(jié)距離保護(hù)簡介8一、距離保護(hù)的概念8二、距離保護(hù)的構(gòu)成8第二節(jié)距離保護(hù)裝置的主要元件——阻抗繼電器9一、偏移圓特性阻抗繼電器9二、方向圓特性阻抗繼電器10三、全阻抗圓繼電器11第三節(jié)距離保護(hù)定值配合的根本原則12第四節(jié)定值計(jì)算的分支系數(shù)的選擇與計(jì)算13一、帶有助增分支的網(wǎng)絡(luò)13二、帶有外汲分支的網(wǎng)絡(luò)14三、助增、外汲分支同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)15第五節(jié)距離保護(hù)整定計(jì)算15一、距離保護(hù)I段整定計(jì)算16二、距離保護(hù)II段整定計(jì)算16三、距離保護(hù)III段整定計(jì)算17第六節(jié)對距離保護(hù)的評價(jià)19第三章整定計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)20第一節(jié)引言20第二節(jié)軟件開發(fā)工具20一、Matlab語言簡介21二、圖形用戶界面GUI簡介23第三節(jié)軟件設(shè)計(jì)框架圖23一、軟件構(gòu)造示意圖23二、軟件功能模塊概述24三、軟件的功能特性26第四章算例結(jié)果分析27第一節(jié)算例27一、手算算例27二、軟件整定結(jié)果30第二節(jié)分析及結(jié)論31第五章結(jié)論32第一節(jié)工作總結(jié)32第二節(jié)缺乏與展望33致34參考文獻(xiàn)35-.z.第一章緒論第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述一、繼電保護(hù)的概念當(dāng)系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，保證系統(tǒng)能有選擇性的、快速的切除故障的裝置，稱為繼電保護(hù)裝置；原來實(shí)現(xiàn)此功能的裝置是由繼電器組合來實(shí)現(xiàn)的，故稱為繼電保護(hù)裝置，而目前繼電器已被電子元件及計(jì)算機(jī)替代，但仍沿用此名稱。在電力部門常用繼電保護(hù)一詞泛指機(jī)電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)[1]。二、繼電保護(hù)的根本任務(wù)與重要性當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生的后果有：經(jīng)過故障處的很大的短路電流和由于短路電流擊穿空氣所產(chǎn)生的電弧，會使故障元件燒壞；當(dāng)短路電流通過非故障元件時(shí)，由于電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力的作用，同樣也會使得元件過早的損壞以至縮短了元件的壽命；當(dāng)短路時(shí)，電力系統(tǒng)中局部地區(qū)的母線電壓將大大降低，不僅能破壞居民家中小型電器的平安性和穩(wěn)定性，也會降低工廠生產(chǎn)出來的精細(xì)設(shè)備的質(zhì)量；更嚴(yán)重的是會破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至瓦解整個(gè)系統(tǒng)[1][3]。因此，繼電保護(hù)的根本任務(wù)在于：(1)有針對性地將故障元件快速、自動(dòng)切除，使電力系統(tǒng)快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)，并且使無故障的元件破壞程度減至最少，并最大程度地保證無故障元件的正常運(yùn)行。(2)如果電力系統(tǒng)中的電氣元件有什么不正常工作狀態(tài)，繼電保護(hù)能根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的要求和設(shè)備本身的承受能力，發(fā)出報(bào)警信號、減掉一局部的負(fù)荷或延時(shí)跳閘。(3)能根據(jù)用戶的需求和電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，盡快自動(dòng)恢復(fù)停電局部的供電[6][10]。因此可以這么說，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成局部，是保證電網(wǎng)平安穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段，能快速及時(shí)地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)穩(wěn)定、保持供電連續(xù)性、防止或減輕設(shè)備損壞、保障人生平安[9]。三、繼電保護(hù)的4個(gè)根本要求(1)可靠性：可靠性含兩重意思，分別是平安性和信賴性。平安性是指繼電保護(hù)在保護(hù)范圍外不動(dòng)作，不發(fā)生誤動(dòng)作；信賴性是指當(dāng)發(fā)生故障在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)該立即動(dòng)作。繼電保護(hù)性能的最根本要求就是可靠性[4][6]。(2)選擇性：繼電保護(hù)的選擇性是指元件處于不正常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該在保證最大范圍內(nèi)的供電得到滿足的前提下，將故障元件從電力系統(tǒng)中切除斷開。它包含了兩種意思：第一種是應(yīng)該只能由裝在故障元件上的保護(hù)裝置先動(dòng)作切除故障；第二種是無論故障元件上的保護(hù)裝置是否動(dòng)作或者拒動(dòng)，相鄰元件都應(yīng)該對它起到后備作用[6]。(3)速動(dòng)性：繼電保護(hù)的速動(dòng)性是指盡可能快地切除故障，保證電力系統(tǒng)在異常工作時(shí)產(chǎn)生的短路電流或者低電壓對居民生活和工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量不造成影響，同時(shí)也是為了使電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定[7][21]。例如：在國家現(xiàn)在大力開展的超高壓及高壓電網(wǎng)中，繼電保護(hù)能否快速地動(dòng)作是決定電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素，如果故障切除得不及時(shí)，電力系統(tǒng)將失穩(wěn)，就不得不解列。(4)靈敏性：繼電保護(hù)的靈敏性是指對故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反響能力。在其保護(hù)范圍內(nèi)，對各種各樣性質(zhì)的故障都能敏銳感覺、正確反響。參照GB14285-2006"繼電保護(hù)和平安自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程"一書中，保護(hù)的靈敏系數(shù)的要求如下：[9]。繼電保護(hù)的四個(gè)要求是評價(jià)和研究繼電保護(hù)的根底，它們之間既相輔相成，又存在矛盾。如何能科學(xué)地研究設(shè)計(jì)繼電保護(hù)，使繼電保護(hù)的四個(gè)根本要求都能得到滿足，是設(shè)計(jì)繼電保護(hù)軟件或者裝置的核心，也是根本準(zhǔn)則。