110kv數(shù)字式線路保護(hù)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　繼電保護(hù)裝置是一種反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘和發(fā)出信號(hào)的設(shè)備。而且，電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。因此，對(duì)繼電保護(hù)裝置本身的要求也越來(lái)越高。</p><p>　　本文的主題是110kV線路保護(hù)裝置的研究。首先簡(jiǎn)要介紹了電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展歷史、

2、現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展方向。在本裝置設(shè)計(jì)中，距離繼電器由正序電壓極化，使其有很好的方向性；設(shè)計(jì)了低壓距離繼電器可以保證母線三相故障時(shí)繼電器不可能失去方向性。還對(duì)裝置中采用的保護(hù)、采樣算法進(jìn)行了論述。</p><p>　　本文從軟硬件兩個(gè)方面著手，對(duì)110kV線路微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。它的硬件結(jié)構(gòu)核心由80C296和ADSP2181組成，CPU 完成裝置的總啟動(dòng)元件和人機(jī)界面及后臺(tái)通信功能，DSP完成所有的保護(hù)算

3、法和邏輯功能， CPU內(nèi)設(shè)總啟動(dòng)元件，啟動(dòng)后開(kāi)放出口繼電器正電源，使得裝置具有很高的固有可靠性及安全性。本文還對(duì)裝置進(jìn)行了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的功能作了具體介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；110Kv輸電線路；數(shù)字信號(hào)處理（DSP）；微機(jī)保護(hù)算法 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Pro

4、tective relay is the one of devices to response the fault and abnormal of electric power system to send out signals to trip CB. With the expansion of the power system and the consumer higher requirement for quality of po

5、wer energy, the protection relay's criteria must be improved greatly and developed to satisfy the higher requirement.</p><p>　　This thesis is the research of 110kV-line computer basesd protection relay.

6、This paper recalled the history, the current development and future blueprint of computer relay protection. In this paper, it proposed the distance relay with positive sequence polarized voltage which will have better fa

7、ult-direction recognization.Direction recognization also can be effective when three phase fault takes plase because of low-voltage relay introduction. It is also discussed protection algorithm in the the</p><

8、p>　　This paper developed a 110kv transmission line computer based protection with its hardware and software designs. The hardware is developed by main chip 80C296 and ADSP2181. The CPU fullfels relay start-up, MMI and

9、 communication and the DSP processes relay algorithm and logic functions. The start-up function in the realy is to energize trip relay positive pole of DC power supply. The protection has very high inherent reliability

10、and security. This paper developed the software of the equipment. T</p><p>　　The prevention the intervention of electric-magnetic is introduced in the relay. Testing proved its accuracy and reliability in pr

11、inciple, algorithm, hardware and software.</p><p>　　Key words: Computer relay protection；110KV transmission line；Digital Signal Processing (DSP)</p><p><b>　　目錄</b></p><p&g

12、t;<b>　　第一章 緒論5</b></p><p>　　1.1電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的概述5</p><p>　　1.2微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)5</p><p>　　1.3微機(jī)保護(hù)的國(guó)內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢(shì)6</p><p>　　1.4本課題研究背景和意義7</p><p>　　1.4.1本課題研

13、究的背景7</p><p>　　1.4.2本課題研究的意義7</p><p>　　1.5本論文各章節(jié)的主要內(nèi)容8</p><p>　　第二章 線路保護(hù)裝置配置與原理分析9</p><p><b>　　2.1引言9</b></p><p>　　2.2 110kV線路保護(hù)配置9</p

14、><p>　　2.2.1距離保護(hù)10</p><p>　　2.2.2零序方向電流保護(hù)10</p><p>　　2.2.3重合閘11</p><p>　　2.3微機(jī)距離保護(hù)的原理與特點(diǎn)11</p><p>　　2.3.1短路時(shí)母線殘壓計(jì)算的一般公式12</p><p>　　2.3.2低壓距離

15、繼電器13</p><p>　　2.3.3接地距離繼電器16</p><p>　　2.3.4相間距離繼電器17</p><p>　　2.4零序方向過(guò)流保護(hù)的原理與特點(diǎn)19</p><p>　　2.5振蕩閉鎖19</p><p>　　2.5.1起動(dòng)開(kāi)放元件19</p><p>　　2.

16、5.2 160ms后發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障開(kāi)放元件20</p><p>　　2.5.3對(duì)稱故障開(kāi)放元件20</p><p>　　2.6雙回線相繼速動(dòng)保護(hù)22</p><p>　　2.7不對(duì)稱相繼速動(dòng)保護(hù)22</p><p><b>　　2.8重合閘22</b></p><p>　　2.9本章

17、小結(jié)23</p><p>　　第三章 線路微機(jī)保護(hù)的算法24</p><p><b>　　3.1引言24</b></p><p>　　3.2采樣算法選擇24</p><p>　　3.2.1假定輸入為正弦的算法—半周積分算法24</p><p>　　3.2.2周期函數(shù)算法—傅氏算法27&

18、lt;/p><p>　　3.2.3快速傅立葉算法28</p><p>　　3.3保護(hù)算法分析30</p><p>　　3.3.1方向阻抗繼電器算法30</p><p>　　3.3.2零序方向繼電器算法30</p><p>　　3.4本章小結(jié)31</p><p>　　第四章 裝置硬件設(shè)計(jì)3

19、2</p><p><b>　　4.1引言32</b></p><p>　　4.2硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.3電源插件（DC）33</p><p>　　4.4交流輸入變換插件（AC）33</p><p>　　4.5低通濾波插件（LPF）34</p>

20、<p>　　4.6 CPU插件（CPU）34</p><p>　　4.6.1 80C296SA性能特點(diǎn)35</p><p>　　4.6.2 ADSP2181性能特點(diǎn)35</p><p>　　4.6.3 CPLD可編程邏輯設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.6.4 CPU擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)38</p><p>

21、;　　4.7系統(tǒng)復(fù)位電路40</p><p>　　4.8通信插件（COM）40</p><p>　　4.9 24V光耦隔離插件（OPT）41</p><p>　　4.10繼電器出口插件（OUT）41</p><p>　　4.11顯示面板（LCD）42</p><p>　　4.12操作回路插件（SWI）42&

22、lt;/p><p>　　4.13本章小結(jié)44</p><p>　　第五章 裝置軟件設(shè)計(jì)45</p><p><b>　　5.1引言45</b></p><p>　　5.2保護(hù)程序結(jié)構(gòu)45</p><p>　　5.3主程序設(shè)計(jì)46</p><p>　　5.4采樣程序設(shè)計(jì)

23、48</p><p>　　5.5裝置起動(dòng)程序設(shè)計(jì)49</p><p>　　5.5.1裝置總起動(dòng)元件50</p><p>　　5.5.2保護(hù)起動(dòng)元件50</p><p>　　5.6正常運(yùn)行程序設(shè)計(jì)50</p><p>　　5.7故障運(yùn)行程序設(shè)計(jì)51</p><p>　　5.8本章小結(jié)

24、53</p><p>　　第六章 總結(jié)和展望54</p><p><b>　　致謝55</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)56</b></p><p>　　附錄A：裝置保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)邏輯57</p><p>　　A.1距離保護(hù)方框圖57</p>

