（电力系统及其自动化专业论文）电力系统微机继电保护仿真研究.pdf

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(2 )发现电 气组件的不正常运行状态， 根据运行维护条 件动作于发信 号. 减负 荷或跳闸。 继 电 保 护 的 基 本 要 求 : 选 择 性 、 速 动 性 、 灵 敏 性 和 可 靠 性 。 阅 1 . 2 继电保护装置的基本实现原理 电力系统不同电气组件故障或不正常运行时的特征可能是不同的， 但在一般情 况下.发生短路故障之后总是伴随着电 流增大，电 压降低.电流、电压间的相位发 生变化， 侧量阻抗发生变化等，利用正常运行时这些基本参数与故障时的区别、可 以构成不同原理的 继电保护。 例如反应电流增大的过流保护， 反应电 压降低的低电 压保护，反应故障点到保护安装处之间距离( 或阻抗) 的距离保护，反应电流、电压 间相位的方向保护及反应故障瞬间特征量的瞬态保护等。 构成各种继电保护装置时， 可使它们反应每相中的某一个或几个基本电气参数 ( 如相电 流或相电 压等) ，也可以使之反应这些基本参数的一个或几个对称分量( 如 负序、零序或正序量) ，例如利用零序构成接地保护，利用负序量构成相间保护。 还可以使其反应基本参数的某次谐波分量，如发电 机三次谐波定子单相接地保护 等。 阔 由 这些故障 或不正常运行时的稳态参数构成的继电 保护称作稳态保护。随着 微型计算机继电 保护的深入发展. 各种以电力系统故障瞬时信息为故障特征的瞬态 保护应运而生.闭 如建 立在小波分析基础上的输电 线路行波保护。阅 继电保护是由 各种继电器( 机电式) 或组件( 静态保护和微型计算机继电 保护) 组成。 继电 器或组件的分类方法很多， 其中按启动量划分的有稳态和瞬态保护;按 不同参量的过量、 欠量和差量划分的有过电流继电器、低电 压继电器、电流差动继 电 器等的稳态保护;若按其结构原理划分则有电磁感应型、 整流型、晶体管型、集 成电 路型和微型计算机等继电保护。 此外还有诸如自 适应保护、网络化保护等名目 繁多的 分类 和称谓。田 南京理工大学硕士论文电力系统撒机继电 保护仿真研究 一闷 ， . ， . . . . . . ， ， ， . ， 州 ， . . ， ， . . . 口 . . .气 尸 ， . 一一 一 1 . 3 继电 保护计算机仿真的 研究 1 . 3 . 1 继电保护仿真 研究的目 的 计算机仿真是一门 综合了 计算机科学、 数学、 自动控制理论等知识的综合性学 科。 作为一项重要的分析工具和研究手段， 计算机仿真技术在各种理论研究和工程 领域中被广泛使 用。 在电力系统中， 计算机仿真可以 作为理论研究的辅助工具， 也可以 通过模拟真 实装置、设备的运行，发现和解决设备运行中可能出 现的问 题。 电力系统对继电 保护设备的技术指标和产品质量的要求己 越来越高， 各科研单 位和制造 厂家在科 研上的 投 入也 越来 越多. 现 有的 继电 保护设 备 存在调试方 法效率 低， 调试过程复杂、 人为因素影响大，调试生产在同一场地完成设备，这造成了 继 电保护设备难于批量生产、调试。 在产品检验中 对保护设备的整屏的出厂检验大都 采用对单屏进行人工对线而不是对构成的保护系统进行模拟运行环境下的各种试 验。然而， 电力系统是一个系统工程， 其自 动化产品需经组屏使用， 对整屏仅仅采用 人工对线是不够的， 为了提高整屏质量， 要求所有整屏在出厂前完成在运行环境下 的各种试验。相对于原来的调试方式，投资少， 体积小， 接线方式更改方便， 并能方 便操作的实用化仿真系统显得非常重要。 为此目 的而使用继电 保护仿真技术组成的 系 统 称 为 继 电 保 护 仿 真 测 试 系 统 . (7i 另一方面，随着微机保护装置在电力系统中大量投入运行， 它们在电力系统中 的地位显得尤为重要。 