亖呉?盀
范文一：第四节 工频故障分量阻抗元件
第六章
第一节第二节
第三节
第四节
第五节
第六节第七节
第八节
微机保护应用介绍方向元件故障类型判别和故障选相距离保护工频变化量阻抗测量元件变压器差动保护变压器励磁涌流识别方法微机保护测试技术数字继电保护介绍
2011-12-51电气工程学院
第四节几种阻抗元件特性介绍
1. 测量阻抗
2. 距离保护的实现—直接法测量阻抗与整定阻抗的比较
3. 距离保护的实现—间接法比较工作电压相位原理
4. 工频故障分量阻抗元件
5. 正序电压为极化电压的阻抗元件
6. 零序电抗阻抗元件
7
振荡与故障的识别方法7.
故障分量的基本概念障基本概
故障分量又称为故障附加分量或故障叠加分量，是指仅在故障分量又称为故障附加分量或故障叠加分量是指仅在系统发生故障时出现，而在系统正常运行及不正常运行时不存在的电气分量即它随着故障的出现而出现随着故不存在的电气分量，即它随着故障的出现而出现，随着故障的消失而消失。所以，故障分量的存在，是电力系统处于故障状态的表征。故障态的表征á
应用故障分量构成继电保护动作判据时，只需要寻找区内故障与区外故障的“差异”，而不必考虑正常及不正常情况，因而，保护具有较高的灵敏度，一般也具有较快的动作时间和较好的选择性，不必采用振荡闭锁等防止振荡时
保护误动的措施。á
故障分量的特点障点
非故障状态下不存在故障分量，故障分量仅在故障状态下非故障状态下不存在故障分量故障分量仅在故障状态下出现；á
á故障分量独立于非故障状态，受电网运行方式的影响不大（有一定的影响，但比传统保护小）；
故障点的电压故障分量最大，系统中性点处故障分量电压为零；零á
保护安装处故障分量电压电流之间的关系，取决于背后系统的阻抗，与故障点的远近及过渡电阻的大小没有关系（但故障分量值的大小受过渡电阻及故障点远近的影响）
。á
故障分量的分析方法－－叠加原理
短路状态
故障前负荷状态
故障叠加状态
故障分量的组成u f =u pref +Δu
i f =i pref +Δi
Δu =Δu 50Hz +Δu tr
Δi =Δi 50Hz +Δi tr
Δu tr =
Δu lowf +Δu hif
Δi tr =Δi lowf +Δi hif
故障分量的利用上述这些分量都可以用来构成继电保护：上述这些分量都可以用来构成继电保护
áΔu 50Hz 、Δi 50Hz ：即故障分量中的工频分量，可以用来构成，工频变化量方向保护、工频变化量距离保护、工构成工频变化量方向保护工频变化量距离保护工频变化量差动保护、零序保护、负序保护等；
áΔu 、Δi ：即全部的故障分量，可以用来构成电流突变量起动元件、电流突变量选相元件、方向行波元件、行波距离（测距）保护等；
Δu hif 、Δi hif
：暂态分量中的高频部分，用来构成反映单高频部用成映单á
端电气量的暂态保护。
故障分量的提取与识别方法来自电压互感器TV 和电流互感器TA 的电压电流都是故障后的全电压和全电流，构成反映故障分量的继电保护时，应设法将故障分量
从全电压和全电流中提取出来。在微机保护中故障分量的提取方法为（电流）护中，故障分量的提取方法为（电流）：Δu 、Δi
N Δi =i (k ) ?(?1) i (k ?n ?) 2
n =
1，2，3 ...... n
故障分量的提取与识别方法通常情况下，取n ＝1、2或4：
n ＝1： Δi (k ) =i (k ) +i (k ?N ) 2
n ＝2：
n ＝4： Δi (k ) =i (k ) ?i (k ?N ) Δi (k ) =i (k ) ?i (k ?2?N ) 这样可以计算出故障分量的采样序列，利用微机保护中的
各种算法可以求出其幅值、相位等特征量。
故障分量的提取与识别方法以n ＝2
为例，波形如下：
工频变化量距离保护
á
á
工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护，是一种通过反应工频故障分量电压电流而工作的距离保护。在上述的图((c)) 中，保护安装处的工频故障分量电流、电压可以分别表示为：
&ΔE k &ΔI =
Z s +Z
k
&&
&&ΔU =?ΔI ?Z s =?ΔE k +ΔI ?Z k
工频变化量距离保护
á
取工频故障分量距离元件的工作电压为
&=Δ(U &?I &?Z ) ΔU op m m set
&?ΔI &?Z =?Δ&?(Z +Z ) ΔI =ΔU set t s set t
保护区内、外不同地点发生金属性短路时电压
保护区内外不同地点发生金属性短路时电压
故障分量的分布情况如下图所示。
工频变化量距离保护频变化量离保护
k 3
Z
set
z
(a)
k 2
&ΔE k 1&ΔE k 2
&ΔU op
&ΔU
(b)() (c)
&ΔU op
&ΔU
(d)
工频变化量距离保护
á
在保护区内k 1点短路时，
&>ΔE &ΔU op k 1
在保护区外k 2点短路时，点短路时
&<δe &δu="" op="" k="">
&≈ΔE &≈
ΔE &ΔE k 1k 2k 3
在保护区反向k 3点短路时，点短路时
&&ΔU op <δe k="">
工频变化量距离保护
á
因为
&≈ΔE &≈ΔE &=U ΔE k 1k 2k 3Z
所以动作的判据为
&>U ΔU op
Z
满足该条件说明为区内故障否则为区外故障满足该条件，说明为区内故障，否则为区外故障
工频变化量距离保护
jX
Z
set C R g
Z k
o
s +Zm
-Z s
R
Z m
R
jX
3）故障分量阻抗元件
M
&Z set ΔU
N
&ΔI
&?U F |0|
&&&ΔU =ΔI Z k ?U F |0|
&&&U F |0|=U M |0|?I M |0|Z k
Z k
——故障点到保护安装处的短路阻抗
计算工作电压（补偿电压）
&′=ΔU &?ΔI &Z ΔU ??????set &′=ΔU &?(ΔI &+k 3I &) Z ΔU ???0set
动作判据
??=ab , bc , ca ?=a , b , c
&&ΔU ′≥|0|
&′=ΔU &′或Δ
U &′ΔU ???
&U |0|
——取保护安装处或整定范围末端
故障前电压
M
&Z set ΔU
N
&ΔI
&
?U F |0|
&U |0|
′′ΔU ΔU |0|&ΔU ′
′U &&|0|&
假定故障前各点电压相同
正方向故障动作行为分析
&&ΔU Z ΔI Z
S
set
Z k
R g
&
?
U F |0|
假设短路前空载
&′=?ΔI &(Z +Z ) ΔU S set
&=?ΔI &(Z +Z ) =?U &ΔU F S k F |0|
, R g =0
于是，动作方程为
Z S
+Z set ≥Z S +Z k
Z set
Z k
?Z S
反方向故障动作行为分析
&&ΔU Z set ΔI Z S Z k
R g
′Z S
&
?U F |0|
假设短路前空载
&′=ΔI &(Z ' ?Z ) ΔU S set
&=ΔI &(Z ' +Z ) =?U &ΔU F S k F |0|
, R g =0
于是，动作方程为令Z m
=?Z k
′?Z set ≥Z S ′+Z k Z S
′?Z set ≥Z
S ′?Z S
?Z
结论结论：
工频变化量阻抗元件具有以下特点：
（1）具有明确的方向性，在反方向发生短路时不容
易误动。（2）无保护死区（3）不易受振荡影响
（4）正方向发生短路时，承受过渡电阻能力强，也）正方向发生短路时承受过渡电阻能力强也不会因过渡电阻的存在引起超越现象。
——
请同学们自己分析。
4）以零序电流为极化量的电抗元件
&' =U &?(I &+k 3I &) Z 工作电压：U φφφ0set
&=?I &U 极化电压：p 0
其动作方程为其动作方程为：
' &U φ00?180
U
P
&?(I &+3K I &) Z U φφzd 000
180
I
正方向单相接地时动作特性分析以A 相单相接地为例单接
&' =U &?(I &+k 3I &) Z U A A A 0set
&+3K I &)(Z ?Z ) =(I
A
m
set
于是：
&&I +k I (300A 0)(Z m ?Z set ) 180
I 0
即即：
&&I I 00
+
k 3I ) +k 3I ) (I (I A A 00
&I 0
Arg g =0
+k 3I ) (I A 0
所以：
在单侧电源线路上
180
?Z set ) <>
Z set
m
在双侧电源线路上
&I 0
Arg =θ+k 3I ) (I A 0
180+θ
&&&&++(I k 3I ) Z 3I U A A 0k 10f R g Z m ==
+k 3I ) +k 3I ) (I (I 00A A
&R 3I 0f g
=Z k 1+
+k 3I ) (I A 0
00
&相位相同，则&和I 如果I 0f 0
&&I I 00f
A Arg =A Arg =θ
+k 3I
) +k 3I ) (I (I A 0A 0
Z k Z
set
结论：
1）这种阻抗元件在单相接地短路时，不受过渡电影响渡电阻影响；
2）在两相接地短路时，超前相的性能较好，在两相接地短路时超前相的性能较好
而落后相在过渡电阻较大时，可能不正确动作；（请同学们自己分析）
3）无方向性。所以一般不能单独使用。例如在LFP-900LFP 900系列微机保护装置中，相间和接地系列微机保护装置中相间和接地阻抗继电器的第一、二段均采用正序电压极化的阻抗元件与电抗型继电器的复合动作特性。的阻抗元件与电抗型继电器的复合动作特性
基于工频故障分量的距离保护
范文二：大型风电场对工频故障分量距离保护影响的研究_徐岩
第41卷 第10期 电力系统保护与控制 Vol.41 No.10 2013年5月16日 Power System Protection and Control May 16, 2013
大型风电场对工频故障分量距离保护影响的研究
徐 岩1，林旭涛1，赵 亮2，3，刘国平2，3，吕 彬1
（1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），河北 保定 071003；2.石家庄供电公司，河北 石家庄 050021；
3.华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003）
摘要：随着风力发电技术日趋成熟，越来越多的大型风电场开始投入运行。由于风电场运行方式的变化及其弱电源特性，会对输电线路的保护造成一定的影响。研究了工频故障量距离保护的基本原理及风电场运行方式的多变性，并在此基础上进一步分析了风电场的运行方式的变化和弱电源特性对保护的影响，通过利用电压相量图分析保护判据的比相表达式提出了对传统距离保护的改进。通过分析可知，在发生金属性故障时，工频变化量距离继电器几乎不受风电场运行方式的影响，但由于风电场正、负序等值阻抗较系统阻抗大，使得相间保护耐受过渡电阻的能力很小，而受风电场零序阻抗较大的影响，接地保护耐受过渡电阻的能力较强。以Matlab/Simulink为平台建立了风电场并网的仿真模型，研究了风电场对保护的影响及对比保护改进前后在故障时的动作行为，仿真结果与理论分析相吻合。 关键词：风电场；工频故障分量；距离保护；过渡电阻；短路故障
Research on impact of large wind farms on distance relay using power fault component
XU Yan1, LIN Xu-tao1, ZHAO Liang2, 3, LIU Guo-ping2, 3, Lü Bin1
(1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University) , Baoding 071003, China; 2.Shijiazhuang Power Supply Company, Shijiazhuang 050021, China; 3. School of Electrical
and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
Abstract: With the maturity of the technology of wind generation, more and more large wind farms have been put into operation. The variation of operational mode for wind farms and its weak-source feature will exert some impacts on transmission line relays. The paper studies the basic principle of distance protection using power fault component, and further researches the impact of the change of operational mode and weak-source feature of wind farms on protection. An improvement of traditional distance protection is put forward by analyzing the equation of phase comparison under voltage phase graph. The analysis shows that the operational mode of wind farm can rarely impose impact on distance relay using power fault component when there is occurring metallic fault; because the equivalent impedance of positive and negative sequence of wind farms is bigger than system impedance, it makes phase-to-phase relays can resist little transition resistance, while because the zero sequence impedance of wind farms is smaller than that of the system, ground protection can resist transition resistance to some degree. Under the platform MATLAB/Simulink, a wind farm connecting grid simulation model is given, and the paper studies the impact of wind farms on relays and conducts the operational behavior comparison between improved and unimproved relays when faults occur. The result from simulation is in line with the theoretical analysis.