25、<p>　　A.2 過(guò)流保護(hù)方框圖58</p><p>　　A.3 跳閘邏輯方框圖59</p><p>　　A.4重合閘邏輯方框圖60</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的概述</p><p>　　電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和安全

26、穩(wěn)定運(yùn)行給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的動(dòng)力和效益，繼電保護(hù)是組成電力系統(tǒng)必不可少的子系統(tǒng)，它承擔(dān)著斷開(kāi)故障和支持電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的任務(wù),在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。</p><p>　　繼電保護(hù)裝置除了在故障的很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作外，長(zhǎng)期是不動(dòng)作的。因而被喻為電力系統(tǒng)的無(wú)聲警衛(wèi)。因此裝置的某些缺陷可能不被覺(jué)察，從而成為故障，是不正確動(dòng)作的隱患。微機(jī)保護(hù)的自我監(jiān)測(cè)和監(jiān)視功能可以消除這一隱患。

27、</p><p>　　眾所周知，對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的基本性能要求，包括了可靠性、選擇性、快速性和靈敏性。所謂可靠性，是要求所配置的繼電保護(hù)裝置只能在事先規(guī)定需要它動(dòng)作的情況下動(dòng)作，在其他一切不需要它動(dòng)作的情況下不動(dòng)作。在術(shù)語(yǔ)上，前者稱之為可信賴性，后者稱之為安全性或穩(wěn)定性；繼電保護(hù)的選擇性要求，是期望能在電力元件發(fā)生故障時(shí)，又在靠近故障元件的繼電保護(hù)裝置斷開(kāi)故障；動(dòng)作的快速性，對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，重要在于快速跳閘

28、對(duì)提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的作用；動(dòng)作靈敏性要求，是出于保護(hù)裝置可靠動(dòng)作的需要。</p><p>　　這些要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對(duì)不同的使用條件，分別地進(jìn)行協(xié)調(diào)。繼電保護(hù)的困難在于不僅要滿足測(cè)量的精度，更重要的是在各種復(fù)雜的情況下都要能滿足相互矛盾的四項(xiàng)要求，即“要正確動(dòng)作，該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)。”繼電保護(hù)的正確動(dòng)作取決于一系列的因素：保護(hù)原理、裝置的軟硬件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量、整定和調(diào)試、二次回路以及

29、運(yùn)行管理等。</p><p>　　1.2微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)</p><p>　?。╨）維修調(diào)試方便：相比較于過(guò)去大量使用的整流型繼電保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置幾乎可以不用調(diào)試，微機(jī)保護(hù)對(duì)硬件和軟件都有自檢功能，裝置上電時(shí)，有故障就會(huì)立即報(bào)警，可以大大地減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。</p><p>　　(2）可靠性高：在各種保護(hù)方法中，考慮到了電力系統(tǒng)中的各種情況，具有很強(qiáng)的綜合分

30、析和判斷能力。微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以不斷進(jìn)行自檢，因此，可以立即檢查出微機(jī)保護(hù)內(nèi)部的大多數(shù)隨機(jī)故障，而采取適當(dāng)?shù)募m正措施。 </p><p>　　(3）易于獲得各種附加功能：由于計(jì)算機(jī)的通用性，因而在繼電保護(hù)硬件的基礎(chǔ)上，可以很方便地通過(guò)增加軟件的方法獲得保護(hù)之外的功能。例如，保護(hù)的動(dòng)作順序記錄，故障諧波分析，故障測(cè)距，低頻減載等。</p><p>　　(4）保護(hù)性能易于改善：對(duì)于相同的硬件

31、，可以通過(guò)算法的不同，實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)。這樣，也就可以通過(guò)改善算法來(lái)不斷完善保護(hù)性能，而不需要改動(dòng)硬件。通過(guò)軟件算法的改善，可以較好地解決原有模擬繼電保護(hù)裝置無(wú)法解決的一些問(wèn)題。</p><p>　　(5）便于遠(yuǎn)方監(jiān)控：目前的微機(jī)保護(hù)裝置均設(shè)有通信接口，這樣可以方便地將各地保護(hù)裝置納入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值與投切保護(hù)裝置。 </p><p>　　（6）靈活性大：目前

32、，國(guó)內(nèi)中低壓變電站內(nèi)不同一次設(shè)備的保護(hù)裝置在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能采用同樣的設(shè)計(jì)方案。而超高壓電力系統(tǒng)保護(hù)裝置若采用多CPU實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能時(shí)，每塊CPU模塊的硬件設(shè)計(jì)也傾向于盡量相同。由于保護(hù)的原理主要由軟件決定，因此，只要改變軟件就可以改變保護(hù)的特性和功能，從而可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展對(duì)保護(hù)要求的變化，也減少了現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)工作量。</p><p>　　（7）經(jīng)濟(jì)性好：微處理器和集成電路芯片的性能不斷提高而價(jià)格一直在

33、下降，而電磁型繼電器的價(jià)格在同一時(shí)期內(nèi)卻不斷上升。而且，微機(jī)保護(hù)裝置是一個(gè)可編程序的裝置，它可基于通用硬件實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，使硬件種類大大減少。這樣，在經(jīng)濟(jì)性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)保護(hù)。</p><p>　　1.3微機(jī)保護(hù)的國(guó)內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　近四十年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，它的廣泛應(yīng)用給各行各業(yè)帶來(lái)了翻天覆地的變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)也同樣影響了繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。七十年代

34、中、后期國(guó)外已有少數(shù)樣機(jī)在電力系統(tǒng)中試運(yùn)行，到八十年代初，各國(guó)都在這些方面繼續(xù)做了很多努力，使計(jì)算機(jī)保護(hù)逐漸趨于實(shí)用。</p><p>　　我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)保護(hù)的研究始于70年代后半期，開(kāi)始是幾個(gè)高等院校和水電部南京自動(dòng)化研究所的一些繼電保護(hù)工作者對(duì)國(guó)外計(jì)算機(jī)保護(hù)的發(fā)展作了廣泛的介紹和綜述分析。70年代末至80年代初廣泛地開(kāi)展了各種算法以及樣機(jī)的研制。</p><p>　　1984年，華北電力

35、學(xué)院研制的第一套6809（CPU）為基礎(chǔ)的距離保護(hù)樣機(jī)投入試運(yùn)行。該年底在華中工學(xué)院召開(kāi)了我國(guó)第一次計(jì)算機(jī)保護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著我國(guó)計(jì)算機(jī)保護(hù)的開(kāi)發(fā)開(kāi)始進(jìn)入了重要的發(fā)展階段。90年代，南京電力自動(dòng)化研究院將工頻變化量方向繼電器（1982年提出）在CKF、CKJ系列集成電路保護(hù)中的成功經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于計(jì)算機(jī)保護(hù)。此后，各個(gè)廠家以80C196微控制器為控制核心相繼研制了各自的線路保護(hù)，并在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)110kV～500kV線路中廣泛運(yùn)用，有代表的制

36、造廠家有：南瑞繼保、南京電力自動(dòng)化總廠、四方公司、許昌繼電器廠等。</p><p>　　繼電保護(hù)所應(yīng)用元器件的發(fā)展，在一定程度上將推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。晶體管的出現(xiàn)推動(dòng)了比相原理的發(fā)展，集成電路已具備了一定的計(jì)算功能，目前已廣泛使用的微機(jī)保護(hù)，使繼電保護(hù)步入了數(shù)字化的領(lǐng)域。</p><p>　　微機(jī)技術(shù)引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，擴(kuò)展了繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用功能，基于微處理器的繼電保護(hù)裝置，具有一系列