与此同时， 微机保护装置本身的发展也十分迅速， 这对继电保 护检修与运行人员的素质提出了更高的要求。 这种仿真系统称为微机保护仿真培训 系 统 8j 。 仿真可分为模拟仿真和数字仿真， 模拟仿真如大型的动态模拟实验室， 具有针 对性强，仿真结果可靠等优点，但是相应的就有灵活性差， 缺乏通用性等缺点， 而 且模拟仿真成本高，占用场地大，实现不易。 数字仿真可以 避免上述缺点，因此在 电力系统中得到广泛应用。 1 . 3 ， 2 继电 保护仿真研究的现状与进展 国内 外微机继电 保护仿真研究是以电 力系统仿真研究为基础的。 数字仿真有实 时性仿真和非实时性仿真。国内外在非实时数字仿真软件中有两种应用最为广泛: 图 atp / e 盯p( e l e c t r 哑 g n e t i ctrans i e n t spro gt画) 是加拿大m a n i t oba公司 开 发 的 电 磁 暂 态 分 析 软 件 ，盯 p / 砚 仃 p ( t h e a l t e r n a t i v e t r a n s i e n t s pr o 盯 舰) 是其独立免费 版本， 也是世界上使用最为 广泛的电 磁暂态分析程序的一个版本。 它 可以 模拟任意复杂网络， 数学模型广泛。 南京理工大学硕士论文 电力系 统徽机继电保护仿真研究 此c ad/ e 幼 t c d 也是加拿大开发的暂态仿真程序，是得到广泛应用的一个版本。 psc ad是e 川 吸cd的用户界面， 它使得用户可以 方便的 使用阴t 优进行电 力系统分析， 使电 力系统复杂部分的可视化成为可能， 而且软件可以 作为实时 数字仿真器的前置 端， 可以 模拟任意大小的 交直流系统。 这两种离线仿真软件仿真速度太慢， 仿真系 统1 分钟的响 应需要花数分钟甚至数小时时间， 而且无法满足与外部物理控制设备 和 保 护 装 置 进 行 实 时 交 互 的 需 要 ， 因 此 无 法 对 继 电 器 进 行 闭 环 测 试 。 切 实时 数 字 仿真软 件 应用最为 广泛的 是邢d s(rea l 一i me一i g it al一i llnjl ator) ， 也是由 加拿大的m a o i t oba直流研究中心开发的。 这种仿真系统的 优势在于实时性 和带被测试系统的闭环测试能力。 国内以南自 院为代表的十几家单位相继引进了rtds， 其前台工作站上的机器上 运行的软件主要有un让平台上的psc ai)，和基于java平台的贻c ad。 国内在微机继电 保护仿真系统自 主研究也有很多， 较典型的代表比 如华北电力 大学动态模拟实验室的翎5 32oc32型机， 是在嵌入式pc1 04上实现的， 它能够应用 于动态模拟实验室进行科学研究， 保护测试和多媒体教学等工作， 代表了国内这方 面的先进成果。目 前更有人提出在 pc 机上实现的利用面向 对象技术的图形界面的 微机保护仿真， 还处于研究和小部分实验阶段， 不过提法各异， 完成的 功能也有所 不同，没有统一的标准。国外的这方面的研究领先于国内， 应用经验也较成熟，比 如西门子 ( 南京) 电气公司从总公司己引进了一套仿真系统做为该公司中国保护产 品调试、诊断工具。这种利用加p( 英文ori en七 obj ectpro g r a . m l n g ， 即面向对象 编程)语言的开发的基于 陀 的图形界面的新型继电保护仿真装置，这种装置可以 在，in d o 贾 5 操作系统下，以v 始ual c 科 6 . 0 为平台开发完成的， 具有兼容性好， 可靠性高， 灵活性强等优点。软件采用模块化结构， 因而整个系统的 扩展能力强。 1 . 