四、繼電保護(hù)的原理和構(gòu)成電力系統(tǒng)的每個(gè)元件都有其特征值，當(dāng)系統(tǒng)有短路或不正常工作狀態(tài)發(fā)生時(shí)，這些元件的特征值〔電流，電壓等〕超出電力系統(tǒng)所規(guī)定的值，就會對電力設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定性造成威脅。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，最容易發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象是電流大幅度提高。因此，繼電保護(hù)的第一個(gè)原理就是表達(dá)電流劇增這一特征，即熔斷器保護(hù)和過電流保護(hù)。而發(fā)生故障時(shí)的另一顯著現(xiàn)象就是電壓大幅度減少，表達(dá)這一特征有低電壓保護(hù)。而同時(shí)表達(dá)出電壓降低和電流增大的一種保護(hù)為距離保護(hù)，距離保護(hù)根據(jù)測量阻抗值的大小來測算出故障點(diǎn)離距離保護(hù)裝置的距離，是否在動(dòng)作范圍內(nèi)，再決定保護(hù)是否動(dòng)作[5][8]。近些年來，電力系統(tǒng)快速開展，隨之而來的是各種輻射型電網(wǎng)、環(huán)型電網(wǎng)也相繼大面積地出現(xiàn)并接入融合到電網(wǎng)中，使電網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)造日益復(fù)雜；同時(shí)隨著供電需求不斷提高，機(jī)組容量也不斷增加；而為了使資源進(jìn)一步得到優(yōu)化配置，高電壓電網(wǎng)的開展也形成趨勢，則對繼電保護(hù)裝置的要求當(dāng)然也會相應(yīng)提高，因而也促進(jìn)了繼電保護(hù)的開展，與此同時(shí)，保護(hù)的新原理、新裝置不斷問世[5]。繼電保護(hù)裝置由測量局部、定值調(diào)整局部、邏輯局部和執(zhí)行局部構(gòu)成〔如圖1-1〕。測量局部的作用是將在故障點(diǎn)測得的信號與給定的整定值相比擬，決定保護(hù)是否動(dòng)作；定值調(diào)整局部是根據(jù)整定的具體條件將定值調(diào)整成符合繼電保護(hù)要求的值；邏輯局部是控制保護(hù)裝置合理有序地工作，然后作出保護(hù)是否動(dòng)作的判斷；最后由執(zhí)行局部發(fā)出報(bào)警或跳閘信號[1]。圖1-1繼電保護(hù)裝置的組成方框圖第二節(jié)繼電保護(hù)的開展簡史一、繼電保護(hù)原理開展史(1)19世紀(jì)90年代出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式的電磁型過電流繼電器[4]；(2)901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器；(3)1908年提出比擬被保護(hù)元件兩端電流的差動(dòng)保護(hù)原理；(4)1910年方向保護(hù)得到運(yùn)用；(5)1920年前后距離保護(hù)出現(xiàn)；(6)1927年前后出現(xiàn)了利用高壓輸電線路上高頻載波電流傳送和比擬輸電線路兩端功率方向或電流相位的高頻保護(hù)裝置；(7)1950年前后出現(xiàn)了利用微波傳送電量的微波保護(hù)；(8)1970年前后誕生了行波保護(hù)裝置[20][21][25][29]。二、繼電保護(hù)裝置開展史(1)機(jī)電式繼電器：上世紀(jì)50年代以前，以電磁型、感應(yīng)型、電動(dòng)型繼電器為主，都具有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)局部。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用廣，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)歷，技術(shù)比擬成熟。缺點(diǎn):體積大，功耗大，動(dòng)作速度慢，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)局部和觸點(diǎn)易磨損或粘連，調(diào)試維護(hù)復(fù)雜。(2)晶體管式機(jī)電保護(hù)裝置〔第一代電子式靜態(tài)保護(hù)裝置〕：50年代開場開展，70年代得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：解決了機(jī)電式繼電器存在的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：易受外界電磁干擾，在初期經(jīng)常出現(xiàn)"誤動(dòng)〞的情況，可靠性稍差。(3)集中電路繼電保護(hù)裝置〔第二代電子式靜態(tài)保護(hù)裝置〕：80年代后期出現(xiàn)，將數(shù)十個(gè)甚至更多的晶體管集中在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。優(yōu)點(diǎn)：體積更小，工作更可靠。(4)微機(jī)保護(hù)：90年代后，已大量投入使用，成為機(jī)電保護(hù)裝置的主要趨勢?？梢哉f微機(jī)保護(hù)代表著電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)的未來，目前已成為電力系統(tǒng)保護(hù)、控制、運(yùn)行調(diào)度及事故處理的統(tǒng)一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成局部。優(yōu)點(diǎn)：具有強(qiáng)大強(qiáng)健的整定計(jì)算、分析和邏輯判斷能力，有存儲記憶功能，因而可以實(shí)現(xiàn)各種功能完好的保護(hù)原理；微機(jī)保護(hù)擁有自檢查功能，可靠性高；可用同一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，制造相對簡單；功能強(qiáng)大[22][25][28][30]。三、繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件的開展與研究早期對繼電保護(hù)裝置只能逐一地計(jì)算出整定值，并且當(dāng)運(yùn)行方式變化時(shí)，又不得不重新按照整定規(guī)則再計(jì)算一遍，這樣重復(fù)繁瑣的工作令工作人員感到枯燥乏味，并且效率及其低，準(zhǔn)確率也低。從70年代開場，人們就將數(shù)字計(jì)算機(jī)引入到繼電保護(hù)中來做這些重復(fù)的工作。盡管這樣大大減少了工作人員的計(jì)算工程量，但繼電保護(hù)的整定仍然需要人工方式。并且大多數(shù)情況下，要工作人員選取查找故障程序，而且要在龐大的數(shù)據(jù)中調(diào)整計(jì)算的內(nèi)容，查找整定的結(jié)果，也是一件相當(dāng)耗時(shí)費(fèi)事的事。同時(shí)，這種計(jì)算方法對實(shí)際復(fù)雜多變的電網(wǎng)運(yùn)行方式作了簡化，根本無法正確反響出實(shí)際電網(wǎng)的情況，也無法有選擇性地切除故障，不能滿足生產(chǎn)的需要[26][27]。目前普遍存在于繼電保護(hù)軟件中的問題如：計(jì)算效率慢，整定結(jié)果不準(zhǔn)確都沒有從根本上得到解決。