Key words：wind farms；power fault component；distance relays；transition resistance；short-circuited faults 中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2013)10-0118-08
0 引言
2005 年底，全国风电装机容量仅为1 220 MW，位居世界第八位。“十一五”时期，在《可再生能源法》及相关配套政策支持下，我国风电产业得到了快速发展。到“十一五”末，全国（不含港、澳、
台）共建设802个风电场，安装风电机组32 400 台，总吊装容量达到41 460 MW（建设容量38 280 MW，并网运营容量31 310 MW），年均增长率为102%，累计和新增吊装容量均位居世界第一位，装机规模达到了新的水平，但2010年全年风电发电量约为490 亿kWh ，仍低于美国同期的风电发电量[1]。
徐 岩，等 大型风电场对工频故障分量距离保护影响的研究 - 119 -
由于我国风电资源的集中性，使得我国大多采用大型风电场的方式来利用风能，但适合大规模开发风电的地区一般都处于电网末端，由于此处电网结构较为薄弱，因此大规模风电接入电网后可能会造成电网电压下降、线路传输功率超过热极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等问题[2]。加之风能的多变性，会使风电场的故障特征不同于一般的火、水电厂。文献[3-4]分析了双馈风力发电机组故障电流的特性；文献[5-9]分析了风力发电机组对电流和距离保护的影响，并提出自适应保护方案；文献[10-12]分析了风电场的低电压穿越及负荷的增加对保护的影响。目前的研究主要在整定值方面与短路电流构成的研究，而没有基于保护的原理来研究风电场对保护的影响。因此，本文分析研究了大型风电场对其出口输电线路的工频变化量距离保护的影响并提出了改进的措施，通过仿真予以验证。
为保护末端的电压整定值； 、 式中：ΔU ΔU op φΔI φ、 为保护安装处的故障电压、电流； 、ΔU ΔI φφφφK =(Z 0?Z 1)Z 1，Z 1、Z 0分别为线路单位长度
的正序、零序阻抗；Z set 为保护的整定阻抗，一般为线路正序阻抗的80%～85%。其判据为
式中，k rel 为可靠系数，为了便于分析，取k rel =1。 利用比相与比幅之间的关系可以得到比相判据为
对于接地故障和相间故障，分别令 =ΔU ?(ΔI +K 3I )Z , φ=a,b,c ?ΔU ? (2) op φφφ0set ?ΔI Z , φφ=ab,bc,ca ?ΔU =ΔU ?op φφφφφφset ?
>k ΔU (3) op rel op 0
1 工频变化量距离保护的研究
电力系统发生短路故障时，可分解为正常运行
网络和故障分量网络。在正常运行网络中，有发电机电动势作用，建立正常运行时的电压和电流；在故障分量网络中，仅在故障点有故障电动势作用，在网络中建立故障分量电压、电流，如图1所示。
op
的长在电压平面上其动作范围是以相量U op 0
?U 2?U op op
?90°
U
相量端点为圆心的圆的外部，如图度为半径，U op 0
2所示[13-15]。
图2 电压相量图 Fig. 2 Diagram of voltage vector
(c) 故障附加状态
2 风电场与常规电厂组对比
风电场运行时在受风速影响的同时还受电网
输送能力、系统调度要求等限制，因此，风电场投运风电机组及有功出力等都是变量[15]。为研究不同影响因素对保护的影响，应先分析风电场的实际运行方式。
在风电场的实际运行中，其多变性主要体现在：风电场的有功出力、风电场的控制策略及停机比例的变化上。文献[15]通过分析张家口某风电场在两种不同风速下风电场的出力情况得出：在风速1，风电场最高出力和最低出力相差较大，分别为
图 1故障系统及等值网络
Fig. 1 Fault component and equivalent network
在任何运行方式、运行状态下系统故障时，保护安装处地全电压u m 、全电流i m 可以看作是故障前状态下非故障分量电压u 0、电流i 0与故障分量电压Δu 、电流Δi 的叠加，即
u m =u +Δu ??
?
i m =i 0+Δi ??
(1)
- 120 - 电力系统保护与控制
47.8 MW（96.5%）和17.19 MW（34.7%），日平均为31.59 MW（63.8%）；在风速2，风电场最高出力为27.87 MW，日平均出力为24.1 MW。可以看出，随着风速的变化风电场的有功出力也是变化的，特别是风速变化剧烈时有功输出也是较为剧烈。为了适应电网稳定运行、调度等需要，需要调整风电场的无功输出，故需要调整风电场的功率因数，加之检修等原因会使得风电场的风电机组不能总投入运行。正是由于这些因素的变化导致了风电场运行方式的多变性。
除了风电场运行方式的多变性，还有风电场的接线结构与常规发电机组会有所不同，图3是风电场的一次接线图。
为保护范围末端的电压（即工作电压）。当发生金属性短路故障时（如BC 两相故障），工作电压
U k 0
=U ??C (Z +Z )+C (Z +Z )??U op 11M set 22M set op ??Z +Z +R
1∑2∑g
(5)
为故障前电压；Z 为整定点到M 侧的式中：U set op 0线路阻抗值；C 1、C 2分别为保护安装处的正、负序电流的分配系数；Z 1∑、Z 2∑分别为正、负序的综合阻抗；Z 1M 、Z 2M 分别为风电侧的正、负序等效阻抗；R g 为过渡电阻，此时为0。令
′=C 1(Z 1M +Z l p )+C 2(Z 2M +Z l p )，则有 C p
′Z ∑ =U ?U =?C set (6) U ΔU ?op op op 0
′Z ∑+R g k 0C k
式中：Z ∑=Z 1∑+Z 2∑；Z 1M 、Z 2M 分别为风电场侧的正、负序等效阻抗；Z k 为短路点到M 侧的线路
阻抗值，令
=?K ′?e j θ?U ，代入到式则式(6)变为ΔU op op (3)可得
从式(8)可以看出，当发生金属性短路故障时，保护的动作性能取决于K ′的大小，故需要分析在风电场的运行方式发生变化时，K ′的变化情况。
风电场
图 3风电场接入系统一次接线简图
Fig. 3 Primary connection diagram of grid-connected
wind farms
′U C set k ?=K ′?e j θ (7) ′U C k
op 由于风电场的容量相对较小，一般只有被接入系统短路容量的5%。风电场侧的正、负序阻抗，包括风电场内的35 kV集电线路和风电机组的阻抗、主变T2和220 kV输电线路L 1的阻抗，会出现其远远大于系统侧的正、负序等值阻抗；而对于零序网络，由于主变T2的中性点直接接地，风电场侧的零序阻抗仅包括主变T2及输电线路L 1的零序阻抗，远远小于风电侧的正、负序阻抗[16]。
为了保证电网故障时风电机组的低压穿越能力，一般都配置Crowbar 保护。若电网故障不严重，Crowbar 保护不动作，此时风电机组仍能提供较大的故障电流；若故障严重，Crowbar 保护动作，风电机组由于失去励磁使得其提供的故障电流很小。由前文的分析可知，风电侧的零序阻抗远小于正、负序阻抗，使得其的零序电流分配系数远大于正、负序电流分配系数，若发生如图3的接地故障时，风电侧的故障电流主要由零序电流组成，正、负电流很小。这些短路特性正是常规发电机组不具有的。
?K ′?e j θ?U > (8) op op
图 4 区内故障时等值网络
Fig. 4 Equivalent network when faults occur in
protection zone
=E e 设E N M
电压为
?j δ
，线路MN 上任一点p 的故障前
3 风电场对工频变化量距离保护的影响
3.1风电场对相间保护的影响
图4是保护区内发生短路故障时的系统图，图
=E Z ??(1?l )Z +Z +(Z +l Z )e ?j δ?(9) U M 1?p 1l 1N 1M p 1l p 0?