4 新型继电 保护仿真系统 本文对现有的继电 保护算法进行根据条件合理选择，移植到pc 机上 贾 i nd叮5 操作系统为平台 构成的 继电 保护仿真软件。由于这种基于代 机的 微机继电 保护仿 真系统能 够整合常见的 保护类型， ( 能 够最大整合民机的可用资 源， 尤其是它的庞 大的数据处理和存储能力以 及网络传输能力) 这使得这种系统成为集保护监控和信 息处理、 保护检测和运行人员培训于一体的系统。 此类系统比目 前的保护产品具有 系统稳定可靠，具有很强的实时性、安全性、通用性、 开放性、 可扩展性和易维护 性， 可以 弥补其它类型装置的不足;并可成为保护生产厂家， 和变电 所、电力公司 等保护用户测试、 整定保护的有利工具.1， 南京理工大学硕士论文 电力系统微机继电保护仿真研究 利用计算机软件对继电 保护的动态特性进行分析和校验，设计保护的新原理， 分析和改 进保护动作 特性， 具有低成本、高效率、 灵活方便等优点。 据此提出的开 放式的继电 保护动态特性仿真分析系统， 操作界面简单， 输出 结果直观明了， 适用 性强， 扩展性好， 是电 力部门 和设计研究单位的 有力工具， 具有非常广阔的 应用前 景ln; 在此基 础上 外扩设备 接口 ， 只要 做不多的 改 动， 就可以 改 造成一 种新型的 继 电 保 护系 统， 具 有 保 护 类 型 全面， 通 用 性 好， 界 面 友 好 等的 特 性. 1 . 5 论文研究的主要工作 根据国内 外几种线路保护装置、 主变压器差动保护装置的 原理和保护配置， 分 析了 仿真软件所应具有的功能， 使用v isu a1c 十 + 编成语言，以面向对象技术为基础 完成了 基于 此机的 继电 保护装置的仿真软件，并对仿真系统进行调试， 验证了 仿 真软件的准确性、真实性和可靠性。 南京理工大学硕士论文 电力系统徽机继电保护仿真研究 2 电 力系统的继电 保护原理 电力系统的继电 保护是一门 综合了电力系统网 络分析、自 动控制理论和微机技 术的综合学科， 保护装置主要分为线路保护和主设备保护。 其中主设备保护包括变 压器保护、 母线保护、 发电 机保护、 发电 机变压器组保护和电 抗器、电 容器保护等 几大类型; 各种类型的保护装置又可以 根据具体的 应用采用不同的保护原理， 而继 电 保护的原理也是多种多 样。 虽然理论上保护装置的软件仿真可以 整合大多数的保 护理论和保护方式， 再根据具体情况进行配置。 但是由 于时间 精力有限， 不可能面 面俱到，这里只选择了两种保护装置一主变差动微机保护装置和线路微机保护装 置， 对它们采用的原理、 和常用的配置重点分析. 根据微机保护原理并且参考了西门 子7 sj68系列微机保护测控装置ll， 保定海 川金瑞电 气有限公司的a s t 一 4 11数字变压器保护装置和北京鑫坤电 力电 子科技发展 有限公司的xk一 s ll x 线路保护装置等微机保护产品的技术规范， 对主变差动保护和 线路保护的原理详述如下: 2 . 1 变压器保护的原理概述 由于受到自然环境或是电力系统中短路故障的影响， 变压器在实际运行中有可 能发生各种类型的故障和不正常运行状态， 变压器的故障可分为内部故障和外部故 障两种。 内部故障是变压器油箱内发生的各种故障， 其主要类型为: (l ) 各相绕组之间发生的 相间短路: (2 ) 单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路; (3 ) 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等; 内部故障危害很大，应该及时切除。 而变压器的外部故障是指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障， 主 要类型为: ( 1) 绝缘套管通过外壳发生的相间接地短路; (2 ) 引出线之间发生的相间故障; 发生外部故障时一般也应该迅速切除变压器， 以 减少或消除短路电流造成的 损 害。