微機式自適應饋線(xiàn)保護裝置

1　裝置的特點(diǎn)
　　WXB-32型微機式自適應饋線(xiàn)保護裝置是在充分發(fā)揮微型計算機智能作用的基礎上，根據自適應繼電保護原理實(shí)現的一種自適應保護裝置，它具有速斷、過(guò)電流保護(反時(shí)限或定時(shí)限特性)、自動(dòng)重合閘、過(guò)負荷檢測(作用于信號或跳閘)等功能，適用于10～35 kV系統中的終端饋電線(xiàn)路。
　　目前國內外生產(chǎn)的微機式饋線(xiàn)保護裝置，都是按傳統的整定計算原則，以離線(xiàn)的計算方式確定保護動(dòng)作定值，并用人工輸入保護定值的方法實(shí)現的。在這些微機保護裝置中定值是固定不變的，它不能適應電力系統運行方式的變化和不同的故障狀態(tài)，也不能使保護的性能處于最佳狀態(tài)。為了適應系統運行方式的變化，有些微機保護裝置中附加有遙調定值的功能，顯然這種附加的遙調定值的功能無(wú)論如何也不能適應千變萬(wàn)化的系統運行方式，并且還降低了保護的可靠性。
　　與傳統的微機式饋線(xiàn)保護裝置不同，自適應饋線(xiàn)保護裝置能根據當前電力系統運行情況和故障類(lèi)型在線(xiàn)實(shí)時(shí)地計算速斷和過(guò)電流保護的定值，使保護的動(dòng)作值始終處于最佳狀態(tài)，從而顯著(zhù)地提高了保護的可靠性和靈敏度。它的另一個(gè)引人注目的特點(diǎn)是裝置本身能自動(dòng)完成保護動(dòng)作值的計算整定，也就是說(shuō)，只要輸入被保護線(xiàn)路的阻抗參數，自適應微機保護將自動(dòng)完成計算整定的全部任務(wù)，勿需人工參予，因此使用維護也極其方便。
　　本裝置有以下主要特點(diǎn)：
　　(1)　保護裝置能根據當前系統的實(shí)際運行方式和故障狀態(tài)實(shí)時(shí)計算保護的定值，速斷和過(guò)電流保護的定值都不是常數，它們隨系統運行情況和故障類(lèi)型不同而變化，但始終使定值保持在最佳狀態(tài)；
　　(2)　保護裝置的速斷和過(guò)電流定值的計算整定全部由裝置本身在線(xiàn)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)完成，勿需人工參予，使用維護極其方便；
　　(3)　保護裝置能提供不同功能的自適應速斷和過(guò)電流保護功能，用戶(hù)可自由選用；
　　(4)　人機界面友好，裝置面板上設有一個(gè)4行(每行16個(gè)字符)的液晶顯示器及一個(gè)6鍵鍵盤(pán)，菜單問(wèn)答式人機對話(huà)方式；
　　(5)　裝置面板上提供一個(gè)R232接口，用于連接PC機，從而可以在PC機漢化文字的引導下，收取保護裝置內部的故障記錄存于PC機硬盤(pán)；
　　(6)　裝置提供一個(gè)遠傳接口，用于和變電站自動(dòng)化系統聯(lián)網(wǎng)；
　　(7)　裝置提供一個(gè)打印接口，可以在當地連接打印機，以輸出保護內部的報告數據，也可以由此通過(guò)遠傳接口送至后臺管理系統統一打印輸出；
　　(8)　完整的操作箱功能；
　　(9)　裝置除具有基本保護功能外，還充分利用微機的軟硬件資源，完成以下附加功能：①最近10次事件記錄，并具有掉電保護功能；②正常運行情況下液晶顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、線(xiàn)路負荷電流、電壓以及重合閘充電指示等。

2　裝置的動(dòng)作原理及實(shí)現方法
2.1　自適應速斷保護
　　為了使速斷保護能適應電力系統運行方式變化和不同的故障類(lèi)型，自適應速斷的整定值IZSD由下式?jīng)Q定：

IZSD＝KkKdEs/(ZS+ZL)(1)

式中　ES為系統等效電源的相電勢；ZS為系統的等效阻抗；ZL為被保護線(xiàn)路的阻抗；Kk為可靠系數，Kk＞1；Kd為短路類(lèi)型系數。
　　式(1)中可靠系數Kk和被保護線(xiàn)路阻抗ZL為常量。ES可設為固定值，例如對10 kV線(xiàn)路可近似取kV，也可在線(xiàn)實(shí)時(shí)計算出準確值。短路類(lèi)型系數Kd由保護裝置決定，對于三相短路取Kd＝1，對兩相短路取。系統的等效阻抗ZS對應系統的運行方式，它由保護裝置根據電壓和電流的故障分量決定［1］，表示為：

