繼電保護(hù)在傳統(tǒng)電流保護(hù)中的應(yīng)用

　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵部分，本文通過針對(duì)繼電保護(hù)在傳統(tǒng)電流保護(hù)方面的應(yīng)用，研究了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用和意義。

　　《電力信息化》該刊是電力行業(yè)唯一的反映信息化研究、建設(shè)及應(yīng)用的技術(shù)性刊物，其宗旨是全方位報(bào)道和宣傳國(guó)內(nèi)外電力信息化的新技術(shù)、新產(chǎn)品，交流電力企業(yè)信息化的工作經(jīng)驗(yàn)和成熟案例，為電力工業(yè)的現(xiàn)代化服務(wù)。

　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證電力系統(tǒng)其余部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障設(shè)備不再繼續(xù)遭到損壞。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，繼電保護(hù)已從電磁型、晶體管型及集成電路型發(fā)展到計(jì)算機(jī)型。

　　自適應(yīng)繼電保護(hù)是20世紀(jì)80年代提出的研究課題。其基本思想是使保護(hù)裝置盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，改善保護(hù)性能，使其能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)各種運(yùn)行方式和復(fù)雜故障類型，有效地處理故障信息，從而獲得更可靠的保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)能夠克服同類型傳統(tǒng)保護(hù)長(zhǎng)期以來存在的困難和問題，改善保護(hù)的動(dòng)作性能。目前，自適應(yīng)保護(hù)還處在研究階段，但現(xiàn)有研究成果己證明了它優(yōu)越性。

　　1自適應(yīng)電流速斷保護(hù)

　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求包括選擇性和速動(dòng)性。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)不僅要有選擇地切除故障路線，而且要在保障可靠性和穩(wěn)定性的前提下盡量快速地執(zhí)行，以最大限度地減少故障造成的損失。這種在電流瞬時(shí)增大時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)就是電流速斷保護(hù)。

　　傳統(tǒng)的速斷裝置是在離線狀態(tài)下，假定工作在最大運(yùn)行方式下，線路末端發(fā)生短路時(shí)確定出整定值并讓設(shè)備依據(jù)這個(gè)值來進(jìn)行保護(hù)工作。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，其規(guī)模越來越大，而且處在不斷地變化之中，使電力系統(tǒng)故障變得多種多樣，這使得傳統(tǒng)的速斷保護(hù)裝置顯得力不從心。一方面，整定值雖然相對(duì)合理，但與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)仍有區(qū)別，它必將導(dǎo)致保護(hù)裝置不能總是運(yùn)行在最佳狀態(tài);另一方面，整定值是假設(shè)工作在最大運(yùn)行方式下得到的，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在其它(或最小)運(yùn)行方式時(shí)，保護(hù)可能失效。

　　自適應(yīng)電流速斷保護(hù)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，它的特點(diǎn)是可以根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障狀態(tài)實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能和整定值。這種集實(shí)時(shí)信息采集、信號(hào)處理及微機(jī)繼電保護(hù)等新技術(shù)于一體的技術(shù)裝置很好地解決了上述問題。

　　1.1傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)原理

　　根據(jù)電力系統(tǒng)短路分析，當(dāng)電源電勢(shì)一定時(shí)，三相短路電流可以表示為

　　Id=E/Zs+Zd,(1)

　　式中：E—系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì);

　　Zd,—短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗，即被保護(hù)線路的阻抗;

　　Zs—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源的阻抗。

　　Id.max=E/Zs.min+Zd0(2)

　　則流過保護(hù)的電流的整定值

　　ID=KkId.max，(3)

　　式中，可靠度系數(shù)Kk=1.2～1.3，用來反映理論計(jì)算與實(shí)際情況之間存在的差別。

　　以上僅是理論上的計(jì)算值，在實(shí)際運(yùn)行中，短路電流還與故障點(diǎn)的位置和故障類型有關(guān)，用公式表示為

　　ID.1=Kd.E/Zs+aZd，(4)

　　式中，Kd為故障類型系數(shù)，故障類型不同，Kd取不同的值，在相間短路保護(hù)條件下，三相短路時(shí)，Kd=1;兩相短路時(shí)，Kd：√3/2。

　　令I(lǐng)D.1=ID，可得電流速斷最小保護(hù)范圍為

　　a=Kd/(Zs.min+Zd)/Kk.Zd-Zs/Zd。(5)

　　分析以上公式可以得出，傳統(tǒng)速斷保護(hù)的不足在于實(shí)際的保護(hù)范圍總是小于最大運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響很明顯，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)保護(hù)范圍為0的情況，這是亟待解決的問題。

　　1.2自適應(yīng)電流速斷保護(hù)

　　自適應(yīng)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是利用微型機(jī)的計(jì)算和記憶功能，在線計(jì)算出電流速斷保護(hù)的整定值，即讓整定值隨著運(yùn)行方式和故障類型的變化而變化，恰好解決了傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)的問題。自適應(yīng)電流保護(hù)整定值

　　I,D=KkKdE/Zs+Zd’(6)

　　式中：E—系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì);

　　Zd—短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗，即被保護(hù)線路的阻抗;

　　Zs—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源的阻抗;

　　Kk—取1.2～1.3;

　　Kd—故障類型系數(shù)。

　　所以，必須實(shí)時(shí)測(cè)量出Kd和Zs才能確保整定值的實(shí)時(shí)性。

　　測(cè)量Kd的關(guān)鍵是判斷電網(wǎng)的故障是三相故障還是兩相故障。三相故障時(shí)會(huì)有很小的不平衡負(fù)序電出現(xiàn);兩相故障時(shí)，會(huì)有較大的負(fù)序電流出現(xiàn)?？蓳?jù)此判斷線路的故障類型。三相短路時(shí)，Kd=1;

