1、方向电流保护的整定对灵敏度及可靠性的影响第 34 卷第 15 期2006 年 8 月 1 口继电器RELAYVo1.34No.15Aug.1,200621方向电流保护的整定对灵敏度及可靠性的影响齐向阳(广东深圳职业技术学院楼字装备工程系,广东深圳 518055)摘要:为提高供电的可靠性,需要采用方向电流继电保护 ,并且灵敏度要高.探讨了方向电流保护的整定对灵敏度及可靠性的影响,包括谐波,功率方向继电器等的影响,还探讨了一些新的整定计算方法及灵敏度,可靠性研究方面的新动向.方向电流保护的整定除满足电流整定一般原则外,还应考虑负荷电流突然增大,故障电流零序分量及与相邻线路保护的灵敏系数配合等因素.
2、另外,可优先采用在线整定.方向继电器的内角需合理整定.谐波滤除中数字滤波器应用越来越多,较快的滤波算法意味着实时性好,可靠性高.关键词:方向电流保护;整定计算;功率方向继电器;灵敏度;可靠性中图分类号:TM77 文献标识码:A 文章编号:1003-4897(2006)15-0021-030 引言为提高供电的可靠性,现在的电网多由原来的单侧电源辐射形供电发展到单电源环网供电或双电源辐射形电网.对于单电源供电,发生短路故障时,要求继电保护有选择性地动作,仅仅无时限或有时限的电流速断保护不能满足这一要求而需要采用方向电流保护,如图 1 所示,考察当 k1 处发生短路时母线 B 处应该工作的短路保护,
3、由于流过保护 3的短路功率是从母线 B 流向线路的,所以保护 3 应该动作,而保护 2 不应动作;同样,当 k2 点发生短路时,保护 2 应该动作,而保护 3 不该动作.这就是方向电流保护的含义,可以在保护 3 或 2 上各安装一个功率方向继电器来完成.对于仅靠时限保护不能有选择性动作的双侧电源供电,也需要采用方向电流保护.(b)单侧电环罔图 1 方向电流保护网络图Fig.1Diaamofdirectionalovercurrentprotectionl 方向电流保护的电流整定计算方向电流保护的整定原则跟通常非方向电流保护的整定计算相同,但有它自己的特点.一般,电流整定最基本的就是要避开被保护
4、线路中最大负荷电流,即,up:,lJn1(1),()式中:,为最大负荷电流,K 为可靠系数,一般取1.3,K 为电流继电器的返回系数,一般取 0.8.在单电源环网中,还应同时考虑负荷电流的突然增加及此刻电动机自启动的影响.在大电流接地电网中,由于非故障相电流除负荷电流外,还包含故障电流的零序分量,所以,仅按照式(1)整定是不够的 ,还需按照下式整定:,.=KI,f=K(,I+K31o)(2)式中:K 为非故障相零序电流跟故障相电流的比例系数,lu.f 为非故障相电流,.,为负荷电流,3to 为故障电流的零序分量.除式(1),(2)外,尚应考虑与相邻线路保护的灵敏系数配合,既沿同一方向各个保护装
5、置的动作电流从远离电源最远处开始逐级增大,增大系数一般取 1.1.整定一般是离线整定,存在着一些缺点 j.首先是事先确定的整定值面对复杂的电力系统不是最佳值,就会降低保护性能.尤其是对于某些特殊运行方式,整定的结果偏离太大,比如电力系统最小运行方式下发生最不利的故障,此时可能发生拒动或误动.其次离线整定需对线路可能出现的各种运行状态及故障进行考虑,计算,整定复杂.随着微机继电保护的应用,在线整定成为可能,比如自适应继电保护系统.22 继电器2 方向电流保护的整定对灵敏度和可靠性的影响图 2 为方向电流保护的原理图,KW 是功率方向继电器,KA 是电流继电器,KT 是时间继电器.可以看出,只有
6、KW 及 KA 同时动作时,才会使得保护装置动作,起到方向电流保护的作用.图 2 方向电流保护原理图Fig.2Schemeofdirectionalovercurrentprotection电流保护的灵敏系数为:K=IKmin/I.(3)式中:,为保护点最小短路电流,o.为保护动作电流值,灵敏系数的最小值 Ki 为 1.31.5,线路越长,此值越小.式(3)表明,方向电流保护的灵敏性主要由电流元件决定.不过,还是受功率方向继电器的影响.可靠性指在发生故障时,不会出现拒动和误动.对于方向电流保护来说,就是正方向发生短路时不拒动,反方向发生短路时不误动.应避免低压元件整定值过高而导致方向电流保护失
7、败 j,某线路末端发生两相短路,其短路电流大于电流元件整定值,但是由于线路残压大于整定值,导致电流保护被闭锁,保护装置拒动.所以保护整定值不能只按照理论计算,应根据电网运行方式和负荷变化来对计算进行调整.数字继电保护装置的可靠性研究目前处于探索阶段,有研究首先建立装置的硬件和软件的失效模型,然后得到状态空间图,对装置可靠性和灵敏度进行了定量分析 J,这样的方法对具体研究方向电流保护有启发作用.2.1 方向继电器内角整定对灵敏度和可靠性的影响须合理整定内角,使得短路时方向继电保护的灵敏度较高,同时保证反方向的保护装置不会动作.相间短路保护功率方向继电器的动作方程为:K,KCOS(咖 d 一 90
8、.+)0(4)式中:Uk 为方向继电器上的电压,为方向继电器的电流,咖为线路阻抗角即各相电流滞后于相应相电压的角度,OL 为方向继电器的内角.微机型方向继电器内角的整定计算对保护灵敏度和可靠性有影响 J,内角 OL 的整定值为d=90.一币 I(5)这样,如正方向发生三相短路,式(4)中的COS(一 90.+OL)=1,方向继电器的保护灵敏度最高;如反方向发生三相短路,式(4)中的 COS(咖一90.+OL+180.)=一 1,对应的方向继电器可靠地不误动.因此,对三相短路,只要整定理在 0.90.之间,就可保证灵敏度及可靠性.进一步研究两相短路,可以归纳出,需整定在30.60.之间,如果按照
9、式(5)计算得到的在30.60.的范围内,则取计算值为整定值;如果计算值小于 30.,则取整定值为 30.;如果计算值大于 60.则取整定值为 60.这种整定方法与传统的模拟式方向电流保护只能选取整定值为 30.或45.相比,动作灵敏度更高,并且由于可以按照线路的实际情况选取整定值,所以可靠性更高.2.2 谐波对灵敏度和可靠性的影响包括方向电流保护在内的各种继电保护中,多是利用电流,电压的基频分量来采样,计算,但是故障电流和电压中还包含有大量衰减的直流分量,高次谐波等,所以必须先滤除谐波.比较简单的滤波方法是采用有源或无源的低通滤波电路,比如二阶RC 无源滤波电路 .随着微机继电保护应用的扩大
