微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置

發(fā)布時(shí)間：2023-11-21 15:35:23 來源: 浙江宏瑞科技有限公司

1　裝置的特點(diǎn)

微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置是在充分發(fā)揮微型計(jì)算機(jī)智能作用的基礎(chǔ)上，根據(jù)自適應(yīng)繼電保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)保護(hù)裝置，它具有速斷、過電流保護(hù)(反時(shí)限或定時(shí)限特性)、自動(dòng)重合閘、過負(fù)荷檢測(cè)(作用于信號(hào)或跳閘)等功能，適用于10～35 kV系統(tǒng)中的終端饋電線路。

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的微機(jī)式饋線保護(hù)裝置，都是按傳統(tǒng)的整定計(jì)算原則，以離線的計(jì)算方式確定保護(hù)動(dòng)作定值，并用人工輸入保護(hù)定值的方法實(shí)現(xiàn)的。在這些微機(jī)保護(hù)裝置中定值是固定不變的，它不能適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和不同的故障狀態(tài)，也不能使保護(hù)的性能處于狀態(tài)。為了適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，有些微機(jī)保護(hù)裝置中附加有遙調(diào)定值的功能，顯然這種附加的遙調(diào)定值的功能無論如何也不能適應(yīng)千變?nèi)f化的系統(tǒng)運(yùn)行方式，并且還降低了保護(hù)的可靠性。與傳統(tǒng)的微機(jī)式饋線保護(hù)裝置不同，自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置能根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障類型在線實(shí)時(shí)地計(jì)算速斷和過電流保護(hù)的定值，使保護(hù)的動(dòng)作值始終處于狀態(tài)，從而地提高了保護(hù)的可靠性和靈敏度。它的另一個(gè)引人注目的特點(diǎn)是裝置本身能自動(dòng)完成保護(hù)動(dòng)作值的計(jì)算整定，也就是說，只要輸入被保護(hù)線路的阻抗參數(shù)，自適應(yīng)微機(jī)保護(hù)將自動(dòng)完成計(jì)算整定的全部任務(wù)，勿需人工參予，因此使用維護(hù)也方便。

本裝置有以下主要特點(diǎn)：

(1)　保護(hù)裝置能根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式和故障狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算保護(hù)的定值，速斷和過電流保護(hù)的定值都不是常數(shù)，它們隨系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障類型不同而變化，但始終使定值保持在狀態(tài)；

(2)　保護(hù)裝置的速斷和過電流定值的計(jì)算整定全部由裝置本身在線、實(shí)時(shí)、自動(dòng)完成，勿需人工參予，使用維護(hù)方便；

(3)　保護(hù)裝置能提供不同功能的自適應(yīng)速斷和過電流保護(hù)功能，用戶可自由選用；

(4)　人機(jī)界面友好，裝置面板上設(shè)有一個(gè)4行(每行16個(gè)字符)的液晶顯示器及一個(gè)6鍵鍵盤，菜單問答式人機(jī)對(duì)話方式；

(5)　裝置面板上提供一個(gè)R232接口，用于連接PC機(jī)，從而可以在PC機(jī)漢化文字的引導(dǎo)下，收取保護(hù)裝置內(nèi)部的故障記錄存于PC機(jī)硬盤；

(6)　裝置提供一個(gè)遠(yuǎn)傳接口，用于和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；

(7)　裝置提供一個(gè)打印接口，可以在當(dāng)?shù)剡B接打印機(jī)，以輸出保護(hù)內(nèi)部的報(bào)告數(shù)據(jù)，也可以由此通過遠(yuǎn)傳接口送至后臺(tái)管理系統(tǒng)統(tǒng)一打印輸出；

(8)　完整的操作箱功能；

(9)　裝置除具有基本保護(hù)功能外，還充分利用微機(jī)的軟硬件資源，完成以下附加功能：①近10次事件記錄，并具有掉電保護(hù)功能；②正常運(yùn)行情況下液晶顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、線路負(fù)荷電流、電壓以及重合閘充電指示等。

2　裝置的動(dòng)作原理及實(shí)現(xiàn)方法

2.1　自適應(yīng)速斷保護(hù)

為了使速斷保護(hù)能適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化和不同的故障類型，自適應(yīng)速斷的整定值IZSD由下式?jīng)Q定：IZSD＝KkKdEs/(ZS+ZL)(1)式中　ES為系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)；ZS為系統(tǒng)的等效阻抗；ZL為被保護(hù)線路的阻抗；Kk為可靠系數(shù)，Kk＞1；Kd為短路類型系數(shù)。式(1)中可靠系數(shù)Kk和被保護(hù)線路阻抗ZL為常量。ES可設(shè)為固定值，例如對(duì)10 kV線路可近似取kV，也可在線實(shí)時(shí)計(jì)算出準(zhǔn)確值。短路類型系數(shù)Kd由保護(hù)裝置決定，對(duì)于三相短路取Kd＝1，對(duì)兩相短路取。系統(tǒng)的等效阻抗ZS對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，它由保護(hù)裝置根據(jù)電壓和電流的故障分量決定［1］，表示為：ZS＝-Umg/Img(2)式中　Umg,Img為保護(hù)裝置求出的故障分量電壓、電流。在三相電力系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，系統(tǒng)正序阻抗Z1S可用下式計(jì)算：