可以看出由于1?l p Z 1l +Z 1N 的存在，使得
()
U p
中M 、N 侧分别是风电侧和电网侧，K 为故障点，U op
(Z
1M
+l p Z 1l )并不是某一固定值，这样K 也就
不恒为1，而是随着故障位置、风电场的等值阻抗
徐 岩，等 大型风电场对工频故障分量距离保护影响的研究 - 121 -
及风电场的有功出力变化而变化。
从式(7)可以看出，由于风电侧正、负序阻抗远
′C k ′略大大于线路阻抗，这样使得区内故障时C set
于1，导致了K ′的大小还取决于U k 0op ，而这两者的比值主要和风电场的负荷电流及功率因数的
大小有关。
在一般的情况下，风电场的无功输出都为0，此时电压、电流的相位图如图5所示。图中，M 、N
3.2 接地保护所受的影响
从前文的分析可知，相间保护出现误动的原因
′C k ′的是：风电侧的正、负序阻抗很大，造成C set
比值略大于1，使得K ′约等于1，导致了保护的拒
动。
对于接地保护，分析过程和相间保护相同，所不同的是
为发电机的机端电压，I 为分别表示首、末端，U G L ，并且两者的差值会负荷电流，可以看出U M
随着风电场负荷电流的增大而变大，当风电场负荷
大到一定程度有可能会出现K ′小于1的情况，造成保护的拒动。在无功为0的情况下，风电场负荷电流的大小主要和风速的大小及风电机组投入运行的多少有关。当风速较高时，此时风电场的负荷电流较大，可能会造成保护拒动；而当风电场中有部分风电机组停运时，负荷电流下降反而有利于保护的正确动作。
′=C 1(Z 1M +Z l p )+C 2(Z 2M +Z l p )+C 0(Z 0M +Z 0l p ) (10) C p
假设发生如图 式中，C 0为风电侧的电流分配系数，
的单相接地故障，由前文的分析可知，风电侧的零序阻抗要远远小于其正、负阻抗，这样使得风电侧零序阻抗与线路零序阻抗的比值相对较小，从而导
′C k ′的幅值更容易随着故障点的位置的变化致C set
而变化，而不像相间保护一样保持在1左右，这样接地保护的K ′会变得更大，从而避免了负荷变化对保护的影响。
综上所述，对于相间保护来说，随着风电场运行方式的变化，会造成保护的不正确动作，但只是在风电场有功出力较大的情况下，保护才出现拒动和误动的可能，一般情况下保护均能正确动作。而对于接地保护来说，由于K ′相对较大，使得负荷的变化并不会对接地保护保护产生影响，并能够耐受一定的过渡电阻，可以不需要对其进行改进。
图5 功率因数为1时的电压相量图
Fig. 5 Diagram of voltage vector when power factor is 1
4 对工频变化量距离保护的改进
由前文分析可知，当风电场的运行方式发生变化时，由于有功出力及风电场等效阻抗的变化，会使得工频变化量距离保护出现拒动和误动。因此需要进一步分析风电场运行方式发生变化时其故障特征是如何变化及提出改进的方案。
对式(5)可以化简得到
在一些情况下，需要调整风电场的无功输出，当风电场的功率因数变化时，也可以作出电压、电流相量图，如图6所示。此时负荷电流滞后机端电压，就会导致U M >U N ，无论负荷电流如何变化K ′总会大于1，保护能可靠动作。另外，由于风电场侧的等值阻抗较大，加之线路MN 上各点电压幅值相差不大，造成了K 值在1上下浮动，若发生经过渡电阻短路，即使过渡电阻很小，也可能会造成保护的拒动。
=U U op op 0
R g +Z ∑(1?K ′?e j θ)Z ∑+R g
(11)
将其代入式（2）可以得到
?90°
′?e j θ)?R Z K 1??++(g ∑??R g +Z ∑1?K ′?e
j θ
<90°>
?U 障，有K ′>1, θ>0，当R g 为0时，2?U op op 0
图6功率因数为0.9时的电压相量图
Fig. 6 Diagram of voltage vector when power factor is 0.9
对式(12)分析可得：
a) 若风电场有功出力较少时，此时发生区内故
的角度会小于90°，随着过渡电阻R 的变滞后U op g
大，滞后的角度会增大，可能会造成保护的误动；
?U 若发生区外故障，有K ′<1,><0，2?u op="" op="">
- 122 - 电力系统保护与控制
，但是随着过渡电阻的变大，可能会出现超前U op
外故障时会落在其的左侧。故可取判据
?U 2?U op op ?180°
U
op
?U 滞后U 的情况，这使得保护无法2?U op op op 区分区内和区外故障，另外，考虑到1?K ′?e 很
小，即使在过渡电阻不是很大的情况下，保护也会无法识别故障的位置，如图7所示。
j θ
(13)
但是若以式(13)为判据则会出现在过渡电阻较大的情况下发生误动，参照一般距离保护一般配以负序电抗继电器来保证保护区的稳定，故也可以配有负序电抗继电器来保证距离保护的可靠动作。
5 仿真验证
本文参照某风电场的机位布置、装机容量等
搭建如图9所示的仿真模(5×6×1.5MW =45MW )，型。
图7 电压相量图（风电场有功出力较少） Fig. 7 Diagram of voltage vector (low output of
active power of wind farms)
?U 滞后U 障，有K ′<1, θ="">0，此时2?U op op op 0
b) 若风电场有功出力较大时，此时发生区内故
的角度已超过90°，保护无法正确动作。若发生区
外故障，有K ′>1, θ<>
图9 风电场接线结构
Fig. 9 Connecting structure of wind farms
?U 由超前U 变为滞后U ，这样保2?U op op op op 护在区外故障也会动作，如图8所示。
图8 电压相量图（有功出力较大）
Fig. 8 Diagram of voltage vector (big output of active
power of wind farms)
c) 若风电场的功率因数由1变成0.9时，由前文分析可知，在区内金属性故障时有K ′>1, θ>0，这与a) 情况类似。
d) 若风电场的部分风电机组停运时，此时风电场的等值阻抗会变大，但联络线上的负荷电流会减少，由于前文的分析是基于风电场等值阻抗较大的情况，故与风电场所有机组投入运行的结论相类似。
从前面分析可得，当发生金属性故障时，若是
图9中的一台风机和箱变代表了6台风机和箱变，即图中的一台的风机的额定容量为9 MW。双
经箱变升压馈风力发电机组的出口电压为0.69 kV，
至35 kV，30台风电机组按地理位置分成5组，而后汇至风电场的集电线路并通过主变，并入系统。输
仿真线路MN 电线路MN 为风电场与系统的联络线，
发生短路故障， M 侧的工频变化量距离保护的动作情况。
5.1 风电场运行方式对保护的影响 5.1.1 对相间保护的影响
分别从风速变化、功率因数变化及停机比例变化来验证风电场运行方式变化对工频变化量距离相间保护的影响，如表1~表3所示。
表1有功出力变化时的β变化情况 Table 1 Variation of β when wind speed changes
区内/区外 过渡电阻/? 有功出力 20% 40% 100%
Β/(°)
0 1
-33.1709/147.0070 -75.4225/111.3628 -96.6196/82.5678
-96.9506/-100.9057 -98.9886/-101.0356 -97.9039/-101.0093
会落在U ?U 的右侧，而区区内故障则U op op op 0
1
2
徐 岩，等 大型风电场对工频故障分量距离保护影响的研究 - 123 -
表2 功率因数变化时的β变化情况 Table 2 Variation of β when power factor changes
区内/区外 过渡电阻/? 功率因数
1 0.9 0.95
Β/(°)
0 1
-75.4225/111.3628-50.9048/128.7873-57.0628/118.6073
-98.9886/-101.0356 -96.3648/-101.2426 -96.7052/-101.1716
表4有功出力变化时的β变化情况 Table 4 Variation of β when wind speed changes
区内/区外 过渡电阻/? 有功出力 20% 40% 100%
Β/(°)
0 5
1.6104/-159.4867 -1.8512/-165.0255 -2.5683/-167.4005
-78.5975/-117.8558 -79.0760/-118.0730 -79.3468/-118.2008
表5功率因数变化时的β变化情况 Table 5 Variation of β when power factor changes
区内/区外 过渡电阻/?
Β/(°)
0 5
-2.5683/-167.4005 -1.1921/-168.1947 -1.3772/-166.5512
-79.3468/-118.2008 -77.8056/-117.8079 -78.0157/-118.0607
表 3 停机比例变化时的β变化情况
Table 3 Variation of β when proportion of offline wind turbine
changes
区内/区外 过渡电阻/? 停机比例 0% 20% 60%
Β/(°)
0 1
-75.4225/111.3628-67.1193/112.6254-64.6463/114.3512
-98.9886/-101.0356 -97.2808/-100.9816 -97.5359/-100.8158
功率因数
1 0.9 0.95
表6停机比例变化时的β变化情况
Table 6 Variation of β when proportion of offline wind turbine
changes
区内/区外 过渡电阻/? 停机比例 0% 20% 60%
Β/(°)
0 5
-2.5683/-167.4005 -1.4614/-165.3140 0.7509/-161.2239
-79.3468/-118.2008 -79.1441/-118.1107 -78.8110/-117.9315
表中的角度β分别为区内和区外两相短路故障
?U 时arg 2?U op op 0
(() )。从表1~表3中可以
op
看出，当风电场有功出力较少时，此时保护仍能可
靠动作，但是发生经过渡电阻短路时，由于风电场等效阻抗较大，造成保护无法正确动作。随着有功出力的变大，保护可能出现无法判断金属性故障的位置；当功率因数变化时，若此时发生金属性故障时，保护能可靠动作，但耐受过渡电阻的能力还是不理想。另外，停机比例的变化并不会对保护产生额外的影响。
5.1.2 对接地保护的影响
和相间保护一样，改变风电场的运行方式，仿真验证对接地保护的影响。
从表4~表6中可以看出，受风电侧的零序阻抗较小的影响，使得接地保护在风电场有功出力较大仍能正确动作，而且经过渡电阻短路时，保护也能反映出故障位置。可以这样认为，接地保护受到到风电场的影响较小，不需要对其进行改进。另外通过对单相接地短路的仿真可以得到：在风电场有功出力20%时，正序电流故障分量为0.059 9（为标幺值），而零序电流故障分量为2.436 2，这是由于风电侧的零序阻抗远小于正、负序阻抗而导致零序电流分配系数要远大于正、负序电流分配系数。
5.2 保护的改进
分别在线路中间和线路末端发生两相短路，通过仿真验证改进后保护的动作行为，保护的整定值设为线路MN 的85%处，如表7、表8所示。
表7 过渡电阻为1Ω时的保护动作行为 Table 7 Operational behavior of relays when phase fault
impedance is 1 ?