37、的特點(diǎn)：可以集主保護(hù)、后備保護(hù)的完整功能于一身，大大簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)二次接線；遠(yuǎn)方通信功能，管理人員可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)用數(shù)據(jù)、改變定值，為現(xiàn)代化管理提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)；自檢功能，自動(dòng)故障定位，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，用備用插件置換故障部件，可以在實(shí)驗(yàn)室集中進(jìn)行專業(yè)檢修。這一切都為提高保護(hù)裝置的安全運(yùn)行水平，顯著地延長(zhǎng)運(yùn)行檢測(cè)周期和減少運(yùn)行檢測(cè)項(xiàng)目提供了前提，同時(shí)也必將直接影響到專業(yè)人員的配置，從而大幅度的提高繼電保護(hù)的管理水平和專

38、業(yè)人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率。</p><p>　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)已大量采用的微機(jī)保護(hù)，大多采用80年代末期90年代初期推出的數(shù)字芯片，如Intel公司的80C196等。新一代數(shù)字芯片的出現(xiàn)，特別是高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP（Digital Signal Processor）以其高速、實(shí)時(shí)、低功耗和高集成度而得到大量的推廣及應(yīng)用，這必將引起繼電保護(hù)新一輪的革命。將高性能的微處理器應(yīng)用于整個(gè)裝置中，可以大大提高其運(yùn)算速度，

39、減少運(yùn)算時(shí)間，這對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)也一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。</p><p>　　1.4本課題研究背景和意義</p><p>　　1.4.1本課題研究的背景</p><p>　　在現(xiàn)代電網(wǎng)中，隨著超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電線路的不斷增多，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)格的要求。零序電流保護(hù)、距離保護(hù)作為線路保護(hù)的基本組成部分，其工作性能對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定

40、運(yùn)行有著直接和重要的影響。保護(hù)性能改善的一個(gè)重要方面是在確保其動(dòng)作的可靠性和選擇性的條件下，加快保護(hù)的動(dòng)作速度。目前，提高保護(hù)速度面臨的主要問(wèn)題是距離保護(hù)采用故障后的穩(wěn)態(tài)基頻分量，在實(shí)際故障信號(hào)中包含有大量非基頻噪聲信號(hào)的情況下，保護(hù)動(dòng)作速度越快，基頻分量的濾波精度越差。為了適應(yīng)現(xiàn)代高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，設(shè)計(jì)者們除了在軟件上盡力簡(jiǎn)化算法和提高算法的效率，對(duì)硬件的要求也越來(lái)越高。</p><p>　　目前電力系統(tǒng)

41、繼電保護(hù)設(shè)備中最常用的微處理器包括51系列和96系列等控制型器件。但隨著電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高以及新的保護(hù)算法的不斷出現(xiàn)，這些器件在許多方面，特別是在計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量方面，已不能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的要求。本課題將對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行探討，從硬件和軟件兩方面對(duì)電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行深入分析，并設(shè)計(jì)一套完整的微機(jī)保護(hù)裝置。</p><p>　　1.4.2本課題研究的意義</p>&l

42、t;p>　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、用電負(fù)荷性質(zhì)和用戶對(duì)供電的要求都發(fā)生了很大的變化，這也對(duì)繼電保護(hù)工作提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)系統(tǒng)保護(hù)性能和功能需求的不斷提高，也是促使擔(dān)任微機(jī)保護(hù)裝置的處理器位數(shù)不斷提升的主要原因之一。采用高性能高位數(shù)的DSP+CPU處理器芯片構(gòu)成微機(jī)保護(hù)裝置，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)正是順應(yīng)這一趨勢(shì)，針對(duì)保護(hù)的要求以及處理器芯片的性能特點(diǎn)，選取了AD公司定點(diǎn)DSP芯片ADSP

43、2181和INTEL公司的80C296作為本設(shè)計(jì)的核心處理器。</p><p>　　1.5本論文各章節(jié)的主要內(nèi)容</p><p>　　本文深入研究了以正序電壓為極化量的距離繼電器，使其有了很大測(cè)量故障過(guò)渡電阻的能力。針對(duì)出口三相短路難以區(qū)分故障正反向的問(wèn)題提出的低壓距離繼電器可以有效地保證母線三相故障時(shí)繼電器不失去方向性。</p><p>　　本裝置選擇半波積分算法

44、和快速傅立葉算法兩種不同算法作為故障信號(hào)分析和保護(hù)總啟動(dòng)用的算法。從算法上保證了裝置的可靠性。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、工作可靠的微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)。硬件采用雙CPU結(jié)構(gòu)，微處理器的CPU采用80C296，信號(hào)處理的CPU采用ADSP2181。把故障信號(hào)分析和裝置總啟動(dòng)的器件分開(kāi)，從硬件上保證了裝置的可靠性。針對(duì)保護(hù)功能，進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　

45、以下本論文各章節(jié)的主要內(nèi)容：</p><p>　　1．第一章 緒論：概述了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，簡(jiǎn)要介紹了微機(jī)保護(hù)的國(guó)內(nèi)外研究概況與發(fā)展趨勢(shì)。指出繼電保護(hù)所應(yīng)用元器件的發(fā)展，在一定程度上將推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。本文將利用新一代的數(shù)字芯片對(duì)110Kv線路保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．第二章 線路保護(hù)裝置配置與原理分析：介紹了110Kv線路保護(hù)裝置的配置，詳細(xì)闡述本文設(shè)計(jì)裝置時(shí)所應(yīng)用到

46、的保護(hù)原理。以正序?yàn)闃O化量的距離保護(hù)應(yīng)用于線路保護(hù)具有很好的動(dòng)作性能。</p><p>　　3．第三章 線路微機(jī)保護(hù)的算法：闡述了本裝置用到的正弦函數(shù)模型算法、傅氏算法和快速傅立葉等采樣算法。介紹了方向阻抗繼電器和零序方向繼電器兩種保護(hù)算法。</p><p>　　4．第四章 裝置硬件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、工作可靠的微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)。采用80C296+DSP的結(jié)構(gòu)，將主、后備保

47、護(hù)集成在一塊CPU板上，DSP和單片機(jī)獨(dú)立采樣，由DSP完成所有的數(shù)字濾波、保護(hù)算法和出口邏輯，由CPU完成裝置的總啟動(dòng)元件和人機(jī)界面、后臺(tái)通信及打印功能。</p><p>　　5．第五章 裝置軟件設(shè)計(jì)：對(duì)裝置程序整體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，針對(duì)保護(hù)功能，進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，并詳細(xì)分析了其基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程。</p><p>　　6．第六章 結(jié)論及展望：對(duì)論文展開(kāi)的工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)本裝置有待改進(jìn)的地方予以展

48、望</p><p>　　第二章 線路保護(hù)裝置配置與原理分析</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)中的輸電線路，應(yīng)裝設(shè)短路故障和異常運(yùn)行保護(hù)裝置。線路短路故障的保護(hù)應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)可增設(shè)輔助保護(hù)。主保護(hù)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)是主保護(hù)或

