繼電保護在傳統電流保護中的應用

　　電力系統繼電保護是電力系統不可缺少的關鍵部分，本文通過針對繼電保護在傳統電流保護方面的應用，研究了電力系統繼電保護的作用和意義。

　　《電力信息化》該刊是電力行業唯一的反映信息化研究、建設及應用的技術性刊物，其宗旨是全方位報道和宣傳國內外電力信息化的新技術、新產品，交流電力企業信息化的工作經驗和成熟案例，為電力工業的現代化服務。

　　電力系統繼電保護是在電力系統發生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障設備從電力系統中切除，保證電力系統其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續遭到損壞。隨著計算機技術的飛速發展，繼電保護已從電磁型、晶體管型及集成電路型發展到計算機型。

　　自適應繼電保護是20世紀80年代提出的研究課題。其基本思想是使保護裝置盡可能地適應電力系統的各種變化，改善保護性能，使其能夠適應電力系統各種運行方式和復雜故障類型，有效地處理故障信息，從而獲得更可靠的保護。自適應繼電保護能夠克服同類型傳統保護長期以來存在的困難和問題，改善保護的動作性能。目前，自適應保護還處在研究階段，但現有研究成果己證明了它優越性。

　　1自適應電流速斷保護

　　電力系統繼電保護的基本要求包括選擇性和速動性。當發生故障時，繼電保護不僅要有選擇地切除故障路線，而且要在保障可靠性和穩定性的前提下盡量快速地執行，以最大限度地減少故障造成的損失。這種在電流瞬時增大時動作的電流保護就是電流速斷保護。

　　傳統的速斷裝置是在離線狀態下，假定工作在最大運行方式下，線路末端發生短路時確定出整定值并讓設備依據這個值來進行保護工作。隨著電力系統的不斷發展，電網結構越來越復雜，其規模越來越大，而且處在不斷地變化之中，使電力系統故障變得多種多樣，這使得傳統的速斷保護裝置顯得力不從心。一方面，整定值雖然相對合理，但與實際運行狀態仍有區別，它必將導致保護裝置不能總是運行在最佳狀態;另一方面，整定值是假設工作在最大運行方式下得到的，當系統運行在其它(或最小)運行方式時，保護可能失效。

　　自適應電流速斷保護出現在20世紀80年代，它的特點是可以根據電力系統的運行方式和故障狀態實時改變保護性能和整定值。這種集實時信息采集、信號處理及微機繼電保護等新技術于一體的技術裝置很好地解決了上述問題。

　　1.1傳統電流速斷保護原理

　　根據電力系統短路分析，當電源電勢一定時，三相短路電流可以表示為

　　Id=E/Zs+Zd,(1)

　　式中：E—系統等效電源的相電勢;

　　Zd,—短路點至保護安裝處的阻抗，即被保護線路的阻抗;

　　Zs—保護安裝處到系統等效電源的阻抗。

　　Id.max=E/Zs.min+Zd0(2)

　　則流過保護的電流的整定值

　　ID=KkId.max，(3)

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

　　以上僅是理論上的計算值，在實際運行中，短路電流還與故障點的位置和故障類型有關，用公式表示為

　　ID.1=Kd.E/Zs+aZd，(4)

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

　　令ID.1=ID，可得電流速斷最小保護范圍為

　　a=Kd/(Zs.min+Zd)/Kk.Zd-Zs/Zd。(5)

　　分析以上公式可以得出，傳統速斷保護的不足在于實際的保護范圍總是小于最大運行方式下的保護范圍，且保護范圍受系統運行方式的影響很明顯，嚴重時甚至會出現保護范圍為0的情況，這是亟待解決的問題。

　　1.2自適應電流速斷保護

　　自適應電流保護的優點是利用微型機的計算和記憶功能，在線計算出電流速斷保護的整定值，即讓整定值隨著運行方式和故障類型的變化而變化，恰好解決了傳統電流速斷保護的問題。自適應電流保護整定值

　　I,D=KkKdE/Zs+Zd’(6)

　　式中：E—系統等效電源的相電勢;

　　Zd—短路點至保護安裝處的阻抗，即被保護線路的阻抗;