功率因数
有功出力20%
1
40% 100% 20%
0.9
40% 100%
Β/(°)
-96.9506/-100.9057 -98.9886/-101.0356 -97.9039/-101.0093 -96.5626/-100.9390 -96.3648/-101.2426 -96.1034/-101.4888
动作行为（改进后）
动作行为（改进前）
1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0
- 124 - 电力系统保护与控制
等效阻抗变小，从而接地保护能够不受风电场运行Table 8 Operational behavior of relays when phase fault 方式改变的影响，且能够耐受一定的过渡电阻。
impedance is 10 ? e) 利用电压向量图分析发生区内和区外短路
功率有功 动作行为动作行为时电压的变化情况，并在此基础上提出了改进办法，
Β/(°)
因数 出力 （改进后） （改进前）通过仿真验证了当风电场运行方式变化时，在区内
20% 1/0 0/0 与区外发生金属性相间短路，改进后相间保护均能-122.1347/-133.9403
1 40% 1/0 0/0 正常动作。考虑到发生区外经过渡电阻短路时，保-122.0961/-134.0058
100% 1/0 0/0 护会出现误动，故需要用负序电抗继电器来配合。 -122.1602/-134.1486
表8 过渡电阻为10Ω时的保护动作行为
20%
0.9
40% 100%
-122.0783/-133.9141 -121.9435/-133.9329 -121.9778/-134.1789
1/0 0/0 参考文献 1/0 0/0 1/0 0/0
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响，故仅仿真当有功出力和功率因数变化时，验证改进后保护是否能正确动作。仿真分析在区内和区外发生经过渡电阻BC 两相短路（过渡电阻分别为1 ?和10 ?）时，改进前和改进后保护的动作行为。
之间的夹角， ?U 与U β为2·U “1”表示保护op op op 0动作，“0”表示保护不能动作。从表7、表8中可以看
出，当发生经过渡电阻短路时，即使过渡电阻很小（1 ?），传统保护不能识别出故障发生位置，引起了保护的拒动，而改进后的保护在区内故障时能够很好的识别故障，在发生区外故障时，存在误动的可能，故需要负序电抗继电器来保证保护区的稳定。
6 结论
风电场实际运行方式的变化及其弱电源特性给工频变化量距离保护带来了一定的影响。通过对电压相量图的分析，得到影响因素，并提出改进的方案。
a) 本文分析了风电场的有功出力、功率因数及停机比例的变化对工频变化量距离相间保护的影响，可以看出在发生金属性故障时，若风电场的有功出力较小，相间保护能可靠动作，随着其有功出力的增加，保护的灵敏度会有所下降，最终在有功出力较大的情况下，相间保护会有拒动的可能。
b) 风电场的功率因数的变化引起了首末端电压幅值比值的变化。当功率因数从1变化到0.9时，首末端电压幅值的比值会比较大，对相间保护的影响也比较小。停机比例的变化几乎不会对相间保护的性能产生额外的影响。
这c) 由于风电场等值阻抗比系统侧要大得多，
使得线路上各点的电压幅值及相位都相差不大，造成了若发生经过渡电阻短路，即使过渡电阻的阻值较小，相间保护不能可靠动作。
使得风电场的d) 由于风电场的零序阻抗较小，
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收稿日期：2012-06-28 作者简介：
徐 岩(1976-)，男， 博士，副教授，硕士生导师，研究方向为电力系统继电保护；E-mail ：xy19761001@ yahoo.com.cn
林旭涛(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为风电并网对电力系统继电保护的影响；
赵 亮(1970-)，男，博士，研究方向为微网技术、智能电网及电力企业管理。
范文三：基于ＤＳＰ的工频故障分量距离保护装置的设计(07-20班陶晓丽)
1
基于,,,的工频故障分量距离保护装置的设计
陶晓丽，温阳东
(合肥工业大学电气与自动化工程学院 安徽，合肥 230009 )
摘要:本文介绍了基于DSP的工频故障分量距离保护装置的设计方案，该方案采用TI公司的TMS320F2812DSP芯片
为核心，通过采样采集电压、电流等数据与微机保护的算法相结合进行数据运算，得到保护装置所需要的各种信息
从而实现继电保护功能。同时介绍了工频故障分量距离保护的工作原理及其动作特性，以及DSP在继电保护中的硬
件基本结构和系统软件流程。
关键词:数字信号处理器;工频故障分量;距离保护;阻抗继电器;微机保护
Design of Distance Protection Device Using Power Frequency
Fault Components
TAO Xiao-li , WEN Yang-dong
(Electrical and automatic Engineering institute, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China) Abstract: This paper introduces how to design the distance protection device using power frequency fault components, This project takes TMS320F2812 chip as core to carry out the relay protection function by collecting various information and combining with calculate way of microcomputer protection. Its principle, operating characteristics, the hardware frame, and the software flow of protection system are also presented.
Keywords: DSP; power frequency fault components; distance protection; impedance relay; microcomputer-based relay protection
体积小等优点。本设计利用DSP的特点与基于工1. 引言
频突变量原理的距离保护相结合, 使保护性能得
我国经济近些年来发展迅速，对电力系统的到提高。
安全可靠运行提出更高的要求。距离保护作为输
2. 工作原理及其特性 电线路的保护相对电流保护而言具有较少受系统
运行方式影响的特点，所以在实际中获得广泛应由电流、电压的工频故障分量构成，反映继
用。而根据工频故障分量(又称为工频突变量)电器工作电压(补偿电压)的距离保护装置，国
原理的距离保护更具备对采样点要求较少，计算内通常称为工频突变量(故障分量)阻抗继电器。
速度快，可靠性高等特点。相对于传统继电保护2.1 工频故障分量距离保护的工作原理
(整流型，集成电路型等)而言微机保护有许多以图1 所示的双侧电源的电力系统为例进行
优点, 对提高电力系统供电的安全性和可靠性起分析。当图1(a)所示的电力系统在某种非故障
了很大的作用。到目前为止，应用于我国电力系状态下运行时，在k点发生金属性短路，故障点的
统的微机保护产品采用的CPU大多为,位或16位电压降为0，这时系统的状态可用图1(b)所示的
单片机, 本文采用数字信号处理器(DSP)来代等值网络来代替，图中两附加电压源的电压大小
替单片机。DSP以数字计算的方法对信号进行处相等，符号相反。假定电力系统为线性系统，则
理,具有处理速度快，灵活，精确，抗干扰能力强，根据叠加原理，图1(b)所示的运行状态又可以
2
分解成图1(c)和图1(d)所示的两个运行状态、分别为电压故障分量及电流故障分 ,u,i
的叠加。若令故障点处附加电源的电压值等于故量;
障前状态下故障点处的电压，则图1(c)就相应由上述可知，电力系统发生故障时，故障系于故障前的系统非故障状态，各点处的电压，电统可以看作是正常运行网与故障分量网的叠加，流均与故障前的情况一致。图1(d)为故障引入相应的故障电流，电压可看作是正常运行网中的的附加状态，该系统中各点的电压，电流称为电工频分量和故障分量网中的工频分量和暂态分量压电流的故障分量。 的叠加。而由于微机保护中加入了数字滤波环节，
利用的是电流电压的工频分量。因此在分析时，EE iMN m 可将故障电流，电压量视作正常运行网中工频分
u量和故障分量网中的工频分量的叠加。 km 在图1(d)中，保护安装处的工频故障分量 (a) 电流，电压可以分别表示为
EiE,E,kNmMK,,,,I (1),UmZZ，SKu,m,UK,,E,,,,UIZ (2) KS
工频故障分量阻抗继电器的工作电压为: (b) ,,,,,,,,，UUIZIZZ() (3) OPsetSsetUmZ式中为保护的整定阻抗，一般取为线路setEEiM,N,L正序阻抗的80%~85%。 k,
图2为在保护区内、外不同地点发生金属性短U,uKL路时电压故障分量的分布。
,, (c) k3k1k2Zset
,Ek3,E,,Ek2k1,i,Um,Uk,()a
,EK,Z,uZks,UOP ,E,Uk1
()b (d)
图1 故障系统及其等值网 ,Ek2,UOP,UFig.1 Fault system and its equal net ()cUm(a) 故障后电力系统 (b) 故障后电力系统等值网络
,E,Uk3(c) 电力系统正常运行网 (d) 故障分量网 ,UOPUm EE其中、分别为系统双侧的电源电势; NM (d)
U,E、分别为系统正常运行时故障点 kk 图2 不同地点发生短路时的电压故障分量 处的电压以及故障附加状态的电动势 Fig.2 Voltage fault component of short circuit for
iu、分别为系统故障时保护安装处测量处 mmdifferent situation 的全电压及全电流; (a) 附加网络; (b) 区内短路; iu、分别为系统非故障运行时的电压及电 LL(c) 正向区外短路; (d)反向区外短路 流;
3
在保护区内k1点短路[如图2(b)所示]时， (6) ,,,,，,,,，UIZZIZZ()OPssetsset
Z; 式中—正向故障时测量元件的测量阻抗，,,,UEOPK1m
ZZCR,，在正向区外k2点短路[如图2(c)所示]时， ; mkg
; ,,,UE,,，,IIOPK2C,C —工频故障分量电流助增系数，; 在反向区外k3点短路[如图2(d)所示]时， ,I
因此可以得到 。 ,,,UEOPK3
ZZZZ，,， (7) 故障附加状态下的电源电动势的大小，等于ssetsm
式(7)取等号时，可以得到临界动作情况下故障前短路点电压的大小，即比较工作电压与非
Z的轨迹，即动作特性为 U故障状态下短路点电压的大小，就能够区分出mk
ZZZZ，,， (8) 区内外的故障。假定故障前为空载，短路点电压ssetsm
如图3(b)所示为正方向阻抗圆特性。当测的大小等于保护安装处母线电压的大小，通过记
量阻抗落在圆内时，阻抗继电器动作，所以圆内忆的方式很容易得到，因此工频故障分量阻抗继
为动作区，圆外为非动作区。 电器的动作判据为
(2) 反方向故障 (4) ,,,UUUOPkm
满足该式判定为区内故障，保护动作;不满
足该式，判定为区外故障，保护不动作。 ZZ,,Isetk,I2.2 故障分量阻抗继电器动作特性 kZ (1)正方向故障 RgZm,,UZZsetsZ,k,I,E,IKK
Z RgZZ,U(a) ms
,EjXK
(a) ,Zs
jXZZsetset
CRZgkR0o
,Z,ZRmkZZ，sm,Zs,CRg
(b)
图4系统发生反向故障 (b)
Fig.4 System of negative direction fault 图3系统发生正向故障
(a) 系统发生反向故障的等值网络 Fig.3 System of positive direction fault