49、斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)，后備保護(hù)可分為近后備和遠(yuǎn)后備兩種方式：遠(yuǎn)后備是當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備；近后備是當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)，或當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。</p><p>　　2.2 110kV線路保護(hù)配置</p><p>　　繼電保護(hù)的配置，從原則上來(lái)說(shuō)，繼電保護(hù)的配置應(yīng)當(dāng)滿

50、足兩點(diǎn)最基本的要求：</p><p>　　任何電力設(shè)備和線路，不得在任何時(shí)候處于無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。</p><p>　　任何電力設(shè)備和線路在運(yùn)行中，必須在任何時(shí)候有兩套完全獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置分別控制兩臺(tái)完全獨(dú)立的斷路器實(shí)現(xiàn)保護(hù)。</p><p>　　前一點(diǎn)要求極為簡(jiǎn)單明了，后一點(diǎn)則是前一點(diǎn)的具體體現(xiàn)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是“完全獨(dú)立”的含義。需要有兩套保護(hù)裝置分別控

51、制兩臺(tái)斷路器是為了可靠的實(shí)現(xiàn)備用。目的是為了當(dāng)任意一套保護(hù)裝置或任意一臺(tái)斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能夠有另一套保護(hù)裝置或另一臺(tái)斷路器動(dòng)作完全可靠的斷開(kāi)故障。</p><p>　　對(duì)于110kV及以下電壓的電力網(wǎng)，基本上實(shí)現(xiàn)的是“遠(yuǎn)后備”，即當(dāng)最鄰近故障元件的斷路器上配置的繼電保護(hù)拒絕動(dòng)作或斷路器本身拒絕動(dòng)作時(shí)，可以由電源側(cè)上一級(jí)斷路器處的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作斷開(kāi)故障。這樣就充分實(shí)現(xiàn)了“完全獨(dú)立”，從而獲得了完整意義上的后備保

52、護(hù)。</p><p>　　對(duì)于110kV及以下電網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)盡可能以輻射狀網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行，地區(qū)電源也應(yīng)當(dāng)以輻射線路接入聯(lián)絡(luò)變電所。實(shí)行環(huán)狀或雙回線布置，但以開(kāi)環(huán)或線路變壓器組方式運(yùn)行，這是應(yīng)當(dāng)遵循的原則。</p><p>　　根據(jù)規(guī)程要求，110kV線路保護(hù)包括完整的三段相間和接地距離保護(hù)、三段零序方向過(guò)流保護(hù),用以切除相間短路、單相接地故障和滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求；裝置包含了具有速動(dòng)特性的單端保護(hù)（

53、雙回線相繼速動(dòng)和不對(duì)稱相繼速動(dòng)）。裝置配有三相一次重合閘功能、過(guò)負(fù)荷告警功能；裝置還帶有跳合閘操作回路以及交流電壓切換回路。</p><p>　　眾所周知，輸電線的故障有單相短路接地故障、兩相短路接地和不接地故障及三相短路故障等10種。單相短路故障的幾率最多，其次是兩相接地短路。兩者合計(jì)約占輸電線路故障總數(shù)的90%。接地故障用零序電流保護(hù)、接地距離保護(hù)可以滿足要求。兩相短路不接地故障的幾率很小，約占2%～3%，其

54、原因多半是由于兩導(dǎo)線受風(fēng)吹而擺動(dòng)的頻率不等造成的，三相短路基本都是不接地的，相間距離保護(hù)可以有效切除故障。</p><p>　　輸電線路故障不外是絕緣下降和雷電造成的。在我國(guó)110kV線路上通常有避雷線，所以故障時(shí)接地電阻一般小于5歐姆、單相經(jīng)高電阻接地發(fā)生在樹枝生長(zhǎng)導(dǎo)致導(dǎo)線經(jīng)樹枝對(duì)地放電時(shí)，接地電阻往往很大，這時(shí)由后備保護(hù)切除故障。遠(yuǎn)后備保護(hù)的關(guān)鍵在于避開(kāi)負(fù)荷狀態(tài)。對(duì)于接地故障用零序電流保護(hù)可以取得滿意的結(jié)果；

55、對(duì)于相間故障都用阻抗繼電器實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2.2.1距離保護(hù)</b></p><p>　　距離保護(hù)根據(jù)測(cè)量阻抗的大小，反應(yīng)故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，故稱距離保護(hù)。同時(shí)，由于它是反應(yīng)阻抗參數(shù)而工作的，又稱為阻抗保護(hù)。</p><p>　　距離保護(hù)在任何復(fù)雜形式的電網(wǎng)中都可有選擇性的切除故障，而且具有足夠的靈敏性和快速性，因此在高壓及超高壓

56、線路中獲得了最廣泛的應(yīng)用。該裝置設(shè)置了完整的三段相間和接地距離保護(hù)。距離繼電器是距離保護(hù)的主要測(cè)量元件，應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　在被保護(hù)線路上發(fā)生直接短路時(shí)繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)正比于母線與短路點(diǎn)間的距離。</p><p>　　在正方向區(qū)外故障時(shí)不應(yīng)超越動(dòng)作。超越有暫態(tài)超越和穩(wěn)態(tài)超越兩種。暫態(tài)超越是由短路的暫態(tài)分量引起的，繼電器僅短時(shí)動(dòng)作，一旦暫態(tài)分量衰減繼電器就返回。穩(wěn)態(tài)超越是

57、由短路處的過(guò)渡電阻引起的。</p><p>　　應(yīng)有明確的方向性。正方向出口短路時(shí)無(wú)死區(qū)，反方向短路時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作。</p><p>　　在區(qū)內(nèi)經(jīng)達(dá)過(guò)渡電阻短路時(shí)應(yīng)仍能靈敏的動(dòng)作（又稱動(dòng)作特性能覆蓋大過(guò)渡電阻），但這主要是接地距離繼電器要考慮的問(wèn)題。</p><p>　　在最小負(fù)荷阻抗下不動(dòng)作。</p><p>　　不受系統(tǒng)振蕩的影響 。<

58、;/p><p>　　第一條在2.3.1中將作詳細(xì)說(shuō)明（殘壓計(jì)算）；第二、三、四條在分析各阻抗繼電器動(dòng)作特性時(shí)將重點(diǎn)分析；第五條將由負(fù)荷限制電抗繼電器實(shí)現(xiàn)；第六條在討論振蕩閉鎖時(shí)得以體現(xiàn)。</p><p>　　2.2.2零序方向電流保護(hù)</p><p>　　110kV電網(wǎng)都采用中性點(diǎn)直接接地方式。在這類電網(wǎng)中發(fā)生接地短路（單相接地短路或兩相接地短路）時(shí)，往往有很大的短路電

59、流經(jīng)過(guò)電網(wǎng)和接地故障處，階段式零序電流保護(hù)能準(zhǔn)確、有效地切除故障幾率占到90%的接地故障，因此在110kV線路中零序方向電流保護(hù)得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　2.2.3重合閘</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)中，輸電線路是發(fā)生故障最多的設(shè)備，而且它發(fā)生的故障大都屬于暫時(shí)性的，因此，自動(dòng)重合閘裝置在高壓輸電線路上得到極其廣泛的應(yīng)用。在高壓輸電線路上裝

