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摘 要：微机型距离保护是在常规型距离保护的技术基础上发展起来的。后者通过模拟电路来工作，前者通过不同的应用算法实现其不同功能。为此，就微机型距离保护解决问题的特殊处理方法进行了介绍，并与常规距离保护的技术特点进行了分析比较。 关键词：常规型距离保护；微机型距离保护；技术特点；比较分析 在计算机保护的发展过程中，人们对微机距离保护给予了更多的关注，寄希望于计算机能用它独特的处理方法对距离保护的性能有所改善。基于大量的算法研究与电网的运行实践，微机距离保护在实现距离保护功能方面与常规的距离保护比较，可靠性、灵敏性、选择性及速动性都有了很大的提高，其主要表现为成熟的应用算法以及对常规距离保护遇到问题时的特殊处理方法。 1 常规距离保护在解决问题时采用的技术手段 1．1 防止过渡电阻影响的方法 过渡电阻对距离保护的影响涉及超越、失去方向性和区内故障可能拒动几方面的问题。特别需要指出的是：超高压输电线路阻抗角很大（约85°），超越和失去方向性的可能性也增大。常规模拟式保护阻抗元件有各种构成方法及各种动作特性。过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响程度也不相同，椭圆特性的阻抗继电器、方向继电器及全阻抗继电器受过渡电阻的影响，在保护区内故障时均可能拒动。目前常规距离保护在防止过渡电阻影响的方法有： a）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，如电抗继电器、四边形继电器、偏移特性的阻抗继电器等。 b）采用瞬时测定装置。此类装置的设计出发点是：短路初瞬电弧电阻不大，测量阻抗比较正确；稍后电弧电阻将急剧增大。瞬间测定技术就是将阻抗继电器一开始测量的阻抗固定下来，使之不受后来电弧电阻急剧增大的影响，达到正确测量短路地点的目的。 1.2 系统振荡影响的应对措施 距离保护必须充分考虑系统振荡对其工作的影响。为防范系统振荡时距离保护的误动作，振荡闭锁措施必须满足下列基本要求： a）系统振荡但无故障，保护装置应可靠； b）系统发生短路故障时，保护装置不应被闭锁； c）在振荡过程中又发生故障，保护装置仍能正确工作； d）系统先发生故障，继而又发生振荡，保护装置不应无选择性的动作。 常规距离保护实际使用振荡闭锁装置的主要原理：一是利用负序和零序电流或其增量作为振荡与短路的判别量，去开放或闭锁保护装置的跳闸回路；二是利用电气量变化速度的不同来区分振荡与短路，如反应测量阻抗变化速度的振荡闭锁装置。但上述两种原理构成的振荡闭锁装置实际运行也存在不可靠的动作情况。前者的缺点是：对于三相短路，由于负序分量出现极短，振荡闭锁回路可能来不及起动，这样保护装置将被闭锁而拒动；在发生转换性故障时，第一、二段保护也可能拒动。而后者也存在如下不足：系统振荡而后又内部故障，第一、二段距离继电器可能被闭锁，将使动作延迟或由第三段距离继电器切除故障；不能适应于第一、二段距离继电器定值很小的情况；系统中采用非同期重合闸的方式也将影响其正确动作。 1．3 电压二次回路断线的问题 电压互感器二次的熔断器熔断是造成电压二次回路断线的主要原因，这将使阻抗继电器失去UK，但由电流互感器来的IK仍然存在，这就呈现UK／IK＝ZK＝0的假象，使那些动作区包含ZK＝0的阻抗继电器误动作。为此必须增设电压回路断线闭锁装置，这个闭锁装置应满足两个基本要求： a）当电压回路发生各种可能使保护误动的断线情况时，可靠地将保护闭锁。 b）当被保护线路故障时，不应将保护误闭锁。 目前，常用的断线闭锁装置有反应零序电压原理及磁平衡原理的装置和用振荡闭锁兼任断线闭锁的装置等。采用负序和零序电流（或其增量）启动的振荡闭锁装置可兼作电压回路断线闭锁装置，因为当三相电流完好而仅电压回路断线时，I2和I0均为零，距离保护装置被振荡闭锁装置闭锁着，不会造成误跳闸；这时阻抗继电器已误动，利用它的触 点发出电压回路断线警报信号。但是这种方法不能区分是阻抗继电器本身故障还是电压断线引起阻抗继电器误动。 另一种按零序电压原理构成的断线闭锁装置见图1。