(b) 反向阻抗圆特性 (a) 系统发生正向故障的等值网络
系统发生反向故障时，由图4(a)可得 (b) 正方向阻抗圆特性
,,(9) UEIZZCIRIZZ,,,,,，，,,,,，()由工频故障分量的定义可得 kskgsm
,,,,,,,,,UIZZIZZ() (10) UEIZZCIRIZZ,,,,，，,,,，() (5) opssetssetkKskgsm
4
,式中—从保护安装处到对端系统中性点的等Fig.6 Connection diagram of CY7C1041BV and Zs
值阻抗。 TMS320F2812 由式(9)、(10)代入到式(4)可得 MS320F2812的CPU并不包含任何存储器，,, (11) ZZZZ,,,,()ssetsm但是可以通过多总线访问芯片内部或外部扩展的类似对正向故障情况的分析，可以得到反向存储器。F2812应用32位数据地址和22位程序地故障的动作特性，如图4(b)所示。由于动作的址控制整个存储器和外设，最大可寻址4G字(每,Z区域在第一象限，而测量阻抗位于第三象m个字16位)的数据空间和4M字的程序空间。通过限，所以继电器不可能动作，具有明确的方向性。
存储器的扩展，可以开发更大规模更复杂的系统，
3 基于DSP技术的硬件设计 从而有利于实际应用，并且获得更好的性能。
电电电电电电电电电电电本次设计中采用CY7C1041BV33扩展A/D电电CY7C1041电电电BVTMS320F2812的外部存储器，由于DSP采用统电电电电电电电电电电电电电一寻址方式CY7C1041BV33可以作为程序存储电TMS320F2812电DSP器也可作为数据存储器。其连接如图6所示。 电电电电电电,., ADC模块的设计 电电电电在本设计中采用的方案是直接使用DSP内电电电电电部的ADC，是因为考虑到直接使用片内ADC不电电电电电仅可以节约成本，减小芯片面积，而且利用片内电 ADC配合数字滤波可以达到近200倍的精确工作图5 微机保护系统的结构示意图
范围，满足微机保护对ADC的要求。 Fig.5 Structure diagram of microcomputer protection
MS320F2812ADC模块是一个12位带流水线system
的模数转换器(ADC)，模数转换单元的模拟电DSP的突出特点是计算能力强，精度高，总
路包括前向模拟复用开关(MUX)采样/保持线速度快，吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现
(S/H)电路、变换内核、电压参考及其他模拟定点和浮点加乘(矩阵)运算，速度非常快。将
辅助电路。模数转换单元的数字电路包括可编程DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了计算时
转换序列器、结果寄存器，与模拟电路的接口，间，可以完成数据采集，信号处理的功能，完成
与芯片外设总线的接口以及同其他片上模块的接独立的继电保护功能。以DSP为核心的微机保护
口。 系统的原理框图如图5所示。本文系统的主处理
模数转换模块ADC有16个通道，可配置为器采用的是TI公司的TMS320F2812DSP芯片。
2个独立的8通道模块，分别服务于事件管理器3.1 外部存储器的扩展设计
A和B，两个独立的8通道模块也可以级联构成D0...15,,
一个16通道模块。尽管在模数转换模块中有多个TMSF3202812A0...18,,CYCBV7104133输入通道和两个排序器，但仅有一个转换器。 XD0,,,,,,XA0A1,,,,,,,,D0…,,,,,,,,,,,,……两个8通道模块能够自动排序，每个模块可XD15,,,,XA18A18,,,,,,D15,,,以通过多路选择器(MUX)选择8通道中的任何,,,,,,,,XZCS2nCEBLE一个通道。在级联模式下，自动排序器将变成16,,,,,,,,,,,XWEnWEBLE,,,,,,,,,,,,XRDnOE通道。对于每个通道而言，一旦ADC转换完成，,,,,,,XREADYR1将会把转换结果存储到结果寄存器中，自动排序,,,,XMP/MCn,,,,,R2器允许对同一个通道进行多次采样，用户可以完SeltsecMPMCn/
图6 CY7C1041BV与TMS320F2812连接示意图 成过采样算法，这样可以获得更高的采样精度。
5
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对采样点要求较少，计算速度快，可靠性高的特北京:电子工业出版社，2005。
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收稿日期:2009年6月12日
作者简介:
陶晓丽(1984-)，女，硕士，研究方向为电力
系统继电保护与调度自动化，
Email: txl8379@163.com
温阳东(1955-)，男，教授，硕士生导师，主
要从事继电保护，控制理论与控制技术等方面的
研究。
范文四：基于工频故障分量的自适应接地距离保护_蒋志平
DOI:10.13960/j.issn.1672-2558.2013.03.011
第11卷第3期2013年9月
南京工程学院学报（自然科学版）
Journal of Nanjing Institute of Technology （Natural Science Edition ）
Vol．11，No．3
2013Sep．，
文章编号：1672－2558（2013）03－0032－05
基于工频故障分量的自适应接地距离保护
蒋志平，王玉忠
(南京工程学院电力工程学院，江苏南京211167)
摘
要：用工频故障分量推导单相接地模型线路经过渡电阻接地时的附加阻抗，用来修正距离保护的测量阻抗，并
根据送电侧和受电侧的不同情况决定是否补偿．该方法能准确计算出线路故障阻抗的电阻分量和电抗分量，使四边形特性距离保护的电阻线和电抗线易于整定，避免下倾的电抗线缩小保护的范围和电阻线的躲负荷性能的复杂分析，从而解决保护的拒动和超越问题．算例验证这种距离保护有令人满意的性能，提高了保护的可靠性和灵敏度．关键词：工频故障分量; 过渡电阻; 距离保护; 附加阻抗中图分类号：TM77
An Adaptive Algorithm of Ground Distance Protection
based on Power Frequency Fault Components
Jiang Zhi-ping，Wang Yu-zhong
(School of Power and Electric Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China)
Abstract:Based on the single-phase earthed model，this paper calculates the additional impedance caused by transition resistance，and revises the measurement impedance of distance protection．Compensation is provided depending on different conditions of the sending and receiving ends．This approach can be used to accurately measure the resistance component and reactance component of fault line impedance，which makes the resistance line and the reactance line of quadrilateral characteristic distance relay easier to set．In this case，it can save the reduction in the protection areas due to declining reactance lines and avoid complex analysis of resistance line dodging load performance．Thereby overreaching and under-reach problems of distance relay can be solved．The numerical examples prove that this distance protection has perfect performances and the reliability and sensibility are thus improved．
Key words:power frequency fault components; transition resistance; distance protection; additional impedance
高压输电线路最常见的故障是单相接地故障，但各种接地距离保护的可靠性受接地电阻的影响很大，从而导致保护的超越或拒动它可引起保护的超范围动作或使保护的范围缩短，
［1－6］
．为了克服接地电阻的
7－8］影响并提高接地距离保护的可靠性，继电保护工作者做了大量的研究，文献［提出基于单端电压和9］电流计算故障阻抗和监测经电弧接地故障的方法，文献［取零序电流、电压补偿系数近似值测量故障阻10］抗，文献［比较保护测到的三相电压相量的相角计算故障点电压和保护范围末端电压区别区内故障和11－13］14－15］区外故障，文献［采用自适应的方法来消除接地电阻对距离保护的影响，文献［改变距离保护多边形形状来解决大过渡电阻接地拒动问题．基于工频故障分量，本文在推导由过渡电阻引起的附加阻抗公式的基础上提出一种自适应接地距离保护方法，可根据送电侧、受电侧的不同情况确定是否进行补
收稿日期：2013－06－06；修回日期：2013－07－10
作者简介：蒋志平，讲师，研究方向为人工智能在电力系统中的应用、继电保护．E-mail ：jiangzhiping91@sina．com
偿，并提出了补偿方法．该距离保护方法能比较准确地计算出线路故障阻抗的电阻分量和电抗分量，使四边形特性距离保护的电阻线和电抗线易于整定，避免下倾的电抗线缩小保护的范围和电阻线的躲负荷性能的复杂分析，从而解决保护的拒动和超越问题，提高接地保护性能．相对现有的人工智能型自适应接地距离保护，本方法计算量小，且是在线计算；相对其它现有的工频故障分量自适应接地距离保护来讲，本方法首次提出根据送电侧、受电侧分开进行补偿的想法，更加贴近实际，因而效果更好．
1自适应距离保护原理分析
U N N 分别为线路送电侧电源母线、双端电源供电系统如图1所示．图1中：M 、受电侧电源母线；U M 、
·
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I N 分别为两侧母线流向线路A 相的故障电流；Ｒg 为K 点接地N 保护安装处实时电压相量；I M 、分别为M 、
时的过渡电阻；I g 为流经过渡电阻的故障电流．
传统距离保护M 侧A 相测量阻抗公式为
I g Ｒg
Z M =·=Z l +1k ···
I M +3KI M 0I M +3KI M 0
Z 0－Z 1
．3Z 1
U M
·
·
··
（1）
Z 0分别为输电线路单位长度的正序、式中：Z 1、零序阻抗，Ω/km；l k 为保护安装处M 母线至故障点的距离，km ；K =
当线路经过渡电阻接地时，由于负荷电流和两侧系统阻抗角不相等，过渡电阻产生的附加阻抗可能呈阻容性、阻抗性，导致测量阻抗发生变化，如图2所示．一般位于送电侧的阻抗继电器由于附加现纯阻性、
阻抗呈阻容性容易超越；受电侧阻抗继电器因附加阻抗呈阻抗性而可能拒动．传统距离保护给测量电抗部分加上由两侧系统相位差所引起的测量电抗的最大误差，为了防止保护超越，电抗线下倾α角；为了提高Z A 、避越负荷阻抗的能力，电阻线倾斜角度β，如图2所示．图2中Z 、ΔZ 分别为线路的实际故障阻抗、传统保护的测量阻抗、附加测量阻抗．下倾线按送电侧保护在过渡电阻上所引起的测量电抗的最大误差考虑，但实际系统保护可能在受电侧，也可能在送电侧，且大部分情况不是运行在最大负荷状态，因此，用固定的倾斜线来防止保护的超越缩短了保护的范围，并且电阻线的躲负荷性能分析复杂加阻抗并加以补偿是防止保护拒动和超越的最合理措施