60、設(shè)自動(dòng)重合閘，對(duì)于提高供電的可靠性意義非凡：在輸電線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，可迅速恢復(fù)供電，從而提高供電可靠性；對(duì)于雙側(cè)電源的高壓輸電線路，可以提高系統(tǒng)并列運(yùn)行穩(wěn)定性，從而提高線路輸送容量；可以糾正由于斷路器或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的誤跳閘。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)需要，同時(shí)考慮我國(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)輸電線路的ZCH，提出如下要求。</p><p>　　動(dòng)作迅速。在滿足故障點(diǎn)去游離所需要的時(shí)間和

61、斷路器消弧室與斷路器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備好再次動(dòng)作所必需的時(shí)間條件下，ZCH的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)盡可能短。</p><p>　　不容許任意多次重合。如果重合閘多次重合于永久性故障，將使系統(tǒng)多次遭受沖擊，同時(shí)還可能損壞斷路器，從而擴(kuò)大事故。</p><p>　　動(dòng)作后應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸。當(dāng)ZCH成功動(dòng)作一次后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好再次動(dòng)作。對(duì)于受雷擊機(jī)會(huì)較多的線路，這是必須的。</p><p

62、>　　手動(dòng)跳閘時(shí)不應(yīng)重合。當(dāng)運(yùn)行人員手動(dòng)操作或遙控操作是斷路器跳開(kāi)時(shí)，ZCH不應(yīng)重合。</p><p>　　手動(dòng)合閘于故障線路時(shí)不重合。當(dāng)手動(dòng)合閘于故障線路時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘后，裝置應(yīng)不重合，因?yàn)槭謩?dòng)合閘前，線路上還沒(méi)有電壓，如合閘后即已有故障，則故障多屬于永久性故障，重合定不成功。</p><p>　　2.3微機(jī)距離保護(hù)的原理與特點(diǎn)</p><p>

63、;　　繼電保護(hù)所應(yīng)用的元器件的發(fā)展，在一定程度上將推動(dòng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。晶體管在繼電保護(hù)中的應(yīng)用，推動(dòng)了比相原理的發(fā)展。兩個(gè)或多個(gè)電氣量的比相能構(gòu)成特性較復(fù)雜的繼電器。集成電路已具備了一定的計(jì)算功能。目前廣泛使用的微機(jī)保護(hù)，使繼電保護(hù)步入了數(shù)字化的領(lǐng)域。它在反映故障的暫態(tài)分量方面有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而必將推動(dòng)工頻變化量等保護(hù)原理的發(fā)展。</p><p>　　微機(jī)距離保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法有兩種。一種是在阻抗復(fù)數(shù)平面上設(shè)定

64、一種特性（如多邊形特性）。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，計(jì)算測(cè)量阻抗（X、R）,以測(cè)量阻抗是否落在動(dòng)作特性內(nèi)決定繼電器是否動(dòng)作。另一種是以繼電器是否滿足動(dòng)作方程來(lái)決定繼電器是否動(dòng)作。而動(dòng)作方程在阻抗復(fù)數(shù)平面上對(duì)應(yīng)一定的動(dòng)作特性。不同的短路方向、不同的系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)作特性是不一樣的。后一種實(shí)現(xiàn)方法與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法較相似，它的分析方法雖然復(fù)雜一些，但是它的性能卻有很多優(yōu)點(diǎn)，并隨著運(yùn)行工況的變化有一定的自適應(yīng)能力。</p><

65、p>　　本文分析了上述后一種方法實(shí)現(xiàn)的繼電器。主要分析以正序電壓為極化量阻抗繼電器的動(dòng)作特性，并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)述。</p><p>　　本裝置設(shè)有三階段式相間、接地距離繼電器和兩個(gè)作為遠(yuǎn)后備的四邊形相間、接地距離繼電器。繼電器由正序電壓極化，因而有較大的測(cè)量故障過(guò)渡電阻的能力；當(dāng)用于短線路時(shí)，為了進(jìn)一步擴(kuò)大測(cè)量過(guò)渡電阻的能力，還可將Ⅰ、Ⅱ段阻抗特性向第Ⅰ象限偏移；接地距離繼電器設(shè)有零序電抗特性，可防止接地故

66、障時(shí)繼電器超越。 </p><p>　　正序極化電壓較高時(shí)，由正序電壓極化的距離繼電器有很好的方向性；當(dāng)正序電壓下降至10%Un以下時(shí)，進(jìn)入低壓距離繼電器。</p><p>　　2.3.1短路時(shí)母線殘壓計(jì)算的一般公式</p><p>　　阻抗繼電器的主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處（一般為母線）的線路阻抗，并與整定阻抗進(jìn)行比較以確定是否動(dòng)作，Zj=Uj/Ij。<

67、;/p><p>　　圖2-1母線殘壓計(jì)算系統(tǒng)圖</p><p>　　如圖2-1所示，母線的故障相電壓應(yīng)是短路點(diǎn)故障相電壓Ukφ與線路上的壓降之和。線路上的壓降是各序壓降之和?？紤]到輸電線路的正序和負(fù)序阻抗相等，因而母線故障相的相電壓表達(dá)式為：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式（2-1）中

68、，K=(Z0-Z1)/3Z1為零序電流補(bǔ)償系數(shù)。從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的輸電線路故障相上的電壓降為</p><p>　　對(duì)于相間故障，母線上的故障相間電壓為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　此時(shí)線路上的壓降為：，式（2.2）是按（2.1）分別求出兩個(gè)故障相的相電壓，在求出相間電壓。</p>&l

69、t;p>　　式（2.1）和（2.2）是母線殘壓計(jì)算的一般公式，它適用于任何故障類型中對(duì)任何一相或相間電壓的計(jì)算。也適用于非全相運(yùn)行中運(yùn)行相又發(fā)生故障時(shí)對(duì)母線電壓的計(jì)算。特別指出當(dāng)發(fā)生短路時(shí)輸電線路上的相壓降不等于，只有發(fā)生不接地故障時(shí)它才是正確的，不要忽略了3KI0Z1這一項(xiàng)。</p><p>　　2.3.2低壓距離繼電器</p><p>　　當(dāng)正序電壓小于10%Un時(shí)，進(jìn)入低壓距離

70、程序，此時(shí)只可能有三相短路和系統(tǒng)振蕩兩種情況；系統(tǒng)振蕩由振蕩閉鎖回路區(qū)分，這里只需考慮三相短路。因?yàn)槿鄬?duì)稱，相間阻抗繼電器和接地阻抗繼電器的測(cè)量阻抗是一樣的，所以在低壓距離中，只測(cè)量相阻抗，而且工作電壓中沒(méi)有3I0項(xiàng)。</p><p>　　在三相低壓程序里，由正序電壓記憶量極化，Ⅰ、Ⅱ段距離繼電器在動(dòng)作前設(shè)置正的門檻，保證母線三相故障時(shí)繼電器不可能失去方向性；繼電器動(dòng)作后則改為反門檻，保證正方向三相故障繼電器動(dòng)

71、作后一直保持到故障切除。Ⅲ段距離繼電器始終采用反門檻，因而三相短路Ⅲ段穩(wěn)態(tài)特性包含原點(diǎn)，不存在電壓死區(qū)。</p><p>　　一般情況下各相阻抗一樣，但為了保證母線故障轉(zhuǎn)換至線路構(gòu)成三相故障時(shí)仍能快速切除故障，所以對(duì)三相阻抗均進(jìn)行計(jì)算，任一相動(dòng)作跳閘時(shí)選為三相故障。低壓距離繼電器比較工作電壓和極化電壓的相位： </p><p>　　工作電壓： (2.3