而且，國內(nèi)的大多數(shù)軟件只是實(shí)現(xiàn)了對整定計(jì)算過程用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，即只是將以前需要用人工方式計(jì)算出的整定步驟換作由計(jì)算機(jī)來進(jìn)展數(shù)據(jù)運(yùn)算，簡而言之，就是在很大程度上減少了計(jì)算工作量。但軟件的系統(tǒng)功能、自動(dòng)化程度根本不滿足現(xiàn)在智能電網(wǎng)開展的要求；同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的水平，軟件中的程序分類和構(gòu)成、數(shù)據(jù)存儲模塊、人機(jī)界面等模塊都還存在很多的缺乏。并且這些軟件大多是針對超高壓及高壓等級的電網(wǎng)開發(fā)的，或者只是針對地區(qū)電網(wǎng)開發(fā)的，或者只是針對*個(gè)電廠開發(fā)的整定計(jì)算軟件，因此根據(jù)上述對象開發(fā)的軟件，通用性和靈活性較差，無法移植[23]。綜合軟件的實(shí)際應(yīng)用情況，主要的缺陷如下:(1)軟件中的電網(wǎng)的運(yùn)行方式預(yù)先被設(shè)置好，無法改變，無法根據(jù)實(shí)際的情況改變軟件中的運(yùn)行方式，因此各段的整定值只是由計(jì)算機(jī)通過循環(huán)出來的結(jié)果，結(jié)果跟實(shí)際手算的結(jié)果有很大的不同，不可信。(2)軟件無法自動(dòng)地提供電力系統(tǒng)的拓?fù)錁?gòu)造類型，判斷出特別的接線方式，選擇運(yùn)行方式，確定保護(hù)之間的配合關(guān)系等，缺乏自動(dòng)化、智能化的能力。這些整定計(jì)算過程中的因素仍需要用戶指定；并且不能提供多樣性的整定原則和豐富的定值調(diào)整手段；圖形界面不夠簡潔明了等。(3)電網(wǎng)的原始參數(shù)和故障分析數(shù)據(jù)創(chuàng)立與輸入要形成固定格式的數(shù)據(jù)文件，對數(shù)據(jù)輸入的形式有諸多刻板的要求，使用人員需經(jīng)過一段時(shí)間的培訓(xùn)學(xué)習(xí)才能上手；整定值的校驗(yàn)只能通過靈敏系數(shù)才能判斷正確與否，最棘手的是，工作人員無法校驗(yàn)出遠(yuǎn)后備、保護(hù)定值配合是否滿足實(shí)際情況。(4)繼電保護(hù)管理流程控制功能還不具體完善。針對以上幾個(gè)問題，開發(fā)研制出一套能反映實(shí)際電網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)造，對故障局部快速作出分析，擁有良好圖形用戶界面的繼電保護(hù)整定軟件是十分必要的。這個(gè)軟件能將電網(wǎng)的實(shí)際情況及故障時(shí)的情況通過圖形化直接展示在繼電保護(hù)工作人員面前，同時(shí)工作人員通過軟件的功能模塊對故障進(jìn)展仿真，來校驗(yàn)保護(hù)的整定值，并能通過工作流程平臺對保護(hù)定值單形成一套系統(tǒng)有序的管理[9][17]。第三節(jié)本文所做的工作本文通過研究繼電保護(hù)軟件開展和存在的缺陷，再結(jié)合繼電保護(hù)軟件的開發(fā)現(xiàn)狀，針對110kV高壓電網(wǎng)的實(shí)際情況和特點(diǎn)，借助于軟件開發(fā)工具M(jìn)atlab所提供的GUI可視化編程環(huán)境和Matlab本身所具有的強(qiáng)大的編程及數(shù)據(jù)管理功能，開發(fā)一套適用于多種運(yùn)行方式的電網(wǎng)的距離保護(hù)整定計(jì)算軟件，并力求該軟件具有通用性、準(zhǔn)確性和校驗(yàn)性；同時(shí)該軟件也為用戶提供一個(gè)友好界面、實(shí)用性強(qiáng)的整定計(jì)算軟件平臺。本文所作的主要工作如下：(1)在查閱大量書籍與資料的根底上，了解了繼電保護(hù)對電力系統(tǒng)的重要性，繼電保護(hù)的根本任務(wù)及要求及繼電保護(hù)的開展歷程。(2)通過閱讀大量書籍與資料，對高壓電網(wǎng)線路距離保護(hù)的特點(diǎn)、性能以及三段式距離保護(hù)整定計(jì)算的原則作了總結(jié)。(3)對軟件開發(fā)工具M(jìn)atlab所提供的GUI圖形用戶界面進(jìn)展研究，并能熟練運(yùn)用[11]。(4)對距離保護(hù)整定計(jì)算軟件體系構(gòu)造及各模塊的功能進(jìn)展了研究與設(shè)計(jì)，完成了整定計(jì)算軟件的功能。(5)在一定程度上，解決了距離保護(hù)軟件的通用性問題。本軟件〔只針對輻射性電網(wǎng)作研究〕提供了四種電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇有：不存在分支系數(shù)的網(wǎng)絡(luò)；帶有外汲分支網(wǎng)絡(luò)；帶有助增分支的網(wǎng)絡(luò)；外汲、助增分支同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)。用戶也可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行方式對嵌套在軟件中的程序的算法法則及計(jì)算公式作修改，來滿足電網(wǎng)的不同情況，因此在也可以說有一定程度的通用性[10][12]。第二章電網(wǎng)的距離保護(hù)第一節(jié)距離保護(hù)簡介一、距離保護(hù)的概念距離保護(hù)是利用短路發(fā)生時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測量電壓比電流的比值，該比值反響故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，如果短路點(diǎn)距離小于整定值則動(dòng)作的保護(hù)。由于距離保護(hù)同時(shí)利用了元件的兩個(gè)參數(shù)：電流和電壓，因此比起過電流保護(hù)和低電壓，距離保護(hù)區(qū)更加穩(wěn)定，不易受到運(yùn)行方式變化的影響。距離保護(hù)在超高壓及高壓系統(tǒng)的線路保護(hù)中，占有極其重要的地位[1][3]。二、距離保護(hù)的構(gòu)成距離保護(hù)包括啟動(dòng)、測量、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖、配合邏輯和出口等幾局部。(1)啟動(dòng)局部啟動(dòng)局部用來判斷電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)不動(dòng)作，距離保護(hù)裝置的測量，邏輯等局部不投入工作；而當(dāng)作遠(yuǎn)后備保護(hù)的范圍內(nèi)末端發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)局部就靈敏、快速動(dòng)作，使整套保護(hù)迅速投入工作。(2)測量局部測量局部是用來判斷系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)離距離保護(hù)裝置處的距離和方向。如果在裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，就發(fā)生動(dòng)作信號；如果在保護(hù)范圍外，距離保護(hù)裝置就不動(dòng)作。測量局部是整定距離保護(hù)的核心。