基于虚拟仪器的变压器保护系统设计

基于虚拟仪器的变压器保护系统设计内容摘要：

阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相式两种。 单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压 UJ (可以是相电压或线电压 )和一个电流 IJ (可以是相电流或两相电流之差 )的阻抗继电器， UJ 和 IJ 的比值成为继电器的 测量阻抗 ZJ ZJ = IUJJ （ 25） 各类继电器及特性： 全阻抗继电器的特性是以 B 点（继电器安置点）为圆心，以整定阻抗 Zzd 为半径所做的一个圆。 当测量阻抗 ZJ 位于园内时继电器动作，即园内为动作区，圆外不动作区。 当测量阻抗正好位于圆周上 时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的起动阻抗 由于这种特性是以原点为圆心而做的圆，因此，不论加入继电器的电流与电压之间的角度 J为多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗，即 Zjdz. =。 具 Zzd 有这种动作特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性。 方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗 Zzd 为直径而通过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，圆外不动作区。 当加入继电器的 UJ 和 IJ 之间的相位差 φ 为不同数值时，此种继电器的起动阻抗也将随之改变。 当 J等于 Zzd 的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此，这个称为继电器的最大灵敏角。 用 lm 表示。 当保护范围内故障时， J =d ，因此应该调整继电器的最大灵敏角使 lm =d ，以便继电器工作在最灵敏的条件下。 当反方向发生故障时，测量阻抗 Zj 位于第三象限，继电器不能动作，因此它本身具有方向性，故称之为方向阻抗继电器 ［ 1］。 总结三种阻抗的意义： （ 1）测量阻抗 ZJ : 由加入继电器的电压 UJ 和电流 IJ 的比值确定。 J =argIUJJ （ 26） （ 2） 整定阻抗 Zzd ：一般取继电器安装点的到保护范围末端的线路阻抗。 全阻抗继电器：圆的半径。 方向阻抗继电器： 在最大灵敏角方向上圆的直径。 （ 3）起动阻抗 ：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压 UJ 和电流 IJ 的比值。 阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。 主要有： ① ．短路点的过渡电阻； ② ．电力系统振荡； ③ ．保护安装处与故障点之间有分支电路； ④ ． CT,PT 的误差； ⑤ ． PT 二次回路断线； ⑥ ．串连补偿电容。 阻抗继电器的接线方式 对接线方式的基本要求： 正比于短路点到安装地点之间的距离。 ，也就是保护范围不遂故障类型的变化而变化。 当阻抗继电器加入的电压和电流为 UAB 和 IA IB 时，我们称之为 “0”接线，为 U 和 I 时称为 “+30”接线 ［ 1］。 相间短路阻抗继电器的 “0”接线方式 三相短路时三相是对称的，三个继电器 J1 ～ J2 的工作情况完全相同，因此，可以为例分析之。 设短路点到保护安装地点之间的距离为 LKm,线路每千米的正序阻抗为 Z1 欧姆，则保护安装地点的电压 Z1 应为 UAB =UA UB =IA Z1 l —IB Z1 l =(IA —IB )Z1 l （ 27） 因此，在三相短路时，继电器 J 的测量阻抗为 ZJ1 =IIU BA AB=Z1 l （ 28） 在三相短路时 ,三个继电器测阻抗均等于短路点到安装地点之间的阻抗，三个继电器均能动作。 Ic Ib Ia L A B C Z 22 三相短路时测量阻抗的分析 如下图所示， 设 AB 间短路为例，则故障环路的电压 UAB 为 UAB =UA —UB =IA Z1 l —IB Z1 l =(IA —IB )Z1 l （ 29） 因此，继电器 J 的测量阻抗为 ZJ1 =IIU BA AB=Z1 l （ 210） 和三相短路时的测量阻抗相同，因此， J1 能动作。 