72、)</p><p>　　極化電壓： (2.4)</p><p>　　為工作電壓 為極化電壓 為整定阻抗 分別為A、B、C</p><p>　　為記憶正序電壓，取計(jì)算時(shí)刻前兩個(gè)周波電壓。 </p><p>　　根據(jù)極化電壓的所取不同，把阻抗繼電器分為穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)特性。在短路的前兩個(gè)周波

73、里，微機(jī)將短路前故障的正序電壓即負(fù)荷電壓保存起來(lái)（記憶）作為極化電壓，與故障后計(jì)算得到的工作電壓作比較，這時(shí)，繼電器對(duì)應(yīng)為暫態(tài)特性；40ms以后，極化電壓成為故障后電壓，此時(shí)對(duì)應(yīng)特性為穩(wěn)態(tài)特性。</p><p>　　正方向故障時(shí)，故障系統(tǒng)圖如2-2</p><p>　　圖2-2 正方向故障系統(tǒng)圖</p><p><b>　　(2.5)</b>

74、</p><p>　　在記憶作用消失前： (2.6)</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　因此， </b></p><p><b>　?。?.8）</b></p>

75、<p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　繼電器的比相方程為：</p><p><b>　　(2.10)</b></p><p>　　(2.11) </p><p>　　設(shè)故障線母線電壓與系統(tǒng)電勢(shì)同相位δ=0，其暫態(tài)動(dòng)作特性如圖2-3</p>&

76、lt;p>　　圖2-3正方向故障時(shí)動(dòng)作特性</p><p>　　測(cè)量阻抗在阻抗復(fù)數(shù)平面上的動(dòng)作特性是以至連線為直徑的圓，動(dòng)作特性包含原點(diǎn)表明正向出口經(jīng)或不經(jīng)過(guò)渡電阻故障時(shí)都能正確動(dòng)作，并不表示反方向故障時(shí)會(huì)誤動(dòng)作；反方向故障時(shí)的動(dòng)作特性必須以反方向故障為前提導(dǎo)出。當(dāng)δ不為零時(shí)，將是以到連線為弦的圓，動(dòng)作特性向第Ⅰ或第Ⅱ象限偏移。</p><p>　　反方向故障時(shí)，故障系統(tǒng)圖如2-4&

77、lt;/p><p>　　圖2-4 反方向故障的計(jì)算用圖</p><p><b>　　(2.12)</b></p><p>　　在記憶作用消失前： （2.13）</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　

78、　因此， </p><p><b>　　（2.15）</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　繼電器的比

79、相方程為： </p><p><b>　　(2.17) </b></p><p>　　則 (2.18) </p><p>　　測(cè)量阻抗在阻抗復(fù)數(shù)平面上的動(dòng)作特性是以與連線為直徑的圓，如圖2-5，當(dāng)在圓內(nèi)時(shí)動(dòng)作，可見(jiàn)，繼電器有明確的方向性，不可能誤判方向。</p><p

80、>　　圖2-5反方向故障時(shí)的動(dòng)作特性 圖2-6三相短路穩(wěn)態(tài)特性</p><p>　　以上的結(jié)論是在記憶電壓消失以前，即繼電器的暫態(tài)特性。</p><p>　　當(dāng)記憶電壓消失后，正方向故障時(shí)： </p><p><b>　　(2.19)</b></p><p><b>　　(2.20)<

81、;/b></p><p><b>　　(2.21)</b></p><p><b>　　(2.22)</b></p><p>　　反方向故障時(shí)： </p><p><b>　　(2.23)</b></p><p><b>　　(

82、2.24)</b></p><p><b>　　(2.25)</b></p><p><b>　　(2.26)</b></p><p>　　正方向故障時(shí)，測(cè)量阻抗在阻抗復(fù)數(shù)平面上的動(dòng)作特性如圖2-6，反方向故障時(shí)，動(dòng)作特性也如圖2-6。由于動(dòng)作特性經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，因此母線和出口故障時(shí)，繼電器處于動(dòng)作邊界。為了保證母線

83、故障，特別是經(jīng)弧光電阻三相故障時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作，因此，對(duì)Ⅰ、Ⅱ段距離繼電器設(shè)置了門檻電壓，其幅值取最大弧光壓降。當(dāng)正向三相出口短路時(shí)，當(dāng)Ⅰ、Ⅱ距離繼電器暫態(tài)動(dòng)作后，將繼電器的門檻倒置，相當(dāng)于將特性圓包含原點(diǎn)，以保證繼電器動(dòng)作后能保持到故障切除，如果I、II段距離繼電器不動(dòng)作，該門檻電壓無(wú)需倒置；當(dāng)反向出口三相短路時(shí)，繼電器不動(dòng)作，門檻電壓也無(wú)需倒置，該電壓的存在，可以使穩(wěn)態(tài)特性圓的下端上移，從而保證其穩(wěn)態(tài)時(shí)不誤動(dòng)。為了保證Ⅲ段距離繼電器的后

84、備性能，Ⅲ段距離元件的門檻電壓總是倒置的，其特性包含原點(diǎn)，靠III段延時(shí)來(lái)保證其選擇性。</p><p>　　2.3.3接地距離繼電器</p><p>　　2.3.3.1 Ⅰ、Ⅱ段接地距離繼電器</p><p>　　1、由正序電壓極化的方向阻抗繼電器： </p><p>　　工作電壓： (2.27)</p>

85、<p>　　極化電壓： (2.28)</p><p>　?、瘛ⅱ蚨螛O化電壓引入移相角θ1，其作用是在短線路應(yīng)用時(shí)，將方向阻抗特性向第Ⅰ象限偏移，以擴(kuò)大允許故障過(guò)渡電阻的能力。其正方向故障時(shí)的特性如圖2-7所示。θ1取值范圍為0°、15°、30°。</p><p>　　由圖2-7可見(jiàn)，該繼電器可測(cè)量很大

86、的故障過(guò)渡電阻，但在對(duì)側(cè)電源助增下可能超越，因而引入了第二部分零序電抗繼電器以防止超越。</p><p>　　圖2-7正方向故障時(shí)繼電器特性</p><p>　　2、零序電抗繼電器： </p><p>　　工作電壓： (2.29)</p><p>　　極化電壓： (2.