Z1S＝-U1mg/I1mg(3)

式中　U1mg,I1mg為保護(hù)安裝處的正序電壓、電流的故障分量。

系統(tǒng)的正序阻抗也可根據(jù)選相結(jié)果，利用對(duì)應(yīng)的相間電壓和兩相電流差的故障分量求出。

綜上所述，與傳統(tǒng)速斷相比，自適應(yīng)速斷有以下主要特點(diǎn)：

(1)　速斷定值不是常數(shù)，它由當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)決定，因此，速斷定值和保護(hù)范圍能保持在狀態(tài)；

(2)　速斷定值由微機(jī)保護(hù)裝置在線、實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算整定，只要輸入被保護(hù)線路的阻抗值，計(jì)算整定的全過程由裝置自動(dòng)完成，不需人工干預(yù)；

(3)　為了實(shí)現(xiàn)適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，在求系統(tǒng)綜合阻抗時(shí)，引入了電壓量。這種方法與國(guó)外提出的利用局域網(wǎng)，在線實(shí)時(shí)計(jì)算整定的方法［2］相比不僅

準(zhǔn)確可靠，而且異常簡(jiǎn)單。此外，裝置中還采取了電壓回路斷線的有效對(duì)策，保證自適應(yīng)速斷能可靠動(dòng)作。

2.2　自適應(yīng)過電流保護(hù)

與傳統(tǒng)過電流保護(hù)不同，自適應(yīng)過電流保護(hù)的動(dòng)作值可根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際負(fù)荷電流或短路電流由裝置自動(dòng)設(shè)定。由于負(fù)荷電流通常均小于負(fù)荷電流，因此，按當(dāng)前負(fù)荷電流整定有利于提高保護(hù)的靈敏度，而按短路電流整定則能保證保護(hù)可靠動(dòng)作的要求。自適應(yīng)過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間特性有定時(shí)限和反時(shí)限兩種。從理論上講，由于必須從負(fù)荷端向電源端逐級(jí)計(jì)算才能保證動(dòng)作時(shí)間的正確配合，而本端保護(hù)裝置無法預(yù)知下一級(jí)線路的過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間(利用通道傳送信息除外)，因此，動(dòng)作時(shí)間的自動(dòng)整定是很難實(shí)現(xiàn)的。但考慮到配電網(wǎng)饋線保護(hù)的實(shí)際情況，對(duì)某些不大于兩級(jí)要求時(shí)限配合的線路，本裝置提供了可以在線自動(dòng)整定的反時(shí)限特性。例如對(duì)于端反時(shí)限特性可表示為。

t=tp/［(I/Ip)2-1］(4)式中　t為保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；tp為時(shí)間系數(shù)；I為通過繼電器的電流；Ip為2IGL/3，其中IGL為過電流保護(hù)的動(dòng)作電流。

式(4)中時(shí)間系數(shù)tp可由下式?jīng)Q定：

tp＝Δt×n［(I/Ip)2-1］(5)

式中n為級(jí)數(shù)，當(dāng)本裝置保護(hù)線路下一級(jí)只有一級(jí)時(shí)，取n=1；有兩級(jí)時(shí)，取n=2；Δt為時(shí)間級(jí)差，本裝置取Δt=0.4 s。

當(dāng)時(shí)間系數(shù)tp確定后，反時(shí)限特性就由式(4)決定。應(yīng)用端反時(shí)限特性可以與下級(jí)的熔斷器時(shí)間特性配合。

3　裝置的附加功能

本裝置所提供的主要功能中的自適應(yīng)速斷和自適應(yīng)過電流保護(hù)具有的優(yōu)點(diǎn)，但考慮到用戶的不同條件和不同的要求，例如有些用戶不愿引入電壓量，或沒有可

用的電壓量的條件，本裝置提供了附加功能以滿足上述要求。

在不引入電壓量的前提下，裝置提供了只對(duì)不同故障類型自適應(yīng)的低度自適應(yīng)速斷和過電流保護(hù)功能。它們像傳統(tǒng)同類保護(hù)一樣，需要離線計(jì)算保護(hù)定值及動(dòng)作時(shí)間，并采用人工輸入定值的方法。但是它又優(yōu)于傳統(tǒng)的同類保護(hù)，表現(xiàn)在它采用了對(duì)不同故障類型自適應(yīng)的方法，即根據(jù)不同類型故障，在線自動(dòng)改變定值的方法，表示為：