明 变压器的不正常运行状态则是指外部短路或者过负荷引起的过电 流、 油箱漏油 引起的油面降低、变压器中性点电 压升高或者由 于外电 压升高引起的过励磁等。 针对上述变压器的各种故障和不正常运行情况， 根据 继电 保护和自 动装置设 计技术规 程 的 规定， 变 压器继电 保护 装置一 般 应具有如 下保 护功能: 12 ( 1) 防变压器油箱内 部各种短路故障和油面降 低的瓦 斯保护; 南京理工大学硕士论文 电 力系统微机继电 保护仿真研究 (4 ) 防变压器绕组和引出线多相短路、 单相接地短路及烧组匝间短路的纵联 差动保护或电流速断保护; (5 ) 防变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护( 电流速断保护) 后 备的过电 流保护( 或复合电 压起动的过电 流保护、 或负序过电 流保护) : (6 ) 防大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护; (7 ) 防变压器对称过负荷的过负荷保护: (8 ) 防变压器过励磁的过励磁保护。 下面对差动保护的原理， 特别是几个关键问 题重点 研究。 2 . 2 主变差动保护原理分析及保护方案 变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故 障， 是变压器的主保护。 其原理是按比较被保护的变压器两侧电 流的 大小和相位的 原理实现的。 2 . 2 . 1 变压器差动保护原理分析 差动保护是变压器保护的主保护， 是变压器保护的关键。 变压器差动保护主要 目 标是躲过区外故障时产生的最大不平衡电流， 并且正确区分励磁涌流和区内故障 短路电流。 在正常运行和外部短路时， 理想情况下流入差动继电器的电 流为零， 保护不动 作。实际上由于变压器各侧电流互感器的误差、 变压器接线方式及励磁涌流等因素 造成差动回路中会流过一定的不平衡电流， 差动电 流不可能为零。 不平衡电流的存 在， 使得差动保护的 灵敏度受到影响。 不平衡电 流越大， 差动保护的灵敏度就越差。 因此， 要提高纵联差动保护的灵敏度，关键在于减小或消除不平衡电流的影响。 研 究表明采用比 率制动原理的差动保护可以较好的解决这一问题， 此外也可以 采用故 障分量比率差动原理、标积制动原理和相角比较式差动原理等。 而由 于励磁涌流问题的复杂性， 对这一问题不断深入研究，目 前已经有了多种 识别励磁涌流的方法， 国内 外应用中比较成熟的主要是利用变压器的电流量识别励 磁涌流与内部故障电 流的方案，包括二次谐波制动原理和间断角闭锁原理。 每种原理、 方法都有各自 的 优缺点和不同的 应用范围. 在变压器差动保护中 具 体应采用什么样的原理方法才能更好地实现差动保护的目 标，关系到很多问题。变 压器差动保护经过了长期的发展，目 前国内外主要还是集中于研究以 下三个方面的 问题: 1) 变压器励磁涌流的判别 南京理工大学硕士论文 电力系统微机继电保护仿真研究 变压器在正常运行时 励磁电 流很小， 当变压器空载投入电网 或者变压器外部故 障切除后电压恢复时， 励磁电流将大大增加， 其值有可能达到变压器额定电 流的6 8倍，此电流称为励磁涌流。由于励磁涌流在数值上可与变压器内部故障时的短路 电流相比 拟，因此容易造成差动保护误动作; 所以要使变压器保护能够躲过励磁涌 流，同时 对短路电 流又能 够正确反应， 使差动保护动作可靠。 这是变压器差动保护 所要解决的首要问题。针对该问题提出了各种区分励磁涌流与内部故障的判别原 理。 