(3)振蕩閉鎖局部當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生的振蕩，系統(tǒng)的電壓和電流會周期性變化像發(fā)生了短路現(xiàn)象一樣，導(dǎo)致裝置誤動(dòng)作，而實(shí)際上振蕩不是短路，距離保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作。為了防止保護(hù)誤動(dòng)作，振蕩閉鎖局部必須判斷出系統(tǒng)是否振蕩，如果是，應(yīng)該立即閉鎖保護(hù)。(4)電壓回路斷線局部當(dāng)電壓回路斷線時(shí)，保護(hù)測量的電壓值一般情況下會降低甚至為零，這樣就會使得阻抗值偏低，導(dǎo)致距離測量元件發(fā)生誤動(dòng)作，應(yīng)該將保護(hù)閉鎖。(5)配合邏輯局部配合邏輯局部的作用是協(xié)調(diào)整合距離保護(hù)中各個(gè)局部之間的工作關(guān)系以及三段式距離保護(hù)中各段之間的時(shí)間配合。(6)出口局部出口局部由跳閘出口和信號出口組成。當(dāng)距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)，跳閘回路動(dòng)作接通相應(yīng)的電路并發(fā)出相應(yīng)的信號[5][8]。第二節(jié)距離保護(hù)裝置的主要元件——阻抗繼電器阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的主要元件，它是反映從故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間阻抗值大小的測量元件，通常稱為阻抗繼電器。阻抗繼電器的主要特點(diǎn)是：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，測得的阻抗值可以直接表示在阻抗(或?qū)Ъ{)復(fù)數(shù)平面上，將動(dòng)作時(shí)的阻抗值都表示在復(fù)數(shù)平面上，就形成了特性曲線，我們將這些特性曲線表示成通入到繼電器的電壓與電流的*種函數(shù)關(guān)系，這個(gè)函數(shù)就稱作繼電器的特性動(dòng)作方程。同時(shí)由于繼電器的構(gòu)造不同，形成的曲線形狀也不同，一般常用的是圓、直線、橢圓、平行四邊形等形狀的曲線；而圓特性曲線也可以構(gòu)成帶有方向性的特性曲線[1][6]。下面就選取阻抗繼電器中的圓特性阻抗繼電器作介紹。一、偏移圓特性阻抗繼電器偏移圓特性阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)域如圖2-1所示，它有兩個(gè)整定阻抗：正方向整定阻抗Zset1和反方向整定阻抗Zset2，兩整定阻抗對應(yīng)矢量末端的連線就是特性圓的直徑。特性圓包含坐標(biāo)原點(diǎn)，圓心位于，半徑為。圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測量阻抗正好落在圓周上時(shí)，阻抗繼電器臨界動(dòng)作。對于該特性的動(dòng)作方程，可以有兩種不同的表達(dá)形式：一種是比擬兩個(gè)量大小的絕對值比擬原理表達(dá)式；另一種是比擬兩個(gè)量相位的相位比擬原理表達(dá)式。分別稱為絕對值〔或幅值〕比擬動(dòng)作方程和相位比擬動(dòng)作方程。圖2-1偏移圓特性(1)絕對值比擬原理當(dāng)測量阻抗落在圓內(nèi)或圓周上時(shí)，末端到圓心的距離一定小于或等于圓的半徑；而當(dāng)測量阻抗落在圓外時(shí)，末端到圓心的距離一定大于圓的半徑。所以動(dòng)作條件可以表示為〔2-1〕(2)相位比擬動(dòng)作方程測量元件的動(dòng)作條件可以表示為〔2-2〕偏移圓特性的阻抗元件通常用于在距離保護(hù)的后備段〔如第III段〕中[1][13]。二、方向圓特性阻抗繼電器在上述的的偏移圓特性中，如果令=0，=，則動(dòng)作特性就變化成方向圓特性，動(dòng)作區(qū)域如圖2-2所示。特性圓經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)處，圓心位于處，半徑為。圖2-2方向圓特性(1)絕對值比擬原理將=0，=代入式(2-1)，可以得到方向圓特性的絕對值比擬動(dòng)作方程為〔2-3〕(2)相位比擬方程將=0，=代入式(2-2)，可以得到方向圓特性的相位比擬方程為〔2-4〕方向圓特性的阻抗元件一般用于距離保護(hù)的主保護(hù)段〔I段和II段〕中[1][13]。三、全阻抗圓繼電器在上述的的偏移圓特性中，如果令=，=，則動(dòng)作特性就變化成全阻抗圓特性，動(dòng)作區(qū)域如圖2-3所示。特性圓的圓心位于坐標(biāo)原點(diǎn)處，半徑為。圖2-3全阻抗圓特性(1)絕對值比擬原理將=，=代入式(2-1)，可以得到全阻抗圓特性的絕對值比擬動(dòng)作方程為〔2-5〕(2)相位比擬方程將=，=代入式(2-2)，可以得到全阻抗圓特性的相位比擬動(dòng)作方程為〔2-6〕全阻抗圓特性在各個(gè)方向上的動(dòng)作阻抗都一樣，它在正向或反向故障的情況下具有一樣的保護(hù)區(qū)，即阻抗元件本身不具有方向性。全阻抗圓特性的阻抗元件可以應(yīng)用于單側(cè)電源的系統(tǒng)中；當(dāng)應(yīng)用于多側(cè)電源系統(tǒng)中時(shí)，應(yīng)與方向元件相配合[1][13][14]。第三節(jié)距離保護(hù)定值配合的根本原則距離保護(hù)定值配合的根本原則如下：(1)距離保護(hù)裝置具有階梯式特性時(shí)，其相鄰上、下級保護(hù)段之間應(yīng)該逐級配合，即兩配合段之間應(yīng)在動(dòng)作時(shí)間及保護(hù)范圍上互相配合。距離保護(hù)也應(yīng)與上、下相鄰的其他保護(hù)裝置在動(dòng)作時(shí)間及保護(hù)范圍上相配合。例如：當(dāng)相鄰為發(fā)電機(jī)變壓器組時(shí)，應(yīng)與其過電流保護(hù)相配合；當(dāng)相鄰為變壓器或線路時(shí)，假設(shè)裝設(shè)電流、電壓保護(hù)，則應(yīng)與電流、電壓保護(hù)之動(dòng)作時(shí)間及保護(hù)范圍相配合[3]。(2)在*些特殊情況下，為了提高保護(hù)*段的靈敏度，或?yàn)榱思铀?段保護(hù)切除故障的時(shí)間，采用所謂"非選擇性動(dòng)作，再由重合閘加以糾正〞的措施。例如：當(dāng)*一較長線路的中間接有分支變壓器時(shí)，線路距離保護(hù)裝置第I段可允許按伸入至分支變壓器內(nèi)部整定，即可仍按所保護(hù)線路總阻抗的80%~85%計(jì)算，但應(yīng)躲開分支變壓器低壓母線故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，線路距離保護(hù)第I段可能與變壓器差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作(因變壓器差動(dòng)保護(hù)設(shè)有出口跳閘自保護(hù)回路)而由線路自動(dòng)重合閘加以糾正，使供電線路恢復(fù)正常供電[1]。(3)采用重合閘后加速方式到達(dá)保護(hù)配合的目的。采用重合閘后加速方式，除了加速故障切除，以減小時(shí)電力設(shè)備的破壞程度外，還可借以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性[2]。