微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置

1　裝置的特點(diǎn)
　　WXB-32型微機(jī)式自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置是在充分發(fā)揮微型計(jì)算機(jī)智能作用的基礎(chǔ)上，根據(jù)自適應(yīng)繼電保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)保護(hù)裝置，它具有速斷、過(guò)電流保護(hù)(反時(shí)限或定時(shí)限特性)、自動(dòng)重合閘、過(guò)負(fù)荷檢測(cè)(作用于信號(hào)或跳閘)等功能，適用于10～35 kV系統(tǒng)中的終端饋電線路。
　　目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的微機(jī)式饋線保護(hù)裝置，都是按傳統(tǒng)的整定計(jì)算原則，以離線的計(jì)算方式確定保護(hù)動(dòng)作定值，并用人工輸入保護(hù)定值的方法實(shí)現(xiàn)的。在這些微機(jī)保護(hù)裝置中定值是固定不變的，它不能適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和不同的故障狀態(tài)，也不能使保護(hù)的性能處于最佳狀態(tài)。為了適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，有些微機(jī)保護(hù)裝置中附加有遙調(diào)定值的功能，顯然這種附加的遙調(diào)定值的功能無(wú)論如何也不能適應(yīng)千變?nèi)f化的系統(tǒng)運(yùn)行方式，并且還降低了保護(hù)的可靠性。
　　與傳統(tǒng)的微機(jī)式饋線保護(hù)裝置不同，自適應(yīng)饋線保護(hù)裝置能根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障類型在線實(shí)時(shí)地計(jì)算速斷和過(guò)電流保護(hù)的定值，使保護(hù)的動(dòng)作值始終處于最佳狀態(tài)，從而顯著地提高了保護(hù)的可靠性和靈敏度。它的另一個(gè)引人注目的特點(diǎn)是裝置本身能自動(dòng)完成保護(hù)動(dòng)作值的計(jì)算整定，也就是說(shuō)，只要輸入被保護(hù)線路的阻抗參數(shù)，自適應(yīng)微機(jī)保護(hù)將自動(dòng)完成計(jì)算整定的全部任務(wù)，勿需人工參予，因此使用維護(hù)也極其方便。
　　本裝置有以下主要特點(diǎn)：
　　(1)　保護(hù)裝置能根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式和故障狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算保護(hù)的定值，速斷和過(guò)電流保護(hù)的定值都不是常數(shù)，它們隨系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障類型不同而變化，但始終使定值保持在最佳狀態(tài)；
　　(2)　保護(hù)裝置的速斷和過(guò)電流定值的計(jì)算整定全部由裝置本身在線、實(shí)時(shí)、自動(dòng)完成，勿需人工參予，使用維護(hù)極其方便；
　　(3)　保護(hù)裝置能提供不同功能的自適應(yīng)速斷和過(guò)電流保護(hù)功能，用戶可自由選用；
　　(4)　人機(jī)界面友好，裝置面板上設(shè)有一個(gè)4行(每行16個(gè)字符)的液晶顯示器及一個(gè)6鍵鍵盤，菜單問(wèn)答式人機(jī)對(duì)話方式；
　　(5)　裝置面板上提供一個(gè)R232接口，用于連接PC機(jī)，從而可以在PC機(jī)漢化文字的引導(dǎo)下，收取保護(hù)裝置內(nèi)部的故障記錄存于PC機(jī)硬盤；
　　(6)　裝置提供一個(gè)遠(yuǎn)傳接口，用于和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；
　　(7)　裝置提供一個(gè)打印接口，可以在當(dāng)?shù)剡B接打印機(jī)，以輸出保護(hù)內(nèi)部的報(bào)告數(shù)據(jù)，也可以由此通過(guò)遠(yuǎn)傳接口送至后臺(tái)管理系統(tǒng)統(tǒng)一打印輸出；
　　(8)　完整的操作箱功能；
　　(9)　裝置除具有基本保護(hù)功能外，還充分利用微機(jī)的軟硬件資源，完成以下附加功能：①最近10次事件記錄，并具有掉電保護(hù)功能；②正常運(yùn)行情況下液晶顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、線路負(fù)荷電流、電壓以及重合閘充電指示等。