用于区分励磁涌流与内部故障的原理主要有二 次谐波判别原理、 间断角判别原 理、 磁通量判别原理和波形对称原理。目 前， 在系统中 配置的变压器保护主要是采 用励磁涌流中的二次谐波制动原理和励磁涌流间断角制动原理来防止变压器差动 保护误动作。间断角制动原理在 cr 严重饱和时，由 于出现反向电 流，会出 现间断 角消失; 在小电流情况下，由 于电 流中谐波含量和系统频率的 变化对间断角测量的 影响较大， 造成间断角测量不准确，容易引起系统振荡时的 误动。 利用二次谐波电 流鉴别励磁涌流的方法在常规保护中 有非常成功的应用和丰富的实践经验， 而且目 前国内 外实际投入运行的变压器保护大都采用该原理， 因而在实 用化方面相对成熟 一些，所以本研究选用了最常采用的二次谐波判别原理。 二次谐波判别的原理是: 在变压器的励磁涌流中含有较大成分的二次谐波分量 ( 大约3 既一7 服) ， 但在变压器内 部或外部故障的短路电 流中， 二次谐波所占比 例 较少。 利用上述特点， 构成带有二次谐波制动的差动保护， 可以 有效躲过励磁涌流 的影响。当然这种原理也存在缺陷， 在变压器内 部不对称故障情况下， 尤其在变压 器附 近装有无功补偿设备时， 也会在故障电流中 产生较大的2 次谐波分量， 使差动 保护被制动，直到2 次谐波分量衰减后才能动作，从而延长了切除故障时间。这对 于大型变压器而言， 是不允许的， 应采用加速措施来改善变压器差动保护的速动性。 典型的加速措施有以下几种: ( 1) 差动速断: 当差动电流大于变压器最大可能的励磁电 流时立即跳闸出口; (2 )低压加速:这一原理的依据是内部故障时，变压器端部残余电压较低; 而出 现励磁涌流时，变压器端电 压较高。这样当变压器端电压小于变压 器出 现励磁涌流的最小端电 压时取消励磁涌流判据，仅有比率特性决定 是否跳闸; (3 )记忆相电流加速:这一原理利用故障前一周期的相电流同时与空载励磁 电 流和最大负荷电 流比 较， 根据结果来区分励磁涌流和故障电 流，决定 是否应该取消励磁涌流判据。 其中 差动速断判据原理简单， 可靠性较高， 在电 力系统的 主变差动保护中 广泛 采用。 7 南京理工大学硕士论文 电力系统微机继电保护仿真研究 2) ct二次回路断 线的判别 变压器微机差动保护中为了 提高保护动作的灵敏度， 其差动门 槛一般整定值较 低，因此运行中如果发生 口 断线，势必引起差动保护误动作，这种情况是不允许 的。因此许多厂家采用 口 断线差动保护闭 锁的 措施来防止差动保护误动。 但是， 实际工作中的 经验表明， 口断线闭 锁差动保护如果判据不良 ， 又会带来了区内 故障 时，保护拒动的后果。 所以，为了解决这一矛盾， 要么放弃 ct 断线闭锁差动保护 的措施， 但是 这带来了 保护功能的不完善， 就要采取其他的 补救措施; 反之， 就要 采用合理的方法来保证对cr断线进行正确的判别。 随着微机保护在电网中的普遍应用， 对 cr 断线判据也有了 深入地研究。由 于 微机保护是用软件来实现对 cr 断线的 判断的， 所以 只要采取合理的 判据是不难解 决电 流互感器二次回路断线时变压器保护误动的问 题的. 在微机保护中，对 cr 断线的判断是用软件来实现的。不同的厂家生产的保护 装置采用不同的方法判断电 流互感器二次回路是否断线。目 前的ct 断线判别原理 主要有相电流判别、负序电 流判别和零序电流判别等。 相电流判别原理，主要是将 cf 断线分为y型侧断线和侧断线，根据断点在 cf的不同位置时的相电流的变化来判别。 负序电 流判别原理， 主要依据断线侧有负序电流， 而非断线侧无负序电 流的方 法来判别。 该原理在变压器空投内部故障时正好满足，因此可能将内部故障误判为 口 断线而拒动，就必须增加其它判据。 零序电流判别原理，主要依据三相电流之和同 零序电 流的关系，如果 ct 断线 的话，那么该关系就会遭到破坏。