10、,数字滤波器应用得越来越多.由于继电保护装置实时性要求高,并且其谐波是故障暂态信号,所以对数字滤波器有特殊要求.滤波算法应快速,可靠.通常采用全周期傅里叶算法,也可以采用一种 1/4 窗相量算法 J,其原则是检测到故障后,以 1/4 周期为数据窗长快速地进行相量计算,这种计算具有较好的计算精度,并且节约了计算时间,意味着实时性好,可靠性高.3 功率方向继电器对保护灵敏度和可靠性的影响功率方向继电器从构成原理上主要有幅值比较和相位比较两种,从构成上分集中控制式的微机继电保护和分布式的面向被保护线路的继电保护两大类,可以利用图 3 所示的动作特性来分析功率继电器的保护性能.图 3 中,是电压互感器
11、的输出,r是电流互感器的输出,它们反应了一次电压和电流.齐向阳方向电流保护的整定对灵敏度及可靠性的影响 23在实际中,为使方向继电器的测量功率最大,灵敏度最高,继电器应该有可以调整的内角 ot.一个关键问题就是如何构成功率方向继电器.一个新方法是采用乘法器和积分器作为基本元件来构成方向继电器,这种方法不需要进行内角整定,灵敏度高,在工作范围内具有相同的灵敏度,通用性也比较好.对于功率方向继电器,还应注意尽量减小其电压死区及消除潜动问题.图 3 功率方向继电器的动作特性Fig.3Operationcharacteristicsofpowerdirectionalrelay4 结论3456方向电流
12、保护的整定不仅是理论计算,还应根据实际线路进行修正,随着微机继电保护应用的扩大,在线整定越来越有优势.保护灵敏度和可靠性之间存在茸一定矛盾,需要综合考虑.还应把新的7理论研究和技术应用在整定计算,灵敏度及可靠性方面.参考文献:2张保会,尹项根.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版社,2005.ZHANGBaohui,YINXianggen.ProtectiveRelayinginElectricPowerSystemM.Beijing:ChinaElectricPowerPress,2005.曾耿晖,刘玮,继电保护在线整定系统的探讨J.继电器,2004,32(9):3842.ZENGGeng
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14、程,2004,24(7):47-52.WANGGang,DINGMaosheng,eta1.ResearchatReliabilityofDigitalProtectiveRelayingJ.ProceedingsoftheCSEE,2004,24(7):47-52.姚晴林,姚武,等.微机型功率方向继电器内角整定计算研究J.继电器,2000,28(4):9 一 l2.YAOQinglin,YAOWu,eta1.ResearchatInnerAngleSettingofMicroPowerDirectionalRelayJ.Relay,2000,28(4):9 一 l2.段玉倩,常宝波,等.一种
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16、lay【J1.PowerSystemTechnology,2000,24(4):4346.收稿日期:2006-0616作者简介:齐向阳(1969 一), 男,硕士,讲师,主要研究方向为电力电子技术在楼宇设备及智能化方面的应用.Email:InfluenceofdirectionalovercurrentprotectionsettingonsensitivityandreliabilityQIXiangyang(DepartmentofBuildingEquipmentEngineering,ShenzhenPolytechnicCollege,Shenzhen518055,China)Abs
17、tract:Directionalovereurrentprotectionwithahighsensitivityisnecessarytopromptreliabilityofelectricpower.Theinfluenceonsensitivityandreliabilitycausedbysettingcalculationofdirectionalovereurrentprotectionisdiscussed,includinginfluenceonthoseofhighfrequencycomponentsandpowerdirectionalrelay.Newsetting
18、calculationmethodsandresearchesonsensitivityandreliabilityaredescribed.Settingofdirectionalovereurrentprotectionshouldconsidersurgeofloadcurrent,zerosequencecomponentshortcurrentandsensitivityCOoperationfactorwithnearpowerline.Inaddition,onlinecurrentsettingshouldbeusedinpriority.Innerangleofdirectionalovercurrentprotectionrelayshouldbereasonablyset.Onharmonicwavesfilteringoff,digitalfilteriswidelyapplied,andfasterfilteringalgorithmmeansbetterrealtimecharacteristicandhigherreliability.Keywords:directionalovercurrentprotection;settingcalculation;powerdirectionalrelay;sensitivity;reliability