87、30)</p><p><b>　　為模擬阻抗 </b></p><p>　　比相方程為： (2.31)</p><p>　　正方向故障時(shí)： (2.32)</p><p><b>　　(2.33) </b></p><p>　　上式為典型的零序電

88、抗特性。如圖2-7中直線Ａ。 </p><p>　　當(dāng)與同相位時(shí)，直線A平行于R軸，不同相時(shí)，直線的傾角恰好等于相對(duì)于的相角差。假定與過(guò)渡電阻上壓降同相位，則直線Ａ與過(guò)渡電阻上壓降所呈現(xiàn)的阻抗相平行，因此，零序電抗特性對(duì)過(guò)渡電阻有自適應(yīng)的特征。實(shí)際的零序電抗特性由于為78°而要下傾12°，所以當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)中由于二側(cè)零序阻抗角不一致而使與過(guò)渡電阻上壓降有相位差時(shí)，繼電器仍不會(huì)超越。由帶偏移角θ1的

89、方向阻抗繼電器和零序電抗繼電器二部分結(jié)合，同時(shí)動(dòng)作時(shí)，Ⅰ、Ⅱ段距離繼電器動(dòng)作，該距離繼電器有很好的方向性，能測(cè)量很大的故障過(guò)渡電阻且不會(huì)超越。</p><p>　　2.3.3.2 Ⅲ段接地距離繼電器</p><p>　　Ⅲ段接地距離繼電器由阻抗圓接地距離繼電器和四邊形接地距離繼電器相或構(gòu)成，四邊形接地距離繼電器可作為長(zhǎng)線末端變壓器后故障的遠(yuǎn)后備。</p><p>　

90、　1、阻抗圓接地距離繼電器：</p><p>　　工作電壓： (2.34)</p><p>　　極化電壓： (2.35)</p><p>　　采用當(dāng)前正序電壓，非記憶量，這是因?yàn)榻拥毓收蠒r(shí)，正序電壓主要由非故障相形成，基本保留了故障前的正序電壓相位，因此，Ⅲ段接地距離繼電器的特性與低壓時(shí)的

91、暫態(tài)特性完全一致，見(jiàn)圖2-3、圖2-5，繼電器有很好的方向性。 </p><p>　　2、四邊形接地距離繼電器：</p><p>　　四邊形距離繼電器的動(dòng)作特性如圖2-8，為接地Ⅲ段圓阻抗定值,為接地Ⅲ段四邊形定值，四邊形為矩形，與平行邊長(zhǎng)為-/2，與垂直邊長(zhǎng)為。</p><p>　　圖2-8四邊形距離繼電器的動(dòng)作特性</p><p>　　

92、2.3.4相間距離繼電器</p><p>　　2.3.4.2Ⅰ、Ⅱ段距離繼電器 </p><p>　　1、由正序電壓極化的方向阻抗繼電器：</p><p>　　工作電壓： (2.36)</p><p>　　極化電壓： (2.37)</p><p&g

93、t;　　這里，極化電壓與接地距離Ⅰ、Ⅱ段一樣，較Ⅲ段增加了一個(gè)偏移角θ2，其作用也同樣是為了在短線路使用時(shí)增加允許過(guò)渡電阻的能力。θ2的整定可按0°，15°，30°三檔選擇。 </p><p><b>　　2、電抗繼電器：</b></p><p>　　工作電壓： (2.38)</p>&l

94、t;p>　　極化電壓： (2.39)</p><p><b>　　為模擬阻抗</b></p><p>　　正方向故障時(shí)： (2.40)</p><p>　　比相方程為： (2.41)</p><p>

95、<b>　　(2.42)</b></p><p>　　當(dāng)阻抗角為90°時(shí)，該繼電器為與Ｒ軸平行的電抗繼電器特性，實(shí)際的阻抗角為78°，因此，該電抗特性下傾12°，使送電端的保護(hù)受對(duì)側(cè)助增而過(guò)渡電阻呈容性時(shí)不致超越。</p><p>　　以上方向阻抗與電抗繼電器二部分結(jié)合，增強(qiáng)了在短線上使用時(shí)允許過(guò)渡電阻的能力。</p>&l

96、t;p>　　2.3.4.2 Ⅲ段相間距離繼電器 </p><p>　?、蠖蜗嚅g距離繼電器由阻抗圓相間距離繼電器和四邊形相間距離繼電器相互構(gòu)成，四邊形相間距離繼電器可作為長(zhǎng)線末端變壓器后故障的遠(yuǎn)后備。</p><p>　　1、阻抗圓相間距離繼電器：</p><p>　　工作電壓： (2.43)</p><p

97、>　　極化電壓： (2.44)</p><p>　　繼電器的極化電壓采用正序電壓。因相間故障其正序電壓基本保留了故障前電壓的相位；故障相的動(dòng)作特性見(jiàn)圖2-3、圖2-5，繼電器有很好的方向性。</p><p>　　三相短路時(shí)，其動(dòng)作特性為一過(guò)原點(diǎn)的圓，如圖2-6。由于正序電壓較低時(shí)，由低壓距離繼電器測(cè)量，因此，這里既不存在死區(qū)也不存在

98、母線故障失去方向性問(wèn)題。</p><p>　　2、四邊形相間距離繼電器：</p><p>　　四邊形相間距離繼電器動(dòng)作特性同四邊形接地距離繼電器，如圖2-8，只是工作電壓和極化電壓以相間量計(jì)算。</p><p>　　2.4零序方向過(guò)流保護(hù)的原理與特點(diǎn)</p><p>　　我國(guó)的110kV電網(wǎng)采用中性點(diǎn)直接接地方式。在該電壓等級(jí)輸電線路中，接地

99、故障約占輸電線路故障總數(shù)的90%。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)，將產(chǎn)生很大的零序電流（相對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)的零序電流而言），因而即使經(jīng)大電阻接地短路時(shí)，零序電流保護(hù)也可以有足夠的靈敏度，用其作為接地距離保護(hù)的補(bǔ)充是很合適的。發(fā)生單相接地故障時(shí)系統(tǒng)零序等值電路如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9發(fā)生單相接地故障時(shí)的系統(tǒng)零序等值電路</p><p>　　由圖可見(jiàn)，越靠近保護(hù)安裝處發(fā)生單相接地故障，保

100、護(hù)裝置檢測(cè)到的零序電壓越高，零序電流越大，因此不存在出口三相短路誤判方向問(wèn)題。</p><p>　　本裝置配置了I、II、III段方向零序電流保護(hù)，其工作原理和整定計(jì)算比參照附錄，在本裝置中設(shè)置了零序正反方向元件來(lái)區(qū)分正反方向故障。零序正反方向元件（、）由零序功率決定，由和的乘積獲得(、為自產(chǎn)零序電壓電流，是幅值為1相角為780的相量)，>0時(shí)動(dòng)作；<-1伏安（）或<-0.2伏安（）時(shí)動(dòng)作。零序

101、過(guò)流繼電器可經(jīng)控制字選擇投退方向元件。</p><p>　　零序電流保護(hù)能充分地反映接地故障，其原理簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高，并且零序電流保護(hù)不受系統(tǒng)振蕩的影響。因此在110kV線路中，獲得廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是零序保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，在重負(fù)荷長(zhǎng)距離輸電線路上其靈敏性往往不能滿足要求，在多電源較復(fù)雜的電網(wǎng)中，選擇性又不易滿足，導(dǎo)致整定計(jì)算比較麻煩，所以需要與距離保護(hù)配合起來(lái)使用。</p>&

102、lt;p><b>　　2.5振蕩閉鎖</b></p><p>　　裝置的振蕩閉鎖分四個(gè)部分，任意一個(gè)元件動(dòng)作開(kāi)放保護(hù)。 </p><p>　　2.5.1起動(dòng)開(kāi)放元件</p><p>　　起動(dòng)元件開(kāi)放瞬間，若按躲過(guò)最大負(fù)荷整定的正序過(guò)流元件不動(dòng)作或動(dòng)作時(shí)間尚不到10ms，則將振蕩閉鎖開(kāi)放160ms。此時(shí)間保證快速保護(hù)跳閘，且保護(hù)跳閘引起的振