该原理涉及到变压器一侧cr 和零序cr，如为自 藕变则涉及到变压器二侧口和零序口， 所以当变压器发生故障， 各cr饱和程度不 一样时; 该原理所依据的方法就不成立，因 此也有可能产生误判而拒动， 此外零序 口断线时也会拒动。 据此， 零序电流判据也必须增加其它判据。 因此从可靠性的角 度 分 析 ， 一 般 采 用 相 电 流 判 别 原 理 . 【山 3) 接线方式的选用 在电力系统中广泛使用的y/ 变压器，由于侧电流相位超前3 0，造成差 动电 流的不平衡。 在传统的 变压器保护中， 一般采用y/ 或者/y 互变的 方式， 在变压器的y 型侧，电 流互感器引入线采用型接线; 或者在变压器的型侧，引 入线接成y型。 这种接线方式可以使两侧引入电 流的相位恢复一致， 但是带来了cr 断线难于判断的问题。 在微机保护中，一般是统一采用y 型接线， 在进行差动保护 计算时由软件对某侧电流进行相位补偿和电 流数值补偿，这样 件 断线的判别工作 变得简单明了。 南京理工大学硕士论文电力系统徽机继电保护仿真研究 2 . 2 . 2 国内 外现状 为了解决上面所述的 三个问题，使差动保护避开不平衡电 流和励磁涌流的影 响，目 前国内外的很多差动保护装置采取了如下的措施: ( 1) 采用差动速断保护，不经过谐波制动和励磁涌流判断，迅速切断变压器 的内部故障电流; (2 ) 采用二次谐波制动和防止变压器过饱和的带比率谐波制动特性的差动原 理，避开励磁涌流; (3 ) ct 断线闭锁差动保护，防止由 于电流互感器二次回路断线引 起的差动保 护的误动作; (4 ) 电流互感器统一采用y 型接线 ( 为了与传统保护兼容，也可选择按常规 接线)，对电流互感器接线方式和互感器变比不匹配带来的影响采用软 件的方式进行补偿，这样可以 减少采用不同的接线方式带来的问题。 当然，由于电网情况多变、复杂， 任何的原理、方法都可能存在缺陷，无论采 用什么原理， 还应该结合本地电网的具体情况， 使用合理的 方法计算整定值， 2 . 2 ， 3 差动保护配置方案的 确定 变压器主保护是变压器保护的关键，根据上节中对差动保护中一些问题的分 析， 本文采用了常见的差动保护配置差动速断保护加比率差动保护一一来进行 分析。 差动速断保护用来避免二次谐波制动原理的误判，当变压器内部发生严重故 障时， 快速的动作于跳闸， 通常动作时间不大于1 5 田 5 ; 而比率差动保护是用来保护 变压器内 部发生小电流故障， 诸如中性点附近单相接地、相间短路、 单相小匝间短 路等。比 率差动保护按照制动原理分为二次谐波制动比率差动保护和偶次谐波制动 比率差动保护， 通常其动作时间皆小于2 腼5 。 利用二次谐波制动来区分励磁涌流和 故障短路电流。 以下分别就变压器的cr接线方式、保护启动判定、比率差动保护、ct 断线判 据以及差动电 流计算和定值整定等六个方面问题进行研究。 1) 电流互感器二次回路接线方式 ( 1) 接线方式的选择 变压器各侧电流互感器二次均采用星型接线 ( 也可选择按常规接线)， 其二次 电流直接接入前端的数据采集设备再送入微机，其两侧电流的校正由软件来完成， 从而简化了cr二次接线， 增加了电 流回路可靠性， 便于ct断线的判别。电流互感 器各侧极性都以电流流向指向母线为同极性端，见下图: 南京理工大学硕士论文 电力系统微机继电保护仿真研究 图 2 . 1电 流互感器的两侧接线同极性端指向 (2 ) 相位补偿 变压器 cr 二次电 流相 位由 软件自 校正， 这里采用对y 侧的 校正。 举例说明， 两卷变压器一般都为y/ 一11接线。 当cr 二次接线采用y/ y 转换方式时， 须将程序控制字“ 高压侧变换y / ”置“ 1 ”，同时“ 二次接线 方式” 清“ 。 ”， 校正方法如下: 毛= (i.一 劫/ 万 几 = (ja一 jc)/ 万(2. ) jc，二 (jc一 劫1 万 式 中 : 毛 、几、 ic为y 侧ct二 次电 流 ， 乙、 弓、 军为 软 件 校 正 后 的 各 相电 流。 当口二次接线选用/ y 接法时， 须将控制字“ 二次接线方式” 置“ 1 ” ， 同时“ 高压侧变换y/ ” 清 ao”。 2) 保护的启动判宁回 为了 提高变压器保护动作的可靠性及连动性， 往往采用检测扰动的方式决定程 序进行故障判别计算。只有在保护系统检测到电流或者电压量的一个扰动后， 程序 才进入主保护算法进行故障判断， 因此起动判据必须有很高的灵敏度， 能够反应各 种故障，目 前变压器保护的起动判据概括起来主要有以 下几种: (l ) 稳态差流起动 1毛 卜 了 喇( 又 2 ) 当 三 相 差 流 最 大 值 与 ， 大 于 差 动 电 流 起 动 整 定 值 钵启 动 元 件 动 作 ， 此 启 动 元件受重负荷产生的不平衡电流影响较大。 (2) 相电流突变量起动 几 1 .2 5 1 舀 + 气 ( 23 ) 叭= 城十 从+. + 从 ( 2 ， 4 ) 其中旬 为 浮 动 门 坎， 随 着 变 化 量 输出 增 大 而 逐 步自 动 提高 ， 取1 . 25倍可 保 证 门 槛电 压 始 终 略 高 于 不 平 衡 输 出 . 从、 从 从 分 别 为 变 压 器 各 侧 电 流的 变 化 量. 几 为 差 流的 半 周 积分 值， 差 流 的 计 算也 可以 直接 采 用瞬时 值 计 算， 如果 采 用瞬 时 值计 算 则 需 要 判断 几 点 满 足 才能 起动。瓜为固 定门 坎. 相电 流 突 变 量起动 元件不受负荷电流影响，灵敏度很高，并可反应故障中的直流分量。 一1 0， 南京理工大学硕士论文 电力系统徽机继电 保护仿真研究 (3 ) 零序和负序电流突变量起动 几 : 场、 ，田舀 。 场、 ( 2 . 5 ) 其中山硫 、 几 。 分 别 为 负 序、 零 序电 流 突 变 量; 场 、几 、分 别 为 负 序 和 零 序的整定值。 变压器的主要故障为接地故障和非对称故障， 故障发生后将产生较大的零序或 负序电流突变量， 可以弥补相电流突变量在某些故障如小匝间故障时可能出 现的灵 敏度不够的情况， 可与相电 流突变量配合起来使用。 其他的故障 起动还有零序电 压起动， 当开口 三角零序电 压大于整定值动作开放 相应侧的零序过压保护;间隙零序电流起动，当间隙零序电流大于整定值时动作， 用来开放相应侧的间隙零序过流保护。 综合考虑国内 外成熟的变压器保护装置启动元件的 选用， 保护装置仿真系统采 用稳态差流启动和相电 流突变量启动两种可选的启动元件， 可以结合电网的具体情 况加以选择。 3) 比率差动保护 综合了二次谐波涌流制动和比率谐波制动的差动保护的动作逻辑如图2 . 2 图2 . 2差动保护动作逻辑 图2 . 2 中几 “ 为 差 动 定 值，与为人 相 差 动电 流. 在启动元件启动后， 相电流判据、 ct断线判据和相比率谐波判据采用与门输出， 也就是时说当同时满足三项条件保护才出口 动作。要说明的是，程序的cr 断线判 断部分当cf断线时输出为 “ 0 ”，当ct未断线时输出为 “ 1 ”。 二次谐波制动和比率差动说明如下: ( 1) 差动速断保护 差动速断保护的动作逻辑如图2 . 3 。 南京理工大学硕士论文 电力系统撇机继电保护仿真研究 整动 速断 保乡 卜 1 与， 场) 习山跳闸出口 图2 . 3差动速断保护动作逻辑 图2 . 3 中 与为 a 相 差 动电 流 ， 2 画为 差 动 速 断 定 值 差动速断主要是为了在变压器发生严重区内故障时， 例如当变压器电 源侧引入 线或者绕组发生严重匝间故障时，能够快速切除变压器， 防止事故扩大。 