第四節(jié)定值計(jì)算的分支系數(shù)的選擇與計(jì)算對于分支系數(shù)的計(jì)算，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式，選取既符合平安運(yùn)行要求而又合理的情況下的數(shù)值，現(xiàn)介紹幾種常見的情況如下：一、帶有助增分支的網(wǎng)絡(luò)帶有助增電源的網(wǎng)絡(luò)。如圖2-4圖2-4有助增電源的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)相鄰保護(hù)之間有分支電路時(shí)，保護(hù)安裝處測量阻抗將隨分支電流的變化而變化，因此應(yīng)考慮分支系數(shù)對測量阻抗的影響，如圖線路B-C上k點(diǎn)短路時(shí)，斷路器2處的距離保護(hù)測量阻抗為[5]：〔2-7〕〔2-8〕式中、——母線A、B測量電壓；ZA-B——線路A-B的正序阻抗；Zk——短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處線路的正序阻抗；Kb——分支系數(shù)。對如下圖網(wǎng)絡(luò)，顯然Kb＞1，此時(shí)測量阻抗Zm2大于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的線路阻抗ZA-B+Zk，這種使測量阻抗變大的分支稱為助增分支，I3稱為助增電流。二、帶有外汲分支的網(wǎng)絡(luò)帶有外汲分支線的網(wǎng)絡(luò)。如圖2-5圖2-5有外汲分支線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)線路B-C上k點(diǎn)短路時(shí)，這里〔2-9〕顯然，Kb＜1，使得保護(hù)2處的測量阻抗Zm2小于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的線路阻抗ZA-B+Zk，這種使測量阻抗變小的分支稱為外汲分支，I3稱為外汲電流[1][5]。三、助增、外汲分支同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)助增、外汲分支線同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)。如圖2-6圖2-6助增、外汲分支線同時(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)圖當(dāng)如下圖，k1點(diǎn)短路時(shí)，這時(shí)〔2-10〕k2點(diǎn)短路時(shí)，這時(shí)〔2-11〕綜上：系統(tǒng)的運(yùn)行方式不同，分支系數(shù)也不同。分支系數(shù)的計(jì)算與距離保護(hù)整定值的正確與否密切相關(guān)，它不僅直接關(guān)系到距離保護(hù)范圍的大小，是距離繼電器能否動(dòng)作的關(guān)鍵，也關(guān)系到距離保護(hù)三段之間的配合及靈敏系數(shù)。根據(jù)運(yùn)行方式正確地選取及計(jì)算分支系數(shù)，是進(jìn)展距離保護(hù)整定計(jì)算的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容[1]。分支系數(shù)的選取及計(jì)算也有其原則：在計(jì)算整定值時(shí)，要使分支系數(shù)取得最小值；在校驗(yàn)檢測靈敏系數(shù)時(shí)，要使分支系數(shù)取得最大值。在計(jì)算時(shí)，允許不考慮分支負(fù)荷電流的影響。只有當(dāng)分支負(fù)荷電流較大，對于按負(fù)荷電流大小整定的*些保護(hù)段(如距離保護(hù)的第=3\*ROMANIII段)或者有必要準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)，才考慮分支負(fù)荷電流的影響[3][5]。第五節(jié)距離保護(hù)整定計(jì)算一、距離保護(hù)=1\*ROMANI段整定計(jì)算距離保護(hù)I段為無延時(shí)的速動(dòng)段，只反響本線路的故障。整定阻抗應(yīng)躲過本線路末端短路時(shí)的測量阻抗，考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，須引入可靠系數(shù)Krel，對斷路器2處的距離保護(hù)I段定值〔2-12〕式中LA-B——被保護(hù)線路的長度；z1——被保護(hù)線路單位長度的正序阻抗，Ω/km；KIrel[1][21]。二、距離保護(hù)=2\*ROMANII段整定計(jì)算距離保護(hù)I段只能保護(hù)線路全長的80%～85%，需設(shè)置II段保護(hù)。整定阻抗應(yīng)與相鄰線路或變壓器保護(hù)I段配合。(1)整定阻抗的計(jì)算=1\*GB3①與相鄰線路距離保護(hù)I段保護(hù)相配合。為了保證在下級線路上發(fā)生故障時(shí)，上級線路保護(hù)處的保護(hù)=2\*ROMANII段不至于越級跳閘，其=2\*ROMANII段的動(dòng)作范圍不應(yīng)該超出下級線路的I段的動(dòng)作范圍，保護(hù)2處的測量阻抗為〔2-13〕按照選擇性要求，此時(shí)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，考慮到運(yùn)行方式的變化影響，分支系數(shù)應(yīng)取最小值，引入可靠系數(shù)，距離II段的整定阻抗為〔2-14〕式中——可靠系數(shù)，與相鄰線路配合時(shí)取0.80～0.85。=2\*GB3②假設(shè)與相鄰變壓器配合。當(dāng)被保護(hù)線路的末端母線接有變壓器時(shí)，距離=2\*ROMANII段應(yīng)與變壓器的快速保護(hù)(一般是變壓器差動(dòng)保護(hù))相配合，其動(dòng)作范圍不應(yīng)超出變壓器快速保護(hù)的范圍。則整定計(jì)算公式為〔2-15〕式中可靠系數(shù)取0.70～0.75，為相鄰變壓器阻抗。距離II段的整定阻抗應(yīng)分別按照上述兩種情況進(jìn)展計(jì)算，取其中的較小者作為整定阻抗。(2)靈敏度的校驗(yàn)距離保護(hù)II段應(yīng)能保護(hù)線路的全長，并有足夠的靈敏度，要求靈敏系數(shù)應(yīng)滿足〔2-16〕如果靈敏度不滿足要求，則距離保護(hù)II段應(yīng)與相鄰元件的保護(hù)II段相配合，以提高保護(hù)動(dòng)作靈敏度。(3)動(dòng)作時(shí)限的整定距離II段的動(dòng)作時(shí)限，應(yīng)比與之配合的相鄰元件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間高出一個(gè)時(shí)間級差Δt，動(dòng)作時(shí)限整定為〔2-17〕式中——與本保護(hù)配合的相鄰元件保護(hù)I段或II段最大動(dòng)作時(shí)間[1][20]。三、距離保護(hù)=3\*ROMANIII段整定計(jì)算(1)整定阻抗計(jì)算距離保護(hù)III段的整定阻抗，按以后幾個(gè)原則計(jì)算：=1\*GB3①與相鄰下級線路距離保護(hù)II或III段配合整定〔2-18〕式中——與本保護(hù)配合的相鄰元件保護(hù)II段或III段整定阻抗。=2\*GB3②與相鄰下級線路或變壓器的電流、電壓保護(hù)配合整定〔2-19〕式中——相鄰元件電流、電壓保護(hù)的最小保護(hù)范圍對應(yīng)的阻抗值。