．
［16－17］
，正确计算附
图1A 相接地的单
相接线图图2多边形阻抗继电器
推导M 侧测量阻抗由于Ｒg 引起的附加阻抗公式．附加阻抗推导以A 相经过渡电阻Ｒg 接地故障为例，用的等值网络如图3所示．
图3
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附加阻抗推导用等值网络
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－ΔE k =C M 1ΔI 1（Z 1l K +Z M 1）+C M 2ΔI 2（Z 2l K +Z M 2）+C M 0ΔI 0（Z 0l K +Z M 0）+ΔI Ｒg =
C M 1ΔI 1Z 1l K +C M 1ΔI 1Z M 1+C M 2ΔI 2Z 2l K +C M 2ΔI 2Z M 2+C M 0ΔI 0Z 0l K +C M 0ΔI 0Z M 0+ΔI 0Ｒg
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（2）
式中：Z 2为输电线路单位长度的负序阻抗，Ω/km；ΔI 为故障分量电流；ΔI 1、ΔI 2、ΔI 0分别为故障分量电流C m 2、C m 0分别为正序、C m 2=ΔI M 2/C m 1=ΔI M 1/ΔI 1，的正序、负序、零序分量；C m 1、负序、零序电流分布系数，C m 0=ΔI M 0/ΔI 0；ΔI M 1、ΔI 2，负序、零序分量；这里ΔE k ΔI M 2、ΔI M 0分别为母线M 处故障分量电流ΔI M 的正序、=－U k ［0］，U k ［0］为故障点K 处故障发生前的正常运行电压．
一般Z 1=Z 2，而ΔI =ΔI 1+ΔI 2+ΔI 0，单相接地故障时，又有ΔI 1=ΔI 2=ΔI 0，可得：
U k ［0］=（ΔI M +K ·3ΔI M 0）Z 1l k +ΔI M 1Z M 1+ΔI M 2Z M 2+ΔI M 0Z M 0+ΔI 0·3Ｒg Z 1l k +
ΔI 0
ΔI M +K ·ΔI M 0
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（3）
·3Ｒg =
U k ［0］
ΔI M +K ·ΔI M 0
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－
ΔI M 1Z M 1+ΔI M 2Z M 2+ΔI M 0Z M 0
ΔI M +K ·ΔI M 0
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···
Z 1l k +ΔZ =
ΔI 0
ΔI M +K ·ΔI M 0
·
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·
U k ［0］+ΔU M ΔI M +K ·ΔI M 0
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（4）
这里ΔZ =·3Ｒg ．假定C m 1、C m 2、C m 0、K 为实数，根据上面的假设，ΔZ 呈纯电阻性，由式（4）
进而可求Z 1l k ，理论上可以完全消除过渡电阻的影响．在实际应用中，左右电抗相等可求得x 1l k ，式（4）中的U k ［0］并不确定，一般用保护安装处的电压如M 母线处电压U M ［0］．一般正常运行时输电线路的幅值变化测量阻抗的误差主要由电压的相位差不同引起．当保护用的电压相位超前U k ［0］时，不大，测得的阻抗偏大；反之，测得的阻抗偏小．令Z set 为距离保护的整定阻抗，一般取线路正序阻抗的80% 85%．
受电侧分别提出不同的方法来进行阻抗测量．根据送电侧、
送电侧（本文为M 侧）：首先用U M ［0］代替式（4）中的U k ［0］计算，若满足Im （Z 1l k ）≤Im （Z set ），计算结束，然后判断是否在动作区内；若不满足，用U M ［0］－I L ·K com1·Z set 代替式（4）中的U k ［0］计算，然后判断是否在动作区内．
受电侧（本文为N 侧）：首先用U N ［0］+I L ·K com2·Z set 代替式（4）中的U k ［0］计算，若满足Im （Z 1l k ）≤Im （K rel1·Z set ）或Im （Z 1l k ）≥Im （Z set ）计算结束，然后判断是否在动作区内；若不满足，用U M ［0］代替式（4）中
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第11卷第3期
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蒋志平，等：基于工频故障分量的自适应接地距离保护
35
然后判断是否在动作区内．的U k ［0］计算，
K com1、K com2为补偿系数，K com2取0．4 0．6；K rel1为可靠系数，一般K com1取0．7 1．0，一般取0．6 0．9．这样，根据上面分析，靠近保护安装处正向故障时测量阻抗偏大，但不影响保护的正确动作；靠近保护区故障时测量阻抗偏小，能避免保护拒动；超过保护范围故障，测量阻抗偏大，能可靠防止保护误动．
2算例验证
输电线路长度为300km 的双侧电源供电系为验证本算法的准确度，对图1所示电压等级为500kV ，
统单相接地故障进行验证．距离保护的保护范围为线路全长的85%．两侧电源电动势幅值比和相位差分Z M 0=j29．09Ω；N 侧电源等值阻抗：Z N 1=1．06+别为1．05和δ．M 侧电源等值阻抗：Z M 1=1．05+j43．18Ω，
r 0=0．1148Ω/km，l 0=j44．92Ω，Z N 0=j37．47Ω；线路参数：r 1=0．0208Ω/km，l 1=0．8984mH /km，
2．2886mH /km；K com1=1．0，K com2=0．5，K rel1=0．8．采用Matlab 编程验证本文提出的自适应距离保护，并2所示．在线路各处经高阻接地和经小电阻接地时传统算法和自适应算法阻抗测量值作比较，如表1、
表1
故障位置
Ｒ
00．10．20．30．40．50．60．70．80．91．0
136．70143．30150．50158．40167．10176．80187．53199．60213．40229．10247．40
Ｒf =300Ω，δ=30? 在线路不同地点故障时的故障阻抗测量值比较
送电侧（M 侧）
传统算法
X 4．079．0813．7618．0421．8725．1727．8429．7630．7730．6729．19
自适应算法Ｒ1．092．273．544．930．751．782．884．055．276．436．98
X 14．8630．7748．0166．9010．2024．1439．0354．9171．4987．2194．68
Ｒ－440．6－505．5－577．7－649．9－685．5－599．6－311．865．731．942．043．6传统算法
X 89．6132．0205．6331．3534．7810．01032．01022．682．961．344．2
如电侧（N 侧）
自适应算法Ｒ－9．28－1．991．222．823．634．004．094．003．783．473．10
X
Ω
－125．90－26．9916．5938．2949．2754．2455．4854．2551．3147．13420．30
表2
故障位置
Ｒ
00．10．20．30．40．50．60．70．80．91．0
Ｒf =20Ω，相位差δ=30? 在线路不同地点故障时的故障阻抗测量值比较
送电侧（M 侧）
传统算法
X －0．087．9315．8523．6731．3338．7845．9452．6458．6063．2865．38
自适应算法Ｒ0．070．741．422．102．803．504．214．945．015．676．27
X 0．9910．0519．2428．5437．9447．4657．1266．9867．9976．9185．14
Ｒ98．1367．2251．4941．8235．1730．2526．4023．2720．6418．3716．38
传统算法
X 124．80101．5085．5772．5861．0850．4440．3430．6021．1211．822．65
送电侧（N 侧）
自适应算法Ｒ6．085．785．304．213．713．172．602．011．410．790．18
X 82．4478．4471．8657．1550．3943．0535．3227．3119．1210．802．41
Ω
14．9416．6918．6320．8223．3226．2629．8134．2239．9547．8359．57
36
南京工程学院学报（自然科学版）2013年9月
从表1可以看出，线路经高阻接地时，传统距离保护无论送电侧或受电侧的保护和实际故障阻抗差值都较大．在不考虑电阻的情况下，送电侧（M 侧）全线动作，发生稳态超越；受电侧动作区小于线路全长的30%，出现拒动现象．自适应距离保护能正确反映线路的故障阻抗，两侧保护区均达线路全长的80%以上，不发生超越和拒动现象．
从表2可知，线路经小电阻接地时，传统距离保护在不考虑电阻的情况下，送电侧（M 侧）全线动作，发生稳态超越；受电侧动作区小于线路全长的70%，出现拒动现象．自适应距离保护能正确反映线路的故障阻抗，两侧保护区均达线路全长的80%以上，不发生超越和拒动现象．
3结语
本文找出传统距离保护的原理性缺陷，分析过渡电阻对距离保护的影响，并提出一种基于保护处监测
到的工频故障分量来计算过渡电阻引起的附加阻抗的新方法，改进了距离保护的动作判据．从算例结果知，本算法具有对过渡电阻很强的自适应性，能够真实地反映保护安装处和故障点间的阻抗，有效解决过渡电阻引起的保护拒动和超越问题；线路经高阻接地时，自适应距离保护能够正确动作切除故障．补偿系K com2，可靠系数K rel1与线路长短、数K com1、负荷大小有关，如何合理确定还有待进一步研究．
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范文五：故障分量差动保护
电 力 系 统 自 动 化 第 23 卷 第 11 期 1999 年 6 月 13 A u tom at io n of E lectric Pow er System s
故障分量差动保护
尹项根 陈德树 张 哲 李毅军
()()华中理工大学电力系 430074 武汉 三峡国际招标公司 443002 湖北宜昌
摘 要 深入地研究了基于故障分量的数字式差动保护的基本原理, 并与传统的比率制动差动保
护作了详细比较, 讨论了故障分量差动保护的动作判据, 最后介绍了基于该原理的保护在实际中的 应用。
关键词 故障分量 差动保护 微机保护 发电机 变压器
分类号 771TM
r r r r I = I + I = ? I 0 引言 d I " d ()3 r r r r r I = I - I = ? I + 2Ir I " r L () 基于故障分量也称增量来实现保护的原理最 () () 比较式 2与式 3可见, 忽略变压器两侧负荷 早可以追溯到突变量原理的保护, 但真正受到人们
电流的误差之后, 两种差动保护原理的动作量相同, 普遍关注和广泛研究则是出现微机保护技术之后。
主要不同之处表现在制动量上。 发生内部轻微故障 微机具有长记忆功能和强大的数据处理能力, 可以
() 如单相高阻接地或小匝数匝间短路时, 可能出现 获取稳定的故障分量, 从而促进了故障分量原理保 r r r r[ 1 ]I | < |="" i="" |="" ,="" |="" i="" |="">< |="" i="" |="" ,="" 这时式="" (3)="" 中制动量|="" rl="" dl="" i="" i="" 护的发展。="" 近="" 20="" 年来,="" 陆续提出了基于故障分量="">
的差动保护、方向保护、距离保护、故障选相等许多 主要由 2I 决定, 从而使得传统比率差动保护方案 I L