在 AB 两相短路的情况下，对继电器 J2 和 J3 而言，由于所加电压为非故障相间的电压，数值 UAB 较高，而电流又只有一个故障相的电流，数值较（ IA IB ）为小，因此，其测量阻抗必然大于上式的数值，也就是说它们不能正确测量保护安装地点到短路点的阻抗，因此，不能动作。 由此可见，在 AB 两相短路的情况下，只有 J 能准确的测量短路阻抗而动作。 同理，分析 BC 和 CA 两相短路可知，相应地只有 J2 和 J3 能准确地测量到短路点的阻抗而动作。 这就是为什么要有三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。 仍以 AB 相故障为例，它与两相短路不同之处是地中有电流流回，因此，IA ≠IB . 此时，我们可以把 A 相和 B 相看成两个 “导线 —地 ”的送电线路并有互感耦合在一起，设用 ZL 表示输电线每千米的自感阻抗， ZM 表示每千米的互感阻抗，则保护安装地点的故障相电压为 UA =IA ZL l +IB ZM l （ 211） UB =IB ZL l +IA ZM l （ 212） 因此，继电器 J 的测量阻抗为 ZJ1 =IIU BA AB Ic Ib Ia L A B C Z 23 AB 两相短路时测量阻抗的分析 =(ZL —ZM )l =Z1 l （ 213） 由此可见，当发生 AB 两相接地短路时， J1 的测量阻抗与三相短路相同，保护能够正确动作 ［ 1］。 死区及消除死区的方法 当在保护安装点正方向发生相间短路时，故障环路的残余电压将降低到零。 例如，在三相短路时， U=U=U=0,AB 两相短路时， U=0 等等。 此时，任何具有方向性的继电器将因加入的电压为零而不动作，从而出现保护装置的 “ 死区 ”。 为减小和消除死区，可以采用以下方法： 它是由一个 R， L， C 组成的工 频串联谐振电路。 因为 wL=1/wc，电路呈纯阻性，所以当出口短路时， UJ=0。 借助谐振， Up 在一定时间内逐渐衰减，其相位保持原先的相位不变。 这就相当于把原先的电压记忆下来，故称为 “ 记忆回路 ”。 Q 值 50HZ 带通有源滤波器。 正常运行时， UAB 较大， RS 又很大。 IR 主要由 UAB 产生，第三相电压基本上不起作用。 当 AB 相间短路时， UAB =0，记忆回路发挥作用。 但 Up 将 逐渐衰减到零，此时第三相电压的作用将表现出来。 距离保护的整定计算原则 在距离保护的整定计算中，假定保护装置具有阶段是的时限特性，并认为保护具有方向性，其原则如下 ［ 1］。 I 段的整定 一般按躲开下一条显露出口出短路的原则来确定，在一般线路上，可靠系数取。 2. 距离保护第 Ⅱ 段的整定 按以下两点原则来确定： （ 1）与相邻线路距离保护第 Ⅰ 段相配合，并考虑分支系数 K 的影响，可以采用下式进行计算 Zdz39。 39。 2 =KK (ZAB +Kfz Zdz39。 1 ) （ 214） 式中可靠系数 KK 一般采用 ； Kfz 应采用当保护 1 第 I 段末端短路时，可能出现的最小数值。 （ 2）躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处 短路时的阻抗值，设变压器的阻抗为 Zb ，则起动阻抗应整定为 Zdz39。 39。 2 =KK (ZAB +Kfz Zb) （ 215） 式中与变压器配合是的可靠系数，一般采用 KK =。 （ 3）校验距离 Ⅱ 段在本线路末端短路时的灵敏系数。 由于是反应于数值下降而动作，其灵敏系数为 Klm = 值短路时故障阻抗的计算保护范围内发生金属性 保护装置的动作阻抗 一般要求 K≥。 当校验灵敏系数不能满足要求是，应进一步延伸保护范围，使之与下一条线路的距离 Ⅱ 段相配合，时限整定为 1～ ,考虑原则与限时电流速断保护相同。 3. 距离保护第 Ⅲ 段的整定 当第 Ⅲ 段采用阻抗继电器时，其起动阻抗一般按躲开最小负荷阻抗 Z 来整定，它表示线路上流过最大负荷电流且母线上电压最低时，在线路始端 所测量的阻抗，其值为 ∶ Zf min = IUffminmin （ 216） 距离保护应用中的相关辅助措施 测量阻抗 IUZ JJJ  ，那么当因某种原因电压断线时，阻抗继电器将会误动作，故必须采取电压断线闭锁措施，当发生电压断线时闭锁保护。 