=3\*GB3③躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定當(dāng)線路上負(fù)荷最大且母線電壓最低時(shí)，負(fù)荷阻抗最小，其值為〔2-20〕式中——母線額定電壓；——正常運(yùn)行母線電壓的最低值；——被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流。與過電流保護(hù)一樣，由于距離III段的動(dòng)作范圍大，需要考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)保護(hù)的返回問題，采用全阻抗繼電器時(shí)，整定阻抗為〔2-21〕式中Krel——可靠系數(shù)，一般取1.2～1.25；Kss——電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取1.5～2.5；Kre——阻抗測量元件的返回系數(shù)，取1.15～1.25。假設(shè)采用全阻抗繼電器保護(hù)的靈敏度不能滿足要求，可以采用方向阻抗繼電器，考慮到方向阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗隨阻抗角變化，整定阻抗計(jì)算如下：〔2-22〕式中——整定阻抗的阻抗角；——負(fù)荷阻抗的阻抗角。按上述三個(gè)原則計(jì)算，取其中較小者為距離保護(hù)III段的整定阻抗。(2)靈敏度的校驗(yàn)距離III段既作為本線路保護(hù)I、II段的近后備，又作為相鄰下級設(shè)備的遠(yuǎn)后備保護(hù)，并滿足靈敏度的要求。=1\*GB3①作為本線路近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端短路校驗(yàn)，計(jì)算公式如下：〔2-23〕=2\*GB3②作為相鄰元件或設(shè)備的近后備保護(hù)時(shí)，按相鄰元件末端短路校驗(yàn)，計(jì)算公式如下：〔2-24〕式中Kb.ma*——分支系數(shù)最大值；Zne*t——相鄰設(shè)備〔線路、變壓器等〕的阻抗。(3)動(dòng)作時(shí)間的整定距離III段的動(dòng)作時(shí)限，應(yīng)比與之配合的相鄰元件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間〔相鄰II段或III段〕高出一個(gè)時(shí)間級差Δt，動(dòng)作時(shí)限整定為〔2-25〕式中——與本保護(hù)配合的相鄰元件保護(hù)II段或III段最大動(dòng)作時(shí)間[1][17][19]。第六節(jié)對距離保護(hù)的評價(jià)對距離保護(hù)可以作出如下的評價(jià)：(1)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，由于電壓降低、電流增大的變化特征被同時(shí)利用到了距離保護(hù)中，使得距離保護(hù)繼電器的測量阻抗值更加可信，也使得保護(hù)范圍更加穩(wěn)定，靈敏系數(shù)高。同時(shí)電網(wǎng)多變的運(yùn)行方式對距離保護(hù)的影響不大，而且距離保護(hù)與電流保護(hù)相比，更適用于多側(cè)電源的高壓及超高壓電力系統(tǒng)中。(2)基于距離保護(hù)只測取了線路一側(cè)短路時(shí)的電流和電壓，根據(jù)可靠系數(shù)距離保護(hù)I段的整定范圍為線路全長的80%~85%，這樣就導(dǎo)致在雙側(cè)電源線路中，剩余的30%~40%的區(qū)域內(nèi)故障時(shí)，只有一側(cè)的保護(hù)能無延時(shí)地動(dòng)作，另一側(cè)保護(hù)需經(jīng)0.5秒的延時(shí)后跳閘；而延時(shí)跳閘對220kV及以上電壓等級的線路來說，如不能快速切除故障，將使電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞。(3)距離保護(hù)的阻抗測量原理，不僅可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)，還可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)中，一般作為大型貴重設(shè)備的后備保護(hù)。(4)相對于電流、電壓保護(hù)來說，距離保護(hù)的構(gòu)成、接線和算法都比擬復(fù)雜，裝置自身的可靠性稍差一些。第三章整定計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)第一節(jié)引言隨著智能電網(wǎng)在全國的新興，繼電保護(hù)也已經(jīng)進(jìn)入微機(jī)保護(hù)時(shí)代，保護(hù)的各種動(dòng)作原理主要用軟件及程序來實(shí)現(xiàn)。針對第一章中提到的繼電保護(hù)軟件中存在的問題，充分利用計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了一套方便、實(shí)用的繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件是十分必要的，它將在一定程度上實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算的自動(dòng)化和智能化[8][10]。本章節(jié)以距離保護(hù)為例研究了如何利用軟件開發(fā)工具M(jìn)atlab建立微機(jī)保護(hù)軟件，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的實(shí)時(shí)性。詳細(xì)闡述了建立距離保護(hù)模塊的過程，并將保護(hù)算法集中在程序中，不僅可以對保護(hù)算法進(jìn)展驗(yàn)證，還可以通過修改距離保護(hù)程序構(gòu)成基于其他保護(hù)原理的保護(hù)模塊，因而所創(chuàng)立的軟件具有通用性，可用于驗(yàn)證各種保護(hù)原理，具有一定的推廣價(jià)值[11]?；贛atlab所建立的三段式距離保護(hù)軟件，能夠正確反映保護(hù)范圍內(nèi)的各種相間故障，實(shí)現(xiàn)了本線路保護(hù)和下級線路的后備保護(hù)；能夠準(zhǔn)確快速地計(jì)算出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)裝置的整定值，并且定值能夠適用于多種不同的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)整定計(jì)算過程的自動(dòng)化和智能化[12]。因此Matlab軟件提供了方便的仿真驗(yàn)證平臺，利用Matlab建模結(jié)合保護(hù)算法程序能夠直觀地驗(yàn)證保護(hù)原理，有利于新的繼電保護(hù)算法的研究和開發(fā)。第二節(jié)軟件開發(fā)工具一、Matlab語言簡介Matlab語言是當(dāng)今國際上科學(xué)界最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算，并已經(jīng)開展成一種高度集成的計(jì)算機(jī)語言。它提供了強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算、靈活的程序設(shè)計(jì)流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計(jì)、便捷的與其他程序和語言接口的功能。