式中為電流速斷或過電流保護(hù)在三相短路時(shí)的定值；為電流速斷或過電流保護(hù)在兩相短路時(shí)的定值。

使用式(6)的方法整定保護(hù)后，可以使保護(hù)在兩相短路時(shí)與三相短路時(shí)有相同的靈敏度，從而與傳統(tǒng)保護(hù)相比有更大的速斷保護(hù)范圍和提高過電流保護(hù)的靈敏度。

4　裝置功能的組合方案

方案1為速斷和過電流保護(hù)均按裝置的主要功能(見本文第2節(jié))實(shí)現(xiàn)。這種方案既能適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，又能適應(yīng)不同的故障類型，保護(hù)的定值可由裝置在線、實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算整定，且可使保護(hù)性能處于狀態(tài)，但裝置需要接入電壓量。

方案2為速斷和過電流保護(hù)均按裝置的附加功能(見本文第3節(jié))實(shí)現(xiàn)。這種方案只能適應(yīng)不同的故障類型，保護(hù)的定值按傳統(tǒng)同類保護(hù)的方法，離線計(jì)算整定和人工輸入保護(hù)定值。但在進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)時(shí)，只按三相短路校驗(yàn)滿足要求即可應(yīng)用。這種方案比同類微機(jī)保護(hù)有較高的靈敏度，也不要求接入電壓量。

方案3為過電流保護(hù)按附加功能，速斷保護(hù)按主要功能實(shí)現(xiàn)。這種方案要求接入電壓量，速斷保護(hù)對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)保護(hù)中的電壓閉鎖電流速斷保護(hù)，但自適應(yīng)速斷保護(hù)的性能不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的電壓閉鎖電流速斷，而且不需要人工整定計(jì)算。

上述三種方案各有其特色，用戶可根據(jù)自己的條件及要求進(jìn)行選擇，三種方案由控制字改換，非常方便。在運(yùn)用中，裝置只能在某一種方案下工作。

5　裝置的構(gòu)成

5.1　裝置的硬件

自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置由高性能16位單片機(jī)構(gòu)成，采用C196CPU芯片，使用A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣。

本裝置采用國(guó)家電力公司南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠統(tǒng)一外觀的19/2英寸機(jī)箱，內(nèi)部插件為插拔式，具有鎖緊機(jī)構(gòu)，各插件之間的連接采用母板印刷板連接方式。

裝置有以下5個(gè)插件：

(1)　交流插件，完成電流、電壓變換；

(2)　采樣保護(hù)插件，完成數(shù)據(jù)采樣，共有IA，IB，IC，UAB，UBC，UCA6路，同時(shí)保留了3I0，3U0，UL以便以后增加功能；

(3)　處理器插件，完成數(shù)據(jù)處理、保護(hù)控制、故障判斷和通信等功能；

(4)　電源插件，外接直流220 V或110 V電源，提供5 V，±15 V，24 V等直流電壓；

(5)　信號(hào)及出口插件，完成出口跳、合閘和發(fā)信號(hào)等功能。

面版上有液晶、鍵盤、指示燈來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

5.2　裝置的軟件

在編制WXB-32型自適應(yīng)饋線保護(hù)軟件時(shí)，考慮到以下基本要求：

(1)　發(fā)生故障時(shí)，能保證按自適應(yīng)保護(hù)原理、算法及要求正確動(dòng)作；

(2)　跳閘后在滿足一定條件下，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘；

(3)　運(yùn)行期間出現(xiàn)TV斷線、斷路器偷跳等情況，不僅要發(fā)警告信號(hào)，還應(yīng)采取相應(yīng)措施，例如偷跳時(shí)應(yīng)能自動(dòng)重合閘；

(4)　運(yùn)行期間若出現(xiàn)RAM，ROM檢查出錯(cuò)、定值出錯(cuò)、跳閘回路出錯(cuò)、TA斷線等，都應(yīng)發(fā)中央警告信號(hào)，并閉鎖出口跳合閘，同時(shí)置裝置為“異常狀態(tài)”，以上情況，再包括跳閘失靈等，都要將相應(yīng)的信息作入報(bào)告；

(5)　能實(shí)現(xiàn)與變電站自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)和與PC機(jī)通信等功能；

(6)　能自動(dòng)或手動(dòng)打印有關(guān)數(shù)據(jù)；

(7)　有良好的人機(jī)界面，便于操作。

根據(jù)上述要求，裝置的軟件由5個(gè)PLM程序模塊及兩個(gè)小匯編程序組成。W.PLM是完成上電初始化的主程序，它含有一個(gè)每1.667 ms執(zhí)行一次的采樣中斷程序以及過