KDL是断线闭锁继电器，它有两个线圈W1和W2，由电压互感器送来三相电压，和中性点电压，三相电压经三相对称电容C1，C2，C3接入KDL的W1线圈，由电压互感器的开口三角副绕组送来的3 U0电压接入KDL的W2线圈。系统三相对称正常运行时，W1和W2线圈中均无电流通过。当系统发生接地故障时，出现零序电压，W1和W2中产生的零序安匝数大小相等，方向相反，合成磁通等于零，KDL不动作。若电压互感器二次回路断线，则KDL动作，发出断线信号并闭锁距离保护装置的出口跳闸回路。 为防止三相熔断器同时熔断无零序电压出现，造成KDL不动作，应在一相熔断器上并联一个参数适当的电容器，以保证电压回路三相断线时KDL也能正确动作（此时有电容的一相电压仍通过电容加到W1绕组）。 1．4 方向性阻抗继电器电压死区的消除 当被保护线路始端发生金属性短路时，圆特性方向阻抗继电器比相电压为零，四边形特性阻抗继电器也将无法进行相位比较。常规保护在解决这一技术问题时是采用极化回路引入极化电压的方法。在晶体管保护及以往的保护装置中，通常有两种构成极化量工频谐振回路的做法：一是工频串联谐振电路，二是并联谐振电路。串联谐振电路即是增设的记忆回路，该电路产生工频谐振电流，再利用此电流在谐振电路的电阻上产生压降作为阻抗继电器的输入电压，保持此输入电压与原输入电压相位一致达到准确比相之目的。另一种方法是引入第三相（健全相）电压，同样可达到消除电压死区的目的。通常是记忆回路与第三相电压同时采用，以增强正向出口短路保护动作的可靠性。 2 微机型距离保护实现功能的独特处理方法 微机型距离保护同样要解决系统振荡、过渡电阻、保护失压、正向出口短路时死区、反向短路时误动等技术难题。不同的是，微机型保护装置在实现距离保护的功能方面主要是硬件通过配以不同保护原理的软件来完成，与常规型保护比较，其可靠性、灵敏性、选择性及速动性都有了本质的突破。 2．1 微机型距离保护的振荡闭锁技术 静稳破坏检测元件：是由一个反映L2，L3相的二段阻抗元件和反映L1相电流的按躲过最大负荷电流整定的电流元件构成的。而L2，L3相的二段阻抗元件是按躲过最小负荷阻抗整定的，其灵敏度很高。因此在过负荷时这个二段阻抗元件可能动作。为区分静稳破坏和过负荷另加一时间判据，即这两个元件30 s不返回就判为过负荷，30 s内阻抗二段和电流元件均返回，则判为静稳破坏，程序即转入振荡闭锁模块。 在常规距离保护中，对振荡闭锁后再发生故障，保护因不能正确区分振荡与故障，只能以三段延时跳闸，这个问题在微机保护中得以彻底解决。微机保护在振荡期间仍然不断地计算感受阻抗并监测其变化。其原理是系统振荡时保护装置的感受阻抗的电阻分量变化较大，变化速率取决于振荡周期。而被保护线路短路时，感受阻抗的电阻分量虽然因弧光放电而略有变化，但分析计算表明其电弧电阻变化速率远小于振荡所对应的电阻变化速率。 振荡停息判据是以下三类元件持续4．5 s均不动作：6种阻抗元件的二段阻抗元件；按静稳破坏整定的L1相电流元件；按辅助零序电流整定的零序电流元件。 另外，由于振荡期间是用故障前一周的振荡电压与实时电流比相的记忆方法不太可靠，在振荡闭锁程序中设有一个反方向动作的负序功率方向元件，用于振荡闭锁期间发生出口短路时的方向判据。振荡闭锁期间，一方面不停地检测是否发生短路故障，另一方面又在不停地检测振荡是否停息，只要振荡不停息就在振荡闭锁程序中不断地循环、不断地检测。 微机型距离保护的振荡闭锁技术也是不断进步的。WXH－11保护的振荡闭锁原理，是通过检验 ΔZ测量阻抗的突变量和ΔR来区分系统振荡和故障，从而解决了系统振荡时保护闭锁期间再发生故障保护的开放问题。但这种振荡闭锁原理的主要缺点是逻辑程序复杂，阻抗计算量较大，因此保护再次开放动作的速度不快。 LFP－900系列新原理的振荡闭锁元件分为四个逻辑程序部分：第一部分是故障时起动元件动作，保护短时开放160 ms。这一部分保留了常规保护传统闭锁方式；第二部分是解决系统振荡过程中发生不对称故障时的保护开放问题；第三部分是解决振荡过程中发生对称性故障时的保护开放问题；第四部分是非全相运行中发生故障时的保护开放问题。以LFP－901 A中距离保护引入的振荡闭锁为例，其特点是振荡及振荡加区外故障可靠闭锁，区内故障及区内故障加振荡时可靠开放，且开放速度快。 2．