概括來說，Matlab語言的特點(diǎn)如下有：1.自帶幫助手冊。針對初學(xué)者來說，Matlab提供多門學(xué)科的幫助手冊，用戶可根據(jù)自己需要選擇學(xué)科類別，通過自學(xué)就能掌握Matlab；2.內(nèi)部函數(shù)豐富。Matlab是在C語言根本上開展起來的，它很大程度上涵蓋了C語言的函數(shù)資源，因此接觸過C語言的人可以輕松自如地使用Matlab的函數(shù)庫，使編程更加簡單，省時(shí)。編程環(huán)境。由于Matlab是在C語言環(huán)境下開發(fā)的，它的流程控制語句〔如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句〕與C語句差不多。同時(shí)Matlab具有面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境，初學(xué)者能很快上手Matlab語言。4.Matlab語言簡潔緊湊。用戶在使用數(shù)據(jù)、矩陣時(shí)，不需要預(yù)先對數(shù)據(jù)的類型或矩陣進(jìn)展自定義；而且Matlab自身就提供一些數(shù)學(xué)函數(shù)，用戶可以直接調(diào)用。5.支持多種操作系統(tǒng)。Matlab程序幾乎可以不經(jīng)修改就可以在很多計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，這給用戶帶來了很大的方便。6.Matlab的圖形功能強(qiáng)大。Matlab擁有強(qiáng)大的圖形處理能力，它本身具有很多繪圖的函數(shù)庫，能夠輕易地畫出各種學(xué)科的二維、三維圖，將抽象的數(shù)據(jù)可視化。7.與其他軟件和語言有良好的對接性。Matlab與Fortran、basic和C之間都可以實(shí)現(xiàn)很方便的連接，用戶只需將已有的E*E文件轉(zhuǎn)換成ME*文件即可。8.開放的源程序。Matlab自身攜帶的核心文件和工具箱，含有大量可讀可改的源文件，用戶可以根據(jù)自己的需要對其進(jìn)展修改，構(gòu)成新的文件參加自己的工具箱，這受到廣闊用戶的強(qiáng)烈喜愛。9.Matlab的缺點(diǎn)是，由于Matlab是解釋性語言，它不用預(yù)先進(jìn)展編譯處理，也不能生成可執(zhí)行的文件，因些和其它高級語言相比，它的執(zhí)行速度較慢。本文所創(chuàng)立的軟件是基于MicrosoftWindows*P操作系統(tǒng)，主要利用Matlab強(qiáng)大的編程功能和圖形用戶界面GUI功能設(shè)計(jì)開發(fā)的，該軟件是距離保護(hù)定值計(jì)算現(xiàn)代化的智能工具。二、圖形用戶界面GUI簡介GUI〔GUI:GraphicalUserInterfaces〕是由窗口、按鍵、菜單、文字說明等對象構(gòu)成的、運(yùn)行于Matlab平臺下的圖形用戶界面。用戶利用一些的方法，選定、激活特定的圖形對象，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的計(jì)算和繪圖功能。GUI就是將抽象的程序執(zhí)行流程通過它自身提供的人機(jī)界面具體地表現(xiàn)出來的。也就是說，這不僅將程序的功能具體化，可視化，也提供良好的人機(jī)對話窗口，給科研分析設(shè)計(jì)帶來更大的靈活性[13][14]。第三節(jié)軟件設(shè)計(jì)框架圖一、軟件構(gòu)造示意圖根據(jù)距離保護(hù)整定計(jì)算過程，從功能構(gòu)造上把系統(tǒng)分為五大模塊，分別是系統(tǒng)原始參數(shù)輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、整定結(jié)果輸出模塊、阻抗計(jì)算主程序模塊和圖形用戶界面模塊[8][9]，如圖3-1。圖3-1軟件構(gòu)造示意圖二、軟件功能模塊概述下面分別就各個(gè)模塊的功能進(jìn)展具體介紹。=1\*GB3①系統(tǒng)原始參數(shù)輸入模塊系統(tǒng)原始參數(shù)輸入模塊是把電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到軟件內(nèi)的模塊，它是整個(gè)軟件的初始參數(shù)，是整個(gè)軟件適用用各個(gè)系統(tǒng)的根本。=2\*GB3②圖形用戶界面模塊圖形用戶界面模塊是用戶與軟件交流的模塊。用戶可以通過此模塊更好的、靈活的操作和運(yùn)用此軟件。如圖3-2圖3-2圖形用戶界面模塊圖=3\*GB3③整定值計(jì)算模塊整定值計(jì)算模塊是本文的主要的工作。它可以進(jìn)展相間三段式距離保護(hù)的整定計(jì)算。整定值計(jì)算主要是從可靠性出發(fā)，除了保證可靠性外還需要有足夠的靈敏度，這就需要進(jìn)展定值校核。一般在最大運(yùn)行方式下進(jìn)展定值計(jì)算．而在最小運(yùn)行方式下校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度。=4\*GB3④阻抗計(jì)算主程序模塊阻抗計(jì)算主程序模塊是本軟件的核心模塊，是進(jìn)展相間距離保護(hù)的整定計(jì)算的算法。通過從輸入數(shù)據(jù)模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)展整定計(jì)算再從輸出界面輸出。如圖3-3：圖3-3阻抗計(jì)算主程序流程圖=5\*GB3⑤整定結(jié)果輸出模塊整定結(jié)果輸出模塊是通過輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)展整定計(jì)算從而將得出的結(jié)果再輸出給圖形用戶界面的模塊。如圖3-4：圖3-4整定結(jié)果輸出示意圖三、軟件的功能特性該軟件具有友好的人機(jī)界面和方便的操作特性，能夠廣泛地應(yīng)用于輸電網(wǎng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算中的距離保護(hù)局部。此軟件具體的功能特性如下：1．軟件用于計(jì)算110kv及以上電壓等級的電網(wǎng)中的相間距離保護(hù)，在可視化的圖形用戶界面中選擇系統(tǒng)運(yùn)行方式，然后輸入系統(tǒng)原始參數(shù)，并自動(dòng)整定輸出整定結(jié)果。2．在整定計(jì)算時(shí)按最大運(yùn)行方式整定，而在最小運(yùn)行方式下進(jìn)展校核校驗(yàn)。3．距離保護(hù)整定計(jì)算結(jié)果符合"3--110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置整定規(guī)程"等標(biāo)準(zhǔn)要求[9]。4．圖形化界面使操作更直觀、方便，能代替人工整定計(jì)算，在很大程度上提高了工作效率，而且軟件擴(kuò)展性強(qiáng)。第四章算例結(jié)果分析第一節(jié)算例一、手算算例如圖4-1中，各線路均裝有距離保護(hù)，試對保護(hù)1的相間短路距離保護(hù)I、II、III段進(jìn)展整定計(jì)算，即求各段動(dòng)作阻抗，，，動(dòng)作時(shí)間，，和校驗(yàn)其靈敏性，即求，，。線路A-B的最大負(fù)荷電流為I=350A，功率因數(shù)D＝0.9，所有線路單位阻抗/km，阻抗角＝，自起動(dòng)系數(shù)＝1.5，正常時(shí)母線最低電壓〔=110kV〕。其它參數(shù)如圖4-1。