103、蕩還不足使保護(hù)誤動(dòng)。</p><p>　　該元件在正常運(yùn)行中，突然發(fā)生故障時(shí)可瞬間開(kāi)放保護(hù)160ms；當(dāng)系統(tǒng)先振蕩時(shí)，正序電流先動(dòng)作其后再有故障時(shí)，該元件不會(huì)開(kāi)放；另外當(dāng)區(qū)外故障或有操作160ms后再有區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)也被閉鎖，為此本裝置設(shè)置了后兩種情況下，開(kāi)放保護(hù)的選擇性，即區(qū)內(nèi)故障開(kāi)放、區(qū)外故障不開(kāi)放。 </p><p>　　2.5.2 160ms后發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障開(kāi)放元件</p

104、><p>　　160ms后發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障時(shí)，振蕩閉鎖回路還可由對(duì)稱分量元件開(kāi)放，該元件的動(dòng)作判據(jù)為：</p><p><b>　　(2.45)</b></p><p>　　以上判據(jù)成立的依據(jù)是：</p><p>　　系統(tǒng)振蕩或振蕩又區(qū)外故障時(shí)不開(kāi)放。</p><p>　　系統(tǒng)振蕩時(shí)，、接近于零，上

105、式不開(kāi)放是容易實(shí)現(xiàn)的。 </p><p>　　振蕩同時(shí)區(qū)外故障時(shí)，相間和接地阻抗繼電器都會(huì)動(dòng)作，這時(shí)上式也不應(yīng)開(kāi)放，這種情況考慮的前提是系統(tǒng)振蕩中心位于裝置的保護(hù)范圍內(nèi)。</p><p>　　對(duì)短線路，必須在系統(tǒng)角為180°時(shí)繼電器才可能動(dòng)作，這時(shí)線路附近電壓很低，短路時(shí)的故障分量很小，因此，容易?。碇狄詽M足上式不開(kāi)放。 </p><p>　　對(duì)長(zhǎng)線路，區(qū)

106、外故障時(shí)，故障點(diǎn)故障前電壓較高，有較大的故障分量，因此，上式的不利條件是長(zhǎng)線路在電源附近故障時(shí)，不過(guò)這時(shí)線路上零序電流分配系數(shù)較低，短路電流小于振蕩電流，因此，仍很容易以最不利的系統(tǒng)方式驗(yàn)算ｍ的取值。</p><p>　　本裝置中ｍ的取值是根據(jù)最不利的系統(tǒng)條件下，振蕩又區(qū)外故障時(shí)振蕩閉鎖不開(kāi)放為條件驗(yàn)算，并留有相當(dāng)裕度的。</p><p>　　系統(tǒng)振蕩或振蕩又區(qū)內(nèi)不對(duì)稱故障時(shí)振蕩閉鎖開(kāi)放

107、</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)正常發(fā)生區(qū)內(nèi)不對(duì)稱相間或接地故障時(shí)，將有較大的零序或負(fù)序分量，這時(shí)上式成立，振蕩閉鎖開(kāi)放。 </p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)振蕩伴隨區(qū)內(nèi)故障時(shí)，如果短路時(shí)刻發(fā)生在系統(tǒng)電勢(shì)角未擺開(kāi)時(shí)，振蕩閉鎖將立即開(kāi)放。如果短路時(shí)刻發(fā)生在系統(tǒng)電勢(shì)角擺開(kāi)狀態(tài)，則振蕩閉鎖將在系統(tǒng)角逐步減小時(shí)開(kāi)放，也可能由一側(cè)瞬時(shí)開(kāi)放跳閘后另一側(cè)相繼速跳。 </p><p>　　因

108、此，采用對(duì)稱分量元件開(kāi)放振蕩閉鎖保證了在任何情況下，甚至系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生振蕩的情況下，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)瞬時(shí)開(kāi)放振蕩閉鎖以切除故障，振蕩或振蕩又區(qū)外故障時(shí)則可靠閉鎖保護(hù)。 </p><p>　　2.5.3對(duì)稱故障開(kāi)放元件 </p><p>　　在起動(dòng)元件開(kāi)放160ms以后或系統(tǒng)振蕩過(guò)程中，如發(fā)生三相故障，則上述二項(xiàng)開(kāi)放措施均不能開(kāi)放振蕩閉鎖，本裝置中另設(shè)置了專門的振蕩判別元件，即測(cè)量振蕩中心電壓：

109、 </p><p><b>　　(2.46)</b></p><p>　　為正序電壓，是正序電壓和電流之間的夾角。 </p><p>　　由圖2-10，假定系統(tǒng)聯(lián)系阻抗的阻抗角為90°，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(yùn)行或系統(tǒng)振蕩時(shí)，恰好反應(yīng)振蕩中心的正序電壓；在三相短路時(shí)，為弧光電阻上的壓降，三相短路時(shí)過(guò)渡電

110、阻是弧光電阻，弧光電阻上壓降小于5％。</p><p>　　圖2-10 系統(tǒng)電壓向量圖 圖2-11 短路電流電壓向量圖</p><p>　　而實(shí)際系統(tǒng)線路阻抗角不為90°，因而需進(jìn)行角度補(bǔ)償，如圖2-11所示。</p><p>　　OD為測(cè)量電壓，＝|OB|，因而OB反應(yīng)當(dāng)線路阻抗角為90°時(shí)弧光電阻壓降，實(shí)際的弧光壓降為OA

111、，與線路壓降A(chǔ)D相加得到測(cè)量電壓。</p><p>　　本裝置引入補(bǔ)償角，由，上式變?yōu)?，三相短路時(shí)，，可見(jiàn)可反應(yīng)弧光壓降。</p><p>　　本裝置采用的動(dòng)作判據(jù)分二部分： </p><p>　　延時(shí)150ms開(kāi)放 (2.47)</p><p>　　實(shí)際系統(tǒng)中，三相短路時(shí)故障電阻僅為弧光電阻，弧光電阻上

112、壓降的幅值不大于5％，因此，三相短路時(shí)，該幅值判據(jù)滿足，為了保證振蕩時(shí)不誤開(kāi)放，其延時(shí)應(yīng)保證躲過(guò)振蕩中心電壓在該范圍內(nèi)的最長(zhǎng)時(shí)間；振蕩中心電壓為0.08時(shí)，系統(tǒng)角為171°，振蕩中心電壓為－0.03時(shí)，系統(tǒng)角為183.5°，按最大振蕩周期3計(jì)，振蕩中心在該區(qū)間停留時(shí)間為104ms，裝置中取延時(shí)150ms已有足夠的裕度。 </p><p>　　延時(shí)500ms開(kāi)放。

113、 (2.48)</p><p>　　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(hù)不可能拒動(dòng)。振蕩中心電壓為時(shí)，系統(tǒng)角為151°，時(shí)，系統(tǒng)角為191.5°，按最大振蕩周期3計(jì)，振蕩中心在該區(qū)間停留時(shí)間為337ms，裝置中取500ms已有足夠的裕度。 </p><p>　　2.6雙回線相繼速動(dòng)保護(hù)</p><p>　　雙回線相繼速動(dòng)