負(fù)荷中斷程序和低周減載處理程序；DR.PLM是完成菜單顯示和人機(jī)交換的模塊；REPORT.PLM是完成報(bào)告的顯示和打印模塊；SUB.PLM是以上三個(gè)模塊通用的子函數(shù)

模塊；GZ.PLM是故障處理模塊。匯編程序F.ASM完成傅氏變換，R.ASM完成開根號(hào)運(yùn)算。

主程序上電后先自檢，然后根據(jù)操作人員的選擇進(jìn)入調(diào)試菜單或運(yùn)行菜單。在運(yùn)行狀態(tài)下，液晶上的行顯示時(shí)間(時(shí)、分、秒)，后一個(gè)字符若為‘H’，則

表明重合閘已充好電，第二行至第四行顯示電流、電壓量。液晶正常顯示畫面如下所示：

16∶58∶13　　　　　　f=50.1　　　H

A　309 A　　　　AB　10.5 kV

B　310 A　　　　BC　10.4 kV

C　310 A　　　　CA　10.5 kV

發(fā)生故障時(shí)，采樣中斷程序中的啟動(dòng)元件啟動(dòng)，進(jìn)入故障處理程序。在故障處理程序中作完相應(yīng)的處理后，完成整組復(fù)歸。若出口起動(dòng)命令發(fā)出過，則裝置上“有報(bào)告”的燈亮，報(bào)告已完成，裝置自動(dòng)打印，報(bào)告格式舉例如下：

1997_10_08　　14∶30∶56　　

(故障發(fā)生年　月　日　時(shí)∶分∶秒)

Line　NO：　　0001　　　(故障線路號(hào))

FAULTY　TYPE　　A B C　　(故障類型)

IA＝1 170 A　　　　(A相故障電流)

IC＝1 165 A　　　　(C相故障電流)

UAB＝08.35 kV　　(AB相間故障電壓)

UBC＝08.36 kV　　(BC相間故障電壓)

UCA＝08.30 kV　　(CA相間故障電壓)

SETSD：0620　　A　　(速斷定值)

SETGL：0200　　A　　(過電流定值)

Time　(ms) Relay　message

NO.1 00031 　START　(起動(dòng)) 

NO.2 00031 　SD TRIP　(速斷跳閘) 

NO.3 01025 　RECLOSE　(重合閘)

6　裝置的使用

在使用本裝置時(shí)首先要根據(jù)自身的條件確定選用哪一種方案。

如果決定選用方案1，由于定值可以在線、實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算整定，故不需離線整定計(jì)算。當(dāng)采用定時(shí)限特性時(shí)，仍需根據(jù)時(shí)限配合的要求，確定動(dòng)作時(shí)限，并用人工方式輸入時(shí)間定值。如果決定選用方案2，應(yīng)按傳統(tǒng)的速斷和過電流的離線方式計(jì)算保護(hù)的定值和動(dòng)作時(shí)限，然后用人工方式輸入定值。由于此方案具有對(duì)故障類型自適應(yīng)功能，因此在計(jì)算過電流保護(hù)的靈敏度時(shí)，只按小運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路進(jìn)行檢驗(yàn)即可。

如果決定選用方案3，對(duì)速斷不需進(jìn)行任何離線計(jì)算，只要輸入被保護(hù)線路的阻抗值，裝置即可自動(dòng)完成速斷計(jì)算整定。對(duì)于過電流保護(hù)需要進(jìn)行與方案2相同的計(jì)

算整定。

當(dāng)設(shè)計(jì)或運(yùn)行人員需要了解自適應(yīng)速斷的效果時(shí)，其保護(hù)范圍αA可用下式計(jì)算［1］： 

αA＝［ZL-(Kk-1)ZS］／KkZL

(7)式ZS為當(dāng)前的等效系統(tǒng)阻抗；ZL為被保護(hù)線路阻抗；Kk為可靠系數(shù)，本裝置用Kk=1.2。

7　結(jié)論

微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置是在突破了模擬式繼電保護(hù)傳統(tǒng)觀念的束縛，充分發(fā)揮微機(jī)的智能作用和利用當(dāng)?shù)氐墓收闲畔⒌幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。裝置的性

體現(xiàn)在能在線、實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行方式及故障狀態(tài)并據(jù)此自動(dòng)地計(jì)算保護(hù)的定值，從而使保護(hù)性能始終處于狀態(tài)。裝置提供了多種方案以適應(yīng)不同用戶的需

要又充分說明了其靈活性，可以預(yù)期本裝置必將以其的性能以及使用維護(hù)的靈活性與方便性受到用戶的信賴和歡迎。