圖4-1算例的網(wǎng)絡(luò)接線圖解：〔1〕有關(guān)元件阻抗的計(jì)算A-B線路的正序阻抗B-C每回線路的正序阻抗變壓器的等值阻抗〔2〕距離=1\*ROMANI段的整定=1\*GB3①整定阻抗=2\*GB3②動(dòng)作時(shí)間?！驳贗段實(shí)為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間〕〔3〕距離=2\*ROMANII段的整定1〕整定阻抗。按以下兩個(gè)條件選擇：①與相鄰線路保護(hù)3〔或保護(hù)5〕的=1\*ROMANI段配合式中＝0.85×24＝20.4〔〕為保護(hù)3的I段末端發(fā)生短路時(shí)對保護(hù)1而言的最小分支系數(shù)。如圖4-2，當(dāng)保護(hù)的3的I段末端K1點(diǎn)短路時(shí)，分支系數(shù)可按下式求出圖4-2距離II段分支系數(shù)的等值電路可以看出，為了使為最小，應(yīng)選用可能的最小值，即，而應(yīng)選用可能最大值，即，而相鄰線路的并列平行二分支應(yīng)投入，因而因而，=2\*ROMANII段的定值為②按躲開相鄰變壓器低壓側(cè)出口K2點(diǎn)短路整定，即與相鄰變壓器瞬動(dòng)保護(hù)〔其差動(dòng)保護(hù)〕配合。這里為相鄰變壓器出口K2點(diǎn)短路時(shí)對保護(hù)1的分支系數(shù)，由圖4-2可見，當(dāng)K2點(diǎn)短路時(shí)此處取=0.7是因?yàn)樽儔浩鞯碾娍褂?jì)算值一般誤差比擬大。取以上兩個(gè)計(jì)算結(jié)果中較小者為整定值，即取。2〕靈敏性校驗(yàn)：按本線路末端短路求靈敏系數(shù)為滿足要求。3〕動(dòng)作時(shí)間，與相鄰線路保護(hù)的I段動(dòng)作時(shí)限相配合〔4〕距離=3\*ROMANIII段的整定1〕整定阻抗：按躲開最小負(fù)荷阻抗整定設(shè)相間距離III段采用方向阻抗繼電器，整定計(jì)算公式為取＝1.2，＝1.15，，當(dāng)時(shí)，，可得2〕靈敏性校驗(yàn)〔求靈敏系數(shù)〕：①當(dāng)本線路末端短路時(shí)，靈敏系數(shù)為滿足要求。②當(dāng)相鄰元件末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)：相鄰線路末端短路時(shí)確定式中為相鄰線路BC末端短路時(shí)對保護(hù)1而言的最大分支系數(shù)。該系數(shù)如圖4-3所示，可按下式計(jì)算圖4-3距離III段靈敏度的等值電路此時(shí)，取可能最大值，即取，應(yīng)取可能最小值，即取，而相鄰平行線路處于一回線停運(yùn)狀態(tài)〔這時(shí)分支系數(shù)為最大〕。于是，滿足要求。相鄰變壓器低壓側(cè)出口K2，故靈敏系數(shù)為作為變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)不滿足要求，變壓器需增加近后備保護(hù)。3〕動(dòng)作時(shí)間或取其中較長者為整定時(shí)限二、軟件整定結(jié)果選擇用戶界面中的系統(tǒng)運(yùn)行方式四，輸入系統(tǒng)原始參數(shù)，得到距離保護(hù)軟件整定計(jì)算結(jié)果的輸出如以下圖所示：圖4-2距離保護(hù)軟件整定計(jì)算結(jié)果第二節(jié)分析及結(jié)論將算例的手算結(jié)果與軟件整定的結(jié)果進(jìn)展相比照，發(fā)現(xiàn)在誤差允許的范圍內(nèi)，軟件整定輸出的整定阻抗值、靈敏系數(shù)、動(dòng)作時(shí)限的結(jié)果都是正確的，并且從靈敏系數(shù)的結(jié)果也可以看出：嵌套在軟件中的三段式距離保護(hù)程序的算法原則是符合電網(wǎng)整定計(jì)算規(guī)則的。根據(jù)實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)歷我們知道，電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式不僅復(fù)雜，而且變化性很強(qiáng)，而此軟件在滿足選擇性、靈敏性、速動(dòng)性的要求下，準(zhǔn)確地計(jì)算出距離保護(hù)裝置的整定值，實(shí)現(xiàn)了整定計(jì)算過程要求的自動(dòng)化和智能化。第五章結(jié)論第一節(jié)工作總結(jié)距離保護(hù)是針對電力系統(tǒng)的相間故障而設(shè)的保護(hù)裝置，在輸電網(wǎng)中相間距離保護(hù)是必須配置的后備保護(hù)。距離保護(hù)可以應(yīng)用在任何構(gòu)造復(fù)雜、運(yùn)行方式多變的電力系統(tǒng)中和超高壓及高壓電網(wǎng)中。距離保護(hù)整定計(jì)算是繼電保護(hù)的一項(xiàng)非常重要的工作，提高整定計(jì)算的效率和準(zhǔn)確度，對電力工業(yè)的開展有著深遠(yuǎn)的影響。本論文采用Matlab作為開發(fā)語言編制了距離保護(hù)整定計(jì)算軟件。該軟件主要用于高壓輸電網(wǎng)線路的距離整定計(jì)算。總結(jié)本文的工作，取得以下幾個(gè)方面的研究成果：(1)分析了高壓電網(wǎng)線路距離保護(hù)的特點(diǎn)、性能以及三段式距離保護(hù)整定計(jì)算的原則。其中對距離保護(hù)=2\*ROMANII段中較為復(fù)雜的最大分支系數(shù)、最小分支系數(shù)及靈敏系數(shù)的求取情況也作了探討。(2)針對距離保護(hù)的根本原理，實(shí)現(xiàn)了三段式距離保護(hù)整定計(jì)算的計(jì)算機(jī)整定。(3)完成了整定計(jì)算軟件的功能。該軟件具有以下功能：=1\*GB3①軟件用于計(jì)算110kv及以上電壓等級的電網(wǎng)中的相間距離保護(hù)，在可視化的圖形用戶界面中選擇系統(tǒng)運(yùn)行方式，然后輸入系統(tǒng)原始參數(shù)，并自動(dòng)整定輸出整定結(jié)果。=2\*GB3②在整定計(jì)算時(shí)按最大運(yùn)行方式整定，而在最小運(yùn)行方式下進(jìn)展校核校驗(yàn)。=3\*GB3③距離保護(hù)整定計(jì)算結(jié)果符合"3--110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置整定規(guī)程"等標(biāo)準(zhǔn)要求。=4\*GB3④圖形化界面使操作更直觀、方便，能代替人工整定計(jì)算，在很大程度上提高了工作效率，而且軟件擴(kuò)展性強(qiáng)。第二節(jié)缺乏與展望本文的研究工作還存在一些缺乏，將在以后的工作中作進(jìn)一步改良，現(xiàn)總結(jié)如下：本論文編制的軟件所針對的電網(wǎng)主要是指輻射型電網(wǎng)，沒有考慮環(huán)型電網(wǎng)情況；該軟件最后的整定結(jié)果只是針對單一的保護(hù)裝置而言，如何能快速地整定計(jì)算出系統(tǒng)電網(wǎng)的各個(gè)保護(hù)裝置的整定值，還要進(jìn)一步擴(kuò)大軟件的數(shù)據(jù)存儲功能；由于時(shí)間緊迫加之本人自身能力有限，軟件的繪制電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電氣接線圖的模塊沒能創(chuàng)立出來，如果能完成這一模塊，就可以進(jìn)一步完善圖形用戶界面，增加軟件的功能，也使軟件進(jìn)一步可視化，人性化。致本篇論文是在導(dǎo)師周玲教授