2　裝置的動(dòng)作原理及實(shí)現(xiàn)方法
2.1　自適應(yīng)速斷保護(hù)
　　為了使速斷保護(hù)能適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化和不同的故障類型，自適應(yīng)速斷的整定值IZSD由下式?jīng)Q定：

IZSD＝KkKdEs/(ZS+ZL)(1)

式中　ES為系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)；ZS為系統(tǒng)的等效阻抗；ZL為被保護(hù)線路的阻抗；Kk為可靠系數(shù)，Kk＞1；Kd為短路類型系數(shù)。
　　式(1)中可靠系數(shù)Kk和被保護(hù)線路阻抗ZL為常量。ES可設(shè)為固定值，例如對(duì)10 kV線路可近似取kV，也可在線實(shí)時(shí)計(jì)算出準(zhǔn)確值。短路類型系數(shù)Kd由保護(hù)裝置決定，對(duì)于三相短路取Kd＝1，對(duì)兩相短路取。系統(tǒng)的等效阻抗ZS對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，它由保護(hù)裝置根據(jù)電壓和電流的故障分量決定［1］，表示為：

ZS＝-Umg/Img(2)

式中　Umg,Img為保護(hù)裝置求出的故障分量電壓、電流。
　　在三相電力系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，系統(tǒng)正序阻抗Z1S可用下式計(jì)算：

Z1S＝-U1mg/I1mg(3)

式中　U1mg,I1mg為保護(hù)安裝處的正序電壓、電流的故障分量。
　　 系統(tǒng)的正序阻抗也可根據(jù)選相結(jié)果，利用對(duì)應(yīng)的相間電壓和兩相電流差的故障分量求出。
　　綜上所述，與傳統(tǒng)速斷相比，自適應(yīng)速斷有以下主要特點(diǎn)：
　　(1)　速斷定值不是常數(shù)，它由當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)決定，因此，速斷定值和保護(hù)范圍能保持在最佳狀態(tài)；
　　(2)　速斷定值由微機(jī)保護(hù)裝置在線、實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算整定，只要輸入被保護(hù)線路的阻抗值，計(jì)算整定的全過(guò)程完全由裝置自動(dòng)完成，不需人工干預(yù)；
　　(3)　為了實(shí)現(xiàn)適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，在求系統(tǒng)綜合阻抗時(shí)，引入了電壓量。這種方法與國(guó)外提出的利用局域網(wǎng)，在線實(shí)時(shí)計(jì)算整定的方法［2］相比不僅準(zhǔn)確可靠，而且異常簡(jiǎn)單。此外，裝置中還采取了電壓回路斷線的有效對(duì)策，保證自適應(yīng)速斷能可靠動(dòng)作。
2.2　自適應(yīng)過(guò)電流保護(hù)
　　與傳統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)不同，自適應(yīng)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作值可根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際負(fù)荷電流或短路電流由裝置自動(dòng)設(shè)定。由于負(fù)荷電流通常均小于最大負(fù)荷電流，因此，按當(dāng)前負(fù)荷電流整定有利于提高保護(hù)的靈敏度，而按短路電流整定則能保證保護(hù)可靠動(dòng)作的要求。
　　自適應(yīng)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間特性有定時(shí)限和反時(shí)限兩種。從理論上講，由于必須從負(fù)荷端向電源端逐級(jí)計(jì)算才能保證動(dòng)作時(shí)間的正確配合，而本端保護(hù)裝置無(wú)法預(yù)知下一級(jí)線路的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間(利用通道傳送信息除外)，因此，動(dòng)作時(shí)間的自動(dòng)整定是很難實(shí)現(xiàn)的。但考慮到配電網(wǎng)饋線保護(hù)的實(shí)際情況，對(duì)某些不大于兩級(jí)要求時(shí)限配合的線路，本裝置提供了可以在線自動(dòng)整定的反時(shí)限特性。例如對(duì)于極端反時(shí)限特性可表示為。

t=tp/［(I/Ip)2-1］(4)