2 零序电流极化电抗元件与过渡电阻的对策 如前所述，过渡电阻对距离保护的影响涉及到超越、失去方向性和区内故障可能拒动的问题。微机距离保护应用零序电流极化量的电抗元件，它具有较常规保护采用的接地距离继电器优越的性能，这一电抗元件装于输电线路的送端允许大过渡电阻且无超越，但当运行在受端且过渡电阻大于一定值时仍将发生稳态超越。经改进过的具有双下偏零序电流极化接地距离继电器的方案，则能保证任何过渡电阻和系统运行方式下不会引起稳态超越。 多边形阻抗特性在常规距离保护中也有应用。微机保护采用软件算法实现起来十分方便，整定调整也很容易。此时R和X可以独立整定，以满足长线路和短线路的不同要求。如对短线路由于R值较小，容易受过渡电阻的影响，因此可以加大R／X比值，以增强其允许过渡电阻的能力；对长线路，其过渡电阻影响小，主要问题是正常运行时要躲过负荷阻抗，则通过减小R／X比值调整多边形阻抗特性边界线，以避越负荷阻抗。 2．3 工频变化量距离元件的特点 继电保护快速切除线路短路故障是提高电力系统暂态稳定的最重要手段，因此电力系统继电保护发展的一个重要方面就是提高保护的动作速度。传统的继电保护原理是建立在工频电气量的基础上的，而工频变化量距离元件则充分利用故障发生瞬间的故障暂态信息。故障分量的两个主要特征：一是故障点的电压故障分量最大，系统中性点为零。由故障分量构成的方向元件可以消除电压死区。二是保护安装处的电压故障分量与电流故障分量间的相位关系由保护至背后（面对故障点的背后）系统中性点间的阻抗决定，不受系统电动势和短路点过渡电阻的影响，按其原理构成的方向元件方向明确。 可以说：工频变化量距离元件实现的距离保护，是利用故障分量原理构成的高速距离保护，使距离保护总的性能有了质的突破，其特点是区内、区外、正向、反向区域明确，动作快，不反映系统振荡，躲过渡电阻能力强，无超越问题。 2．4 电压回路断线自检技术 对微机型保护装置，当其失去电压时，只要装置不起动，不进入故障处理程序就不会误动。若失压后不及时处理，遇有区外故障或系统操作使其启动，则只要有一定的负荷电流仍将误动。电压回路断线对工频变化量距离元件及方向元件的正确性工作影响较大，以比相原理为基础构成的距离后备保护将引起比相出错。 电压回路断线可能有如下三种情况，每一种情况条件满足后均延时10 s后发TV断线报警信号，延时10 s是为了有效区分系统故障和TV断线。这三种情况分别是： a）自产3 U0大于6 V，零序电流大于0．1IN（固定门坎值）。这种情况下保护装置如完好，一般可判系统故障，如经10 s延时后此信号仍存在而保护未动作，说明TV断线。 b）自产3 U0大于6 V无零序电流时，为了防止比相错误，零序方向及工频变化量方向元件的补偿阻抗元件退出，并延时10 s发TV断线信号。 c）自产3 U0小于6 V，但三相电压相量绝对值和小于0．5 UN，相电流元件低于动作值而相电流又小于最大负荷电流。前者说明开关在运行位置而电压下降，后者说明不是系统振荡，经10 s 延时保护未动作说明TV断线。此时，使工频变化量正方向元件的补偿阻抗元件和零序方向元件退出。 LFP－901 A保护装置主保护中的电压回路断线闭锁判据是： a）三相电压相量和大于8 V； b）三相电压绝对值的和小于0．5 UN，任一相电流大于0．081IN时； c）三相电压绝对值的和小于0．5 UN。 断路器在合后位置状态，且跳闸位置继电器不动作，当满足以上三个条件的任一个时，经1．25 s延时发电压断线信号。 3 结束语 微机型距离保护是在常规型距离保护技术的基础上发展起来的。自“11”型微机保护装置于1990年5月投入试运行至今，已经发展到以北京哈德威四方保护与控制公司和华北电力大学联合研制的CS系列、国家电力公司自动化研究院研制的LFP－900系列微机保护装置为代表的笫三代产品。可以预见，随着综合自动化技术的应用水平提高与普及，城乡电网改造技术的深化，微机保护必将更广泛地应用了我国广大的城乡电网。 |
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微机型距离保护与常规保护的技术特点比较
时间:2014-03-13 09:31来源: 作者:鄂电电力 点击:
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