　　兩相短路時(shí)，Kd=√3/2。

　　令式(6)與式(4)相等，得到自適應(yīng)電流保護(hù)的范圍

　　а,=Zd-(KK-1)Zs/KkZd。(7)

　　從式(7)可以看出，自適應(yīng)電流保護(hù)的保護(hù)范圍與故障類型無關(guān)，但а,是隨時(shí)間變化的，它的大小取決于阻抗的大小，并能夠使保護(hù)總是處在最佳保護(hù)的狀態(tài)。

　　為了比較傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)和自適應(yīng)電流保護(hù)的性能，將Zs.min=0.187Ω，Zs=0.00375LΩ，Zd=0.0032LΩ式中L為阻抗計(jì)算長(zhǎng)度，0.187，0.00375，0.0032分別為1km的阻抗值，代入式(5)和式(7)，分別計(jì)算出а和а,，結(jié)果見表1。

　　表1傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)和自適應(yīng)電流保護(hù)的性能比較

　　三相短路兩相短路

　　L/km α á α á

　　50 〈0 0.419

　　100 0.108 0.626 〈0 0.626

　　從表1可以看出，自適應(yīng)電流速斷保護(hù)的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)速斷保護(hù)。所以，自適應(yīng)電流保護(hù)的研究是十分有意義的。

　　2自適應(yīng)過電流保護(hù)

　　過電流保護(hù)通常是指其啟動(dòng)電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)。它在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該起動(dòng)，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作。在一般情況下，它不僅能夠保護(hù)本線路，而且能夠保護(hù)相鄰線路，以起到后備保護(hù)的作用。

　　2.1傳統(tǒng)過電流保護(hù)

　　過電流保護(hù)是根據(jù)在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)短路電流增大的原理動(dòng)作的。為了保證在非故障情況下保護(hù)誤動(dòng)，傳統(tǒng)過電流保護(hù)的整定式如下

　　IDZ=KkKzg/khIHmax,(8)

　　式中：IDZ—電流組件的啟動(dòng)電流;

　　kk—可靠系數(shù)，取1.15～1.25;

　　Kzg—自啟動(dòng)系數(shù)，Kzg>1;

　　kh——電流組件的返回系數(shù)，ks1>0.85;

　　IHmax,—最大負(fù)荷電流。

　　過電流保護(hù)是否有效決定于靈敏度KLm

　　KLm=IFmin/IDZ,(9)

　　式中，IFmin為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)區(qū)末端發(fā)生金屬兩相短路的短路電流。

　　當(dāng)靈敏系數(shù)KLm≥1.3時(shí)，可以采用過電流保護(hù)。從式(9)可以看出，在IFmin固定的條件下，ID的大小決定了靈敏系數(shù)能否滿足要求。

　　可見，傳統(tǒng)的過電流保護(hù)是按躲過最大負(fù)荷電流進(jìn)行整定，在區(qū)外故障切除后繼電器應(yīng)能可靠返回，且要考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)。所以，過電流保護(hù)的保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式、負(fù)荷變化、返回系數(shù)及自起動(dòng)系數(shù)的影響，使它的保護(hù)范圍大大減小。

　　2.2自適應(yīng)過電流保護(hù)

　　自適應(yīng)過電流保護(hù)為克服傳統(tǒng)保護(hù)的缺點(diǎn)，要求按照當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流來整定動(dòng)作電流的定值;動(dòng)作時(shí)限按反時(shí)限特性在線或離線整定。

　　設(shè)當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流為，IH，其動(dòng)作電流就整定為

　　IzDz=KkKzqIH/Kho(10)

　　動(dòng)作時(shí)限設(shè)定，以離線方式整定

　　t=Tp/[(I,d/IP)n-1]，(11)

　　式中：t—動(dòng)作時(shí)間;

　　— Tp—時(shí)間常數(shù);

　　— I,d—流人保護(hù)安裝處電流繼電器的電流;

　　IP—電流系數(shù)，取IP=(2/3)IDZ;

　　n—般反時(shí)限取0.02，非常反時(shí)限取1。

　　如圖1所示，當(dāng)保護(hù)線路分成幾段時(shí)，上一段要與后一段相配合，只能采用一種特性，先把最后一段線路的時(shí)限設(shè)定好，比如設(shè)為t1，而上一段線路的時(shí)間就為t1+△t，由此求出上一段線路的，值來確定動(dòng)作時(shí)間曲線。

　　根據(jù)式(10)可以使保護(hù)裝置隨系統(tǒng)運(yùn)行方式、負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)作電流定值，當(dāng)故障電流Id大于整定電流,IzDz時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，再用故障電流，Id與時(shí)間曲線方程式(11)計(jì)算出動(dòng)作延時(shí)，經(jīng)過動(dòng)作延時(shí)使保護(hù)動(dòng)作切除故障。

　　由此可見，自適應(yīng)過電流保護(hù)可以通過對(duì)負(fù)荷電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)調(diào)整動(dòng)作電流整定值及動(dòng)作時(shí)限特性，使保護(hù)處于最佳動(dòng)作狀態(tài)。

　　3結(jié)束語

　　本文通過對(duì)傳統(tǒng)電流保護(hù)和自適應(yīng)電流保護(hù)的算法的比較，得出了自適應(yīng)電流保護(hù)優(yōu)于傳統(tǒng)保護(hù)的結(jié)論，并用算例予以驗(yàn)證。