式中　t為保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；tp為時(shí)間系數(shù)；I為通過(guò)繼電器的電流；Ip為2IGL/3，其中IGL為過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流。
　　式(4)中時(shí)間系數(shù)tp可由下式?jīng)Q定：

tp＝Δt×n［(I/Ip)2-1］(5)

式中n為級(jí)數(shù)，當(dāng)本裝置保護(hù)線路下一級(jí)只有一級(jí)時(shí)，取n=1；有兩級(jí)時(shí)，取n=2；Δt為時(shí)間級(jí)差，本裝置取Δt=0.4 s。
　　當(dāng)時(shí)間系數(shù)tp確定后，反時(shí)限特性就由式(4)決定。應(yīng)用極端反時(shí)限特性可以與下級(jí)的熔斷器時(shí)間特性配合。

3　裝置的附加功能
　　本裝置所提供的主要功能中的自適應(yīng)速斷和自適應(yīng)過(guò)電流保護(hù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但考慮到用戶的不同條件和不同的要求，例如有些用戶不愿引入電壓量，或沒有可用的電壓量的條件，本裝置提供了附加功能以滿足上述要求。
　　在不引入電壓量的前提下，裝置提供了只對(duì)不同故障類型自適應(yīng)的低度自適應(yīng)速斷和過(guò)電流保護(hù)功能。它們像傳統(tǒng)同類保護(hù)一樣，需要離線計(jì)算保護(hù)定值及動(dòng)作時(shí)間，并采用人工輸入定值的方法。但是它又優(yōu)于傳統(tǒng)的同類保護(hù)，表現(xiàn)在它采用了對(duì)不同故障類型自適應(yīng)的方法，即根據(jù)不同類型故障，在線自動(dòng)改變定值的方法，表示為：

(6)

式中為電流速斷或過(guò)電流保護(hù)在三相短路時(shí)的定值；為電流速斷或過(guò)電流保護(hù)在兩相短路時(shí)的定值。
　　使用式(6)的方法整定保護(hù)后，可以使保護(hù)在兩相短路時(shí)與三相短路時(shí)有相同的靈敏度，從而與傳統(tǒng)保護(hù)相比有更大的速斷保護(hù)范圍和提高過(guò)電流保護(hù)的靈敏度。

4　裝置功能的組合方案
　　方案1為速斷和過(guò)電流保護(hù)均按裝置的主要功能(見本文第2節(jié))實(shí)現(xiàn)。這種方案既能適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，又能適應(yīng)不同的故障類型，保護(hù)的定值可由裝置在線、實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算整定，且可使保護(hù)性能處于最佳狀態(tài)，但裝置需要接入電壓量。
　　方案2為速斷和過(guò)電流保護(hù)均按裝置的附加功能(見本文第3節(jié))實(shí)現(xiàn)。這種方案只能適應(yīng)不同的故障類型，保護(hù)的定值按傳統(tǒng)同類保護(hù)的方法，離線計(jì)算整定和人工輸入保護(hù)定值。但在進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)時(shí)，只按三相短路校驗(yàn)滿足要求即可應(yīng)用。這種方案比同類微機(jī)保護(hù)有較高的靈敏度，也不要求接入電壓量。
　　方案3為過(guò)電流保護(hù)按附加功能，速斷保護(hù)按主要功能實(shí)現(xiàn)。這種方案要求接入電壓量，速斷保護(hù)對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)保護(hù)中的電壓閉鎖電流速斷保護(hù)，但自適應(yīng)速斷保護(hù)的性能不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的電壓閉鎖電流速斷，而且不需要人工整定計(jì)算。
　　上述三種方案各有其特色，用戶可根據(jù)自己的條件及要求進(jìn)行選擇，三種方案由控制字改換，非常方便。在運(yùn)用中，裝置只能在某一種方案下工作。