所以差动 速断不经过 cr 断线闭 锁和励磁涌流的 判断。为了防止误动作，差动保护一般在电 流差分后使用半周波傅氏算法， 在故障起动后短时开放。 速断的定值选取必须要能 够躲过空投变压器或者外部故障切除时可能产生的最大励磁涌流和外部故障时最 大的不平衡电流。 差动速断保护采用独立的保护跳闸出口。 (2 ) 带二次谐波涌流制动的比 率差动保护 ; / ; . _/ ;了， /了.了了 币 石 目为 趁钧电 介 目 为侧劝电匆 七 山为 递 曲 电 翔 门 日祖 挂动 月 臼少 书 . 州为 此节 创动 招 . 的 比 卜 几 上 公盆 】 目口目 图2 . 4带二次谐波制动的比率差动原理 图2 . 4 中勺为 差动 速断门 槛值。 . 在变压器差动保护中，比率差动保护应用最为广泛， 适用于用于变压器的各种 故障，并且保证区外故障的可靠闭锁。比 率差动的制动特性见上图2 . 4 ，其动作判 据如下: 以a 相为例( b 、c 相同理) ，比 率制动动作的条件为: 与 勺， 且与 1. ， 动 作 不 可 靠; 而临 人 ， 动 作 不 可 靠; 而临 几 曲， 所以 实 际 的 保 护 范围 总 小 于 最大 运 行方 式下的 保护范 围， 且保 护 范围 将 随凡变小 和2，增 大 而 缩短。由 此 可以得出保护范围为: 、 一 会 (zs 一 + 2.) ( 2 ， 3 1 ) 该保护的 优点为:接线简单， 动作迅速、可靠。 在一些双侧电源的线路上，也 能有选择性的动作。 缺点为:不能保护线路的全长，保护范围受系统运行方式变化 的影响， 对于短线路，由于 线路首端和末端短路时短路电 流数值差别不大， 致使它 的保护范围可能为零，因而不能采用。 规程规定，电 流速断的最小 保护范围不小于 本线路全长的15% 20%. (2 ) 限时电流速断保护( 电流11 段) 由于无时限电 流速断保护不能保护线路的全长， 其保护范围以 外的故障必须由 其它的保护来切除。为了满足速动性的要求，增设带有时限的限时电流速断保护， 它的动作范围应包括线路的全长而且必然要延伸到下一线路上去。 选择性要求限时 电流速断保护的动作参数必须与相邻下一元件( 线路和变压器) 的速动保护相配合， 其动作时限要求躲过相邻下一元件无时限速断保护保护范围内的短路， 其起动电流 值使保护范围不超过相邻元件速动保护的保护范围。 限时电流速断保护的整定原则是如下式表示: 动作电流整定值为: = 暇爪 :( 2 3 2 ) 其中 本线路电 流n 段整定 值 暇 可 靠系数 2 下 一 段电 流1 保 护 整定 值 时限为: ，=0. 55 (2. 3 3 ) 时限选择性配合的原则是: 如果相邻两元件保护装置的保护范围重叠， 则选取 时限整定的不同来达到它们之间动作的选择性. (3 ) 定时限过电流保护( 电流m段) 南京理工大学硕士论文 电力系统徽机继电保护仿真研究 定时限过电流保护的起动电流按躲过最大负荷电流来整定， 并以时限来保证动 作选择性。 在电网正常工作是它不应该启动， 在发生短路时，能反应电流的 增大而 动作。 一般定时限 过电 流保护不仅能 保护本线路的 全长，而且能 作为相邻线路的远 后备保护。 在多段线路中， 几段线路的定时限 过电 流保护是依靠动作时限 整定值不同 来保 证动作的选择性的。以n 段线路为例说明，如下式表示: 几 = t(n 刁 ) + 山(2 . 34 ) 其中气 第n 段 线 路 的 电 流 111 段 的 整 定 时 限 t(. 刁 冲 第n 一 1 段 线 路 的 电 流 111 段 的 整 定 时 限 的 最 大 值 t we 一 j合 理的时延 (4 ) 方向性电 流保护 在双侧电源网中， 上述简单的保护方式由于对侧电 源供给的短路电流使保护常