新原理, 并在元件保护、线路保护各个领域得到了成 因制动量太大而降低了灵敏度。利用降低 K 值来改
善灵敏度是有限的。因为必须保证外部严重故障时 功的应用。本文针对在发电机、变压器中广泛使用的
有足够的制动量不使保护误动, 发生外部严重故障 比率制动式差动保护, 讨论故障分量保护的基本原 r r r 理、判据和应用中的一些问题。 时, 一般有 | ? I | μ | 2I | , 制动量主要决定于 ? I ,rI L r
因此两种原理差动保护的制动量相当, 不会引起误 1 故障分量比率差动保护原理 动。 由以下进一步的分析可更清楚地看到这一点。 故障分量电流是由从故障后电流中减去负荷分 用一设一单相变压器发生对地高阻抗接地故障, 现 量而得到的, 可以由它来构成比率差动保护。习惯上 简化的具有两端电源的 形网络来表征, 如T 常用“”表示故障分量, 故也有人称之为“差动继 ? ? 图 1所示。 [ 2 ]电器”。 以两侧纵联差动保护为例, 若两侧电流假
定正向均取为流入被保护设备, 故障分量比率差动
保护的动作方程可表示为: r r r r | ? I + ? I | > K | ? I - ? I | (1) I " I " r r r r rr式中 ? I = I - I ; ? I = I - I ; 下标L 表L L I I I " " "
示正常负荷分量; 下标 I , " 则分别表示被 保护设备两侧的电量。 图 1 单相变压器内部故障简化等值电路 r r 在故障分量比率差动保护中, 令 ? I , ? I 分dr 11 F igThe s im plif ied equiva len t c ircuit 别 -of s inglepha se tran sform er with in terna l fault
() 表示动作量 差动量和制动量, 即 r r r ? I = ? I + ? I 短路阻抗为 Z 。按照叠加原理, 可将图 1 所示d I f " ()2 r r r ? I = ? I - ? I r 电路分解为正常网络和故障附加网络。 由故障附加 I
" r r r () 网络推导出式1的另一种形式为: 因正常运行时有 I = - I = - I, 故传统比率差" L I L L rr r
动保护的动作量 I 和制动量 I 可表示为:| ? I | | Z + Z d r d R S ()4 K < =="" |="" r="" |="" z-="" z|r="" s="" |="" i="" |r="">
由式 (4) 可见, 故障分量原理的灵敏度与 Z 无f 1999205207 收稿。
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: 满足关。对于一个感性电力系统, Z与 Z的相位差介于 R S
e? K (9)[ - 90?, + 90?] 之间, 所以 | Z+ Z| ?| Z- Z| 的m ax R S R S r r 最小值为 1。也就是说, 故障分量差动原理在内部故 当外部严重故障时, | I| μ | I |。此时若忽略R I L r r rr 障时, 总会有 | ? I | ?| ? I | > 1 存在, 即在双侧电dr(8) 中与 I ?I有关的项, 就得到式 (9)。请注意, 式I L R 源 对于同样的外部故障条件和 K 值, 故障分量原理差 条件下, 若取 K = 1, 按上述分析能保障对最轻微故 动保护总要比传统差动保护的制动量略小一些。例 障的灵敏度。 () 如按照 10% 误差, 对于传统保护方案, 由式 9可确
当然实际情况要比这种简化分析复杂: 当故障 定 K = 011; 对于故障分量比率差动保护方案, 若近 阻抗 Z 很大时, 将无法正确取出保证计算精度的故f r r 障分量, 因此灵敏度仍然受 Z 限制; 同时, 三相变压f () 似假设 e= 0101 以及 I ?I= 0125, 由式 8则要 L I L R
器所遇到的问题也不能简单地归结为上述简化分 求 e- 01005 ? 0105, 即若 e? 01055 就会误动 m ax m ax 析; 另外, 为防止当只有一侧投入系统的变压器发生 (当然, 通常这种情况下 e不大可能达到 515% )。 m ax 内部故障时不拒动, K 值的选择仍必须小于 1。 根据前面的分析, 故障分量原理的比率差动保护的
传统差动保护判据也可由图 1 推导为: () 一个重要特点是, 即使 K 值取得较大 但 K < 1,="" 也="" r="" |="" i="" |="" |="" z="" +="" z="" |="" d="" r="" s="" ()不会对灵敏度产生不利影响。因此="" k="" 值应适当取大="" 5="" k="">< =="" r="" z-="" z="" |="" k="" |="" r="" s="" ns="" |="" i="" |r="" 一些,="" 只要满足变压器仅一侧投入系统,="" 且发生内部="" r="" 2="" i="" i="" l="" 故障时能可靠动作即可。="" 1="" +r="" 式中="" k="ns" ()6="" i="">
r
2 故障分量差动保护的动作判据 比较式 (4) 与式 (5) , 主要差别在于因子 K 。轻ns r r构成一个完整的差动保护往往还需要用到一些 微内部故障时, | ? I | < |="" i="" |="" ,="" k="" 变得较大,="" 传统="" r="" i="" l="" ns="" 辅助判据,="" 如差流速断判据、断线闭锁判据、变="" ta="" 方案的灵敏度很低,="" 同时传统方案受故障电阻="" z="" 的="" f="">
压器保护中的励磁涌流制动判据和低电压加速判据 不利影响也十分明显。
等, 这里仅就主判据作讨论。 当有外部故障引起的穿越电流流过被保护设备
211 两侧电流相量构成的比率制动判据 时, 有很多原因使电流互感器() 副边电流产生误 TA
实现保护应先计算被保护设备两侧故障分量的 差。设两侧 副边误差百分比分别记为 e和 e,TA I " r r 基波相量, 然后再构成比率制动特性动作判据。采用 并用 I和 I分别表示不含误差的差动电流和制动D R 故障分量原理仍然需要设置一个差流故障分量门坎 电流, 故障分量原理的差动电流和制动电流可表示 值 ? I , 并与从原点出发的比率制动特性相结合,d1m in 为: 形成折线制动特性。根据第 1 节的分析, 故障分量差 r e+ e) ( I"? I = Id D 1 + 动保护可选用较大的 K 值而不会降低灵敏度, 故只 + 2 r r需要一段斜线特性就够了, 如图 2 所示。在正常运行 (e- e) I "
条件下, 差动电流 ? I 中已消去了TA 等因素引起d I- I (e- e)R I L I L " L 2 的 稳态误差的影响, 故 ? I 可以整定得更小一些, d1m in r e+ e) ( I"? I = 1 + +这 对于提高保护对内部轻微故障的灵敏度非常有Ir R 2益。 r r (e- e) I "
II (2 + e+ e)- D L L L II"2 ()7 r r 正常运行时, I= 0, e= e, e= e及 I=D I I L " " L R r 2I , 将其代入式 (7) , 则有 ? I = 0 和 ? I = 0。 I L d r
外部故障时, 考虑最严重情形, 有 e= - e= "I
e, e= - e= e, 代入式 (7) , 并考虑外部制动 m ax " L I L L 图 2 故障分量差动保护动作特性
12 F igOpera t ing character istic of fault 要求, 应满足: com ponen t ba sed d if feren t ia l protection r I I L e- 2m ax r eL 综合判据的表达式为: IR ()? K 8 r ? I > ? I ? ? I > K ? I 0 < k="">< 1d="" d.="" m="" in="" d="" r="" ii="" i="" 1="" -="" 2="" l="" ()10="" r="">
[ 3 ] :还可以用标积制动量构成比率制动判据 在同样条件下, 传统差动保护方案的制动要求则应
?学术论文与应用研究? 尹项根等 故障分量差动保护 15
r r r r 2 ()? I d > ? I d1m in ? ? I > - S ? I ? I co s Η 11 I " d ? I满足 ? I= m ax{| ? I | , | ? I | , | ? I | , ,m ax m ax " ? I Mr r 式中 Η= arg (? I ? I ) ; S 为标积制动系数, S >| ? I|}; ? I= ? I ; ? I = ? I。? M p s ij m ax I"?r r r r r
i= I 0。 ?j i
() 根 据余弦定理, 不难证明式 10中的 K 与式 ()() () 对于由式 10、式 14及式 17构成的判据, 可
() 11中的 S 的关系为: 以认为是将多侧比率差动转换成两侧比率差动来实 2 现, 因此与图 2 的特性完全一致, 并且这组判据很容 4K ()12 2S = 1 - K 易用标积制动量构成, 表达式如下: r r 2 若令 ? I = ? I + j? I , ? I = ? I I I R I , I " " R ()? I d > ? I d1m in ? ? I > - S ? m ax ? Ico s Η 18 p s + I d r r j? I , 可以导出式 (11) 中标积制动量的算法为:" , I )p s (式中 Η= arg ? I ?? m ax I - S ? I ? I co s Η= - S (? I ? I + ? I ? I )I " I R " R I , I " , I () () 12所示关系和式13所表达的算法可直接 式 ()13 ()应用于式 18。 () () 上述分析表明, 动作判据式 11与式 10在原 ()() () 对于由式 10、式 14及式 15构成的判据, 其 () 理上是基本一致的。不过, 用式 11更容易理解采用 () () 制动量式 15在多数情况下较式 17偏弱; 而对于 故障分量后, 不仅可以提高保护对内部故障的灵敏 ()() () 由式 10、式 14及式 16构成的判据, 其制动量式 度, 而且也可加强对外部故障的制动作用。采用故障 ( ) () 16在多数情况下较式 17偏强, 必要时可采取一 分量的特点是完全消除了负荷电流的影响, 或者说 些措施。 在故障附加网络中, 移去了被保护的设备两侧的等 () 更一般地, 式10亦可表达为另一种形式: 值系统电源电势, 而只在故障点处还保留唯一的一 ? I > ? I ? ? I > ? I + K ′(? I - ? I )d d. m in d d. m in r r. m in 个故障分量电势。外部故障时, 故障分量电势位于区
()19 外, 由它引起穿越性故障分量电流。对被保护设备两
显然, 对于图 2 的动作特性有: 侧测量点而言, 两侧测量电流几乎是完全反相的 1 ? I r. m in ( “几乎”是指传感器或测量元件会引入相位误差, 下 ? I (20)d. m in =K 1 ) () 同 , 即 Η? Π, 在判据式 11中将产生很大的制动 若取 ? I > ? I , 斜线将沿横轴(? I 轴) 向正r. m in d. m in r K 量, 而动作量很小, 可确保可靠的制动作用。内部故 方向平移, 这有利于改善灵敏度, 但会劣化制动特 障时, 故障分量电势位于区内, 由它引起从被保护设