　　Zs—保護安裝處到系統等效電源的阻抗;

　　Kk—取1.2～1.3;

　　Kd—故障類型系數。

　　所以，必須實時測量出Kd和Zs才能確保整定值的實時性。

　　測量Kd的關鍵是判斷電網的故障是三相故障還是兩相故障。三相故障時會有很小的不平衡負序電出現;兩相故障時，會有較大的負序電流出現。可據此判斷線路的故障類型。三相短路時，Kd=1;

　　兩相短路時，Kd=√3/2。

　　令式(6)與式(4)相等，得到自適應電流保護的范圍

　　а,=Zd-(KK-1)Zs/KkZd。(7)

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

　　為了比較傳統電流速斷保護和自適應電流保護的性能，將Zs.min=0.187Ω，Zs=0.00375LΩ，Zd=0.0032LΩ式中L為阻抗計算長度，0.187，0.00375，0.0032分別為1km的阻抗值，代入式(5)和式(7)，分別計算出а和а,，結果見表1。

　　表1傳統電流速斷保護和自適應電流保護的性能比較

　　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，自適應電流速斷保護的性能明顯優于傳統速斷保護。所以，自適應電流保護的研究是十分有意義的。

　　2自適應過電流保護

　　過電流保護通常是指其啟動電流按照躲開最大負荷電流來整定的一種保護。它在正常運行時不應該起動，而在電網發生故障時，則能反應于電流的增大而動作。在一般情況下，它不僅能夠保護本線路，而且能夠保護相鄰線路，以起到后備保護的作用。

　　2.1傳統過電流保護

　　過電流保護是根據在電網發生故障時短路電流增大的原理動作的。為了保證在非故障情況下保護誤動，傳統過電流保護的整定式如下

　　IDZ=KkKzg/khIHmax,(8)

　　式中：IDZ—電流組件的啟動電流;

　　kk—可靠系數，取1.15～1.25;

　　Kzg—自啟動系數，Kzg>1;

　　kh——電流組件的返回系數，ks1>0.85;

　　IHmax,—最大負荷電流。

　　過電流保護是否有效決定于靈敏度KLm

　　KLm=IFmin/IDZ,(9)

　　式中，IFmin為最小運行方式下，保護區末端發生金屬兩相短路的短路電流。

　　當靈敏系數KLm≥1.3時，可以采用過電流保護。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能否滿足要求。

　　可見，傳統的過電流保護是按躲過最大負荷電流進行整定，在區外故障切除后繼電器應能可靠返回，且要考慮電動機自啟動系數。所以，過電流保護的保護范圍受系統運行方式、負荷變化、返回系數及自起動系數的影響，使它的保護范圍大大減小。

　　2.2自適應過電流保護

　　自適應過電流保護為克服傳統保護的缺點，要求按照當時的負荷電流來整定動作電流的定值;動作時限按反時限特性在線或離線整定。

　　設當時的負荷電流為，IH，其動作電流就整定為

　　IzDz=KkKzqIH/Kho(10)

　　動作時限設定，以離線方式整定

　　t=Tp/[(I,d/IP)n-1]，(11)

　　式中：t—動作時間;

　　— Tp—時間常數;

　　— I,d—流人保護安裝處電流繼電器的電流;

　　IP—電流系數，取IP=(2/3)IDZ;

　　n—般反時限取0.02，非常反時限取1。

　　如圖1所示，當保護線路分成幾段時，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限設定好，比如設為t1，而上一段線路的時間就為t1+△t，由此求出上一段線路的，值來確定動作時間曲線。

　　根據式(10)可以使保護裝置隨系統運行方式、負荷的變化實時調整動作電流定值，當故障電流Id大于整定電流,IzDz時，保護啟動，再用故障電流，Id與時間曲線方程式(11)計算出動作延時，經過動作延時使保護動作切除故障。

　　由此可見，自適應過電流保護可以通過對負荷電流的實時監測，隨時調整動作電流整定值及動作時限特性，使保護處于最佳動作狀態。

　　3結束語

　　本文通過對傳統電流保護和自適應電流保護的算法的比較，得出了自適應電流保護優于傳統保護的結論，并用算例予以驗證。