通常采用电压互感器二次电压与开口三角电压比较实现。 微机保护采用软件算法实现。 当系统振荡时，振荡中心的电压降低、电流升高；那么处于振荡中心的阻抗继电器因感受到的测量阻 抗降低，所以也必须采取振荡闭锁措施，当发生振荡时闭锁保护。 并遵循振荡不消失，闭锁不解除的原则。 通常引入正序元件，负、零序电流或电流增量元件及采用短时开放来监视静稳破坏。 在正方出口短路时可能拒动，反方向出口短路时可能误动；通常采用使极化电压带 “记忆 ”来实现。 常规保护引入第三相电压构成 RLC 串联谐振回路，使故障时保持故障前相位；微机保护直接读取故障前数据。 所以说，正真构成一套距离保护至少包含以下几个部分：启动元件、阻抗测量元件、电压闭锁元件、振荡闭锁元件、逻辑回路。 本章小结 ，它可以再多电源的复杂网络中保证动作的选择性。 ，但它只能保护线路全长的 80％～ 85％，因此，两端合起来就使得在 30％～ 40％的线路长度内的故障，不能从两端瞬时切除，在一端须经 的延时才能切除。 在 220kV 及以上电压的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性运行的要求，因而，不能作为主保护来用。 ，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。 此外，距离 Ⅰ 段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他两段 受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。 Zf min = IUffminmin （ 216） 距离保护应用中的相关辅助措施 测量阻抗 IUZ JJJ  ，那么当因某种原因电压断线时，阻抗继电器将会误动作，故必须采取电压断线闭锁措施，当发生电压断线时闭锁保护。 通常采用电压互感器二次电压与开口三角电压比较实现。 微机保护采用软件算法实现。 当系统振荡时，振荡中心的电压降低、电流升高；那么处于振荡中心的阻抗 继电器因感受到的测量阻抗降低，所以也必须采取振荡闭锁措施，当发生振荡时闭锁保护。 并遵循振荡不消失，闭锁不解除的原则。 通常引入正序元件，负、零序电流或电流增量元件及采用短时开放来监视静稳破坏。 在正方出口短路时可能拒动，反方向出口短路时可能误动；通常采用使极化电压带 “记忆 ”来实现。 常规保护引入第三相电压构成 RLC 串联谐振回路，使故障时保持故障前相位；微机保护直接读取故障前数据。 所以说，正真构成一套距离保护至少包含以下几个部分：启动元件、阻抗测量元件、电压闭锁元件、振荡闭锁元件、逻辑回路。 本章小 结 ，它可以再多电源的复杂网络中保证动作的选择性。 ，但它只能保护线路全长的 80％～ 85％，因此，两端合起来就使得在 30％～ 40％的线路长度内的故障，不能从两端瞬时切除，在一端须经 的延时才能切除。 在 220kV 及以上电压的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性运行的要求，因而，不能作为主保护来用。 ，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。 此外，距离 Ⅰ 段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他 两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。 第 3 章 LabVIEW 基础知识 LabVIEW 简介 LabVIEW 是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是美国国家仪器公司的软件产品。 自 1986 年 版本问世至今已经升级到 版本。 LabVIEW 是 一个具有革命性的图形化开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，从简单的仪器控制、数据采集到过程控制和工业自动化系统， LabVIEW 都得到了广泛的应用。 LabVIEW 集成了与满足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485。