性, 故一般要求 ? I < 018i="" ;="" 反之若取="" i=""> ()14 它们是由分段直线构成的, 而外部故障时由于 TA 而制动量 ? I 常 有 3 种 取 法, 分 别 如 式 ( 15 )、式r 误差引起的 ? I 与 ? I 在 ? I - ? I 平面上通常表现 d r d r ()() 16、式 17所示: 为更为平滑的曲线, 因而需要探讨直接采用曲线制 r r r r ? I = m ax{| ? I | , | ? I | , | ? I | , , | ? I|}r I " ? M 动特性的判据。 如一条开口向上并对称于纵轴的双 曲线的右支, 开始上升慢, 后来上升快, 且最终趋近 ()15 M r 的斜率是稳定的, 比较适合用来实现非线性制动特 ? I = | ? I | (16)r i ?性。 这种双曲线制动特性判据一般可表示为: i= I r r 22 2 2 ? I + K - K ) - K ″? I()(d C 0 > K 21 ? I = | ? I- ? I| (17)r m ax p sr C 16 式中 K , K ″及 K 均为与动作特性有关的正常数, 判据中 3 个定值 I , I 和 K 相对应, 故可参考 0 C d. m in r. m in 0 [ 3 ]?() 式21应满足双曲线的基本条件。 后 者来确定前者。第 1 节分析认为: 故障分量比率 合理选择 K , K ″和 K 可以灵活实现各种不同 差动保护判据中的差动量与传统比率差动保护判据 0 C () 的双曲线制动特性判据, 如令 K ″= 1 时, 式 21可 中的差动量基本相当, 但故障分量有效地消除了正 以演变为: 常 不平衡电流, 故 ? I 可比 I 取得略小一些。 d. m in d. m in 故障分量判据中的制动量由于去除了负荷分量影 ? I > - S ? I ? I co s Η+ S (22)d K I " 0 2 响, 从绝对值上看较传统判据中的制动量略小, 因此 式中 S =K K - K C 0 ? I 应比 I 取得更小一些, 以保证制动作用。根r. m in r. m in K ( 2K - K )0 C 0 S =0 ? K = ? I 0 d. m 据前面的分析, 故障分量判据中的比率制动系数 K 2K - K C 0 in K < 1,="" 即使取大一些也不会影响保护灵="" 只要满足="" 式(22)="" 表明标积制动量与="" i="" 配合可以构成双d="" 敏度和制动作用,="" 因此="" k="" 可比="" k="" 取得大。="" 故障分量0="" 曲线制动特性。s="" 确定了双曲线的顶点;="" k="" -="" k="" 为="" 0="" 0="" c="" 差流门坎值="" i="" 与装置的测量精度d.="" m="" in="" 渐近线在纵轴的截距,="" 它控制双曲线随制动量增加=""> ( ) ( 而上升的速度, 截距越负, 上升速度越慢。 只要选择 密 切 相 关 下 面 还 将 讨 论, 一 般 取 为 012 , ?合理, 可以得到比较理想的非线性制动特性。 015) I 。例如取 ? I = 013I 。nd. m in n 214 利用瞬时采样值的比率制动判据 比率制动系数 K 一般可取 013, 018, 建议取大 直接用瞬时值比较来实现差动保护可以明显提 一些。 (高保护动作速度和减少计算量, 这对于某些场合 如 拐点制动电流的选取与斜线方程及 ? I , K d. m in ) 发电机纵差保护、母线差动保护等是非常有价值 值 有 关。当 取 斜 线 方 程 过 原 点 时, 有 ? I = r. m in (的。其应用也分两侧或多侧差动保护两种 可参考第 I K , 按照前述建议, 则有? I 取 ( 01375 , ?d. m in r. m in )211 节和 212 节。 故障分量的计算一般采用“周周 110) I 。对于W YB —01 型发电机 — 变压器组保护n 采比较法”。 此外, 为保证动作的正确性, 可以采用“多 , 由于制动量选择偏用的故障分量比率差动判据 () 小, 故斜线可适当向横轴左方平移。运行经验表明点表决法”, 即在连续 m 次计算中有 n n ? m 次满 [ 1 ]应使 足条件, 则判定为内部故障。 ?? I ? 017I 。r. m in n 这里主要指减小差流故31312 尽量减小精工电流 3 故障分量比率差动保护的应用 障分量 ? I 的最小精确d —01 型发电机—变压器组微机成套保护装 W YB 测量电流。这可使 ? I 降低, 从而有利于改善对轻d. m in (置按 3 侧量 变压器高压侧, 发电机中性点及厂用变 微内部故障的灵敏度, 或者在同等 ? I 情况下, 提 d. m in ) 分支构成故障分量相量差动原理设计, 采用动作判 高保护动作的安全性, 为此需要注意以下问题: 据如下。 1 保证各电流模拟通道的一致性。 就装置而 a311 比率制动判据 言, 主要指装置的电流输入变换器、低通模拟滤波 采用式 (19) 所示判据, 其中动作量 ? I 和制d 器、采样保持器、多路转换器直至 ?前各个电流 A D 动 通道的稳态和暂态特性应尽量保持一致。 这除了对 量 ? I 分别如式 (14) 和式 (15) 所示 (M = 3)。 r 工艺水平、元器件质量等提出高标准要求外, 还要求 312 辅助判据 各通道尽量同时采样。 31211 励磁涌流闭锁判据 1 提高?变换的精度, 降低?变换电bA D A D ? I > K ? I (23)d2 d21 d1 路 的内部噪声影响。 一般地说, 提高变换的?A D 式中 ? I , ? I 分别为差流中基波和二次谐波电 d1 d2 分辨 率有利于提高变换精度, 但这也不尽然。如果流故障分量幅值; K 为二次谐波比率制动 d21 高主要是由 ?变换电路 (布线乃至器件、精度不 A D 系数。 供电电 源等) 内部噪声引起的, 那么单纯提高 ?A D ()31212 差流速断判据 满足时直接出口 分辨率 将于事无补。 ? I > K I (24)d ds n 1 装置输入额定电流按被保护设备二次实际 c式中 I 为额定电流; K 为额定电流倍数。n ds 额定电流选择。 装置输入额定电流通常是按 副断线闭锁判据等其他辅助判据从略。TA TA [ 4 ]313 讨论 或 1 )(方额定电流确定的, 如 I = 5 A 。而不同电 n2 A 31311 正确选择整定值 副方额定电 厂、不同机组二次实际额定电流比 TA 一般地, 故障分量比率制动判据有 3 个定值, 即 流有可能小很多。 如葛洲坝二江电厂 4 号机二次实 ? I , ? I 和K , 这与传统的两段折线比率制d. m in r. m in 际额定电流仅为 215 , 这使装置对应设备二次实A 动 ?学术论文与应用研究? 尹项根等 故障分量差动保护 17 版社, 1992 际额定电流的分辨率大为降低。 例如对于 12 位A 2 , . M cC leer P J F ir MA N ew T echn ique of D ifferen t ia l ?考虑允许输入最大电流为额定电流的 20 倍, , D : 2. , 1982, R elayingT he D eltaD ifferen t ia l R elayIEEE那 么对于按 副方额定电流(5 ) 选择, 则每安对TA A ()101 10: 4164, 4170 应 的数码约为 20, 对应 215 (二次实际额定电流) A 3 尹项根. 标积制动量的应用与分析. 见: 全国高校电力系 的 数码为 50; 对于按设备二次实际额定电流 (215 统自动化专业第八届年会论文集. 长沙: 1992 ) 选择, 则每安对应的数码约为 41, 对应 215 的A A 4 李毅军. 对故障分量原理的微机型发变组差动保护装置 数 码为 102。显然分辨率大为提高, 改善了信噪比和()在运行中一些问题的探讨. 继电器, 1996 4 测 量精度。 因此每台装置都应按二次实际额定电流作 为其输入额定电流。 尹项根, 男, 1954 年生, 博士, 教授, 博士生导师, 电力系 , 主要从事电力系统自动化专业继电保护与安全稳定控 主任参 考 文 献 制领域的教学与科研工作。 1 陈德树. 计算机继电保护原理与技术. 北京: 电力工业出 FAUL T COM PO NENT BASED D IG ITAL D IFFERENT IAL PRO TECT IO N ΨΨ;Κ 430074ΚΚΓY in X iang g enChen D eshu Z hang Z he H uazhong U n iversity of Science and T echno logyW uhanCh ina ; Κ 443002ΚΚΓ. L i Y ijunT h ree Go rges In ternat io nal T endering Company L tdY ichangCh ina Abstract T h is paper analyzes the fundam en tal p rincip le of the fau lt componen t based digital differen t ia l p ro tect io n and . compares it w ith the conven t io nal percen tage restrain t differen t ia l p ro tect io nOperating criteria fo r the fau lt componen t based 2 differen t ia l p ro tect io n are also discu ssed and the p ractical app licat io n of th is p rincip le in the p ro tect io n of a generato r .t ran sfo rm er un it is described in detail 2Keywords fau lt componen t differen t ia l p ro tect io n m icrocompu terba sed p ro tect io n generato r t ran sfo rm er 讨 论 审稿人意见: () ()?如果内部短路时 Η? 0?, 外部短路时 Η? Π, 则 S 的取值越大越好 越灵敏和越不误动, 何必按式 12 决定 S 值?问题是内部短路时 Η? 0?。 ?正如作者清楚地阐明: ? I = I , 而 ? I ? I , ? I ? I , 即增量差动在概念上不同于传统差动, 所 d dr rd. m in d. m in 以整定计算时完全不必“仿效”或“参考”。 ?请解释 ? I 取值之理由。个别装置测量精度较差, 要求 ? I 大, 不应推广。d. m in d. m in ?取值太大, 不能作为一般通用的整定推荐值。? I r. m in 作者答复: ?此段文字是为了说明故障分量原理与传统原理之关键区别而作的简化分析, 也是基于一次系统的一 种经典分析, 从而有内部短路时 Η? 0?和外部短路时 Η? Π的结论。正是由于实际应用的复杂性, () 应 通过式 12由 K 值来确定 S 值, 有益于把握特性边界和便于试验检验。 ?原文中“参考”的含义是说明 ? I , ? I , K 与 I , I , K 的类同关系, 并不表示这两组定值完 d. m in r. m in d. m in r. m in 0 全相等, 并且原文紧接着阐述了这之间的差别, 在思路上和审稿人的意见是一致的。 ?原文中已经分析指出故障分量判据中的差动量和传统判据中的差动量是基本相当的, 但故障分量有 效地消除了正常不平衡电流, 故 ? I 可比 I 取得略小。这也表明, 以往的经运行考验的整定经验 d. m in d. m in 是值得参考的, 原文中建议 ? I 取为 (012, 015) I 正是反映了国内被普遍认可的运行经验。d. m in n ?原文中建议 ? I ? 017I 并不排斥为增加制动性选择较小的 ? I 。具体选择时将由设计和运行人 r. m in n r. m in 员选定, 只要保证运行安全即可。 [ 编者按 ]为了进一步活跃学术讨论的气氛, 开拓思路, 供读者深入探讨、研究, 本刊拟将部分审稿意见及作者 答复随原文刊出。我们将审稿人对原稿有疑问处用下划线标出, 并按顺序编号, 在文后讨论中提出审稿意见, 并由作者一一答复。 感谢作者尹项根教授及审稿人为本刊这种讨论方式作首次尝试。 转载请注明出处范文大全网 » 第四节工频故障分量阻抗元件