ZS＝-Umg/Img(2)

式中　Umg,Img為保護裝置求出的故障分量電壓、電流。
　　在三相電力系統中，考慮到系統正序阻抗與負序阻抗相等，系統正序阻抗Z1S可用下式計算：

Z1S＝-U1mg/I1mg(3)

式中　U1mg,I1mg為保護安裝處的正序電壓、電流的故障分量。
　　 系統的正序阻抗也可根據選相結果，利用對應的相間電壓和兩相電流差的故障分量求出。
　　綜上所述，與傳統速斷相比，自適應速斷有以下主要特點(diǎn)：
　　(1)　速斷定值不是常數，它由當前的系統運行方式和故障狀態(tài)決定，因此，速斷定值和保護范圍能保持在最佳狀態(tài)；
　　(2)　速斷定值由微機保護裝置在線(xiàn)、實(shí)時(shí)自動(dòng)計算整定，只要輸入被保護線(xiàn)路的阻抗值，計算整定的全過(guò)程完全由裝置自動(dòng)完成，不需人工干預；
　　(3)　為了實(shí)現適應電力系統運行方式的變化，在求系統綜合阻抗時(shí)，引入了電壓量。這種方法與國外提出的利用局域網(wǎng)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)計算整定的方法［2］相比不僅準確可靠，而且異常簡(jiǎn)單。此外，裝置中還采取了電壓回路斷線(xiàn)的有效對策，保證自適應速斷能可靠動(dòng)作。
2.2　自適應過(guò)電流保護
　　與傳統過(guò)電流保護不同，自適應過(guò)電流保護的動(dòng)作值可根據當前的實(shí)際負荷電流或短路電流由裝置自動(dòng)設定。由于負荷電流通常均小于最大負荷電流，因此，按當前負荷電流整定有利于提高保護的靈敏度，而按短路電流整定則能保證保護可靠動(dòng)作的要求。
　　自適應過(guò)電流保護的動(dòng)作時(shí)間特性有定時(shí)限和反時(shí)限兩種。從理論上講，由于必須從負荷端向電源端逐級計算才能保證動(dòng)作時(shí)間的正確配合，而本端保護裝置無(wú)法預知下一級線(xiàn)路的過(guò)電流保護的動(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)現的。但考慮到配電網(wǎng)饋線(xiàn)保護的實(shí)際情況，對某些不大于兩級要求時(shí)限配合的線(xiàn)路，本裝置提供了可以在線(xiàn)自動(dòng)整定的反時(shí)限特性。例如對于極端反時(shí)限特性可表示為。

t=tp/［(I/Ip)2-1］(4)

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

tp＝Δt×n［(I/Ip)2-1］(5)

式中n為級數，當本裝置保護線(xiàn)路下一級只有一級時(shí)，取n=1；有兩級時(shí)，取n=2；Δt為時(shí)間級差，本裝置取Δt=0.4 s。
　　當時(shí)間系數tp確定后，反時(shí)限特性就由式(4)決定。應用極端反時(shí)限特性可以與下級的熔斷器時(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速斷和自適應過(guò)電流保護具有顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，但考慮到用戶(hù)的不同條件和不同的要求，例如有些用戶(hù)不愿引入電壓量，或沒(méi)有可用的電壓量的條件，本裝置提供了附加功能以滿(mǎn)足上述要求。
　　在不引入電壓量的前提下，裝置提供了只對不同故障類(lèi)型自適應的低度自適應速斷和過(guò)電流保護功能。它們像傳統同類(lèi)保護一樣，需要離線(xiàn)計算保護定值及動(dòng)作時(shí)間，并采用人工輸入定值的方法。但是它又優(yōu)于傳統的同類(lèi)保護，表現在它采用了對不同故障類(lèi)型自適應的方法，即根據不同類(lèi)型故障，在線(xiàn)自動(dòng)改變定值的方法，表示為：

(6)

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

4　裝置功能的組合方案
　　方案1為速斷和過(guò)電流保護均按裝置的主要功能(見(jiàn)本文第2節)實(shí)現。這種方案既能適應系統運行方式的變化，又能適應不同的故障類(lèi)型，保護的定值可由裝置在線(xiàn)、實(shí)時(shí)自動(dòng)計算整定，且可使保護性能處于最佳狀態(tài)，但裝置需要接入電壓量。
　　方案2為速斷和過(guò)電流保護均按裝置的附加功能(見(jiàn)本文第3節)實(shí)現。這種方案只能適應不同的故障類(lèi)型，保護的定值按傳統同類(lèi)保護的方法，離線(xiàn)計算整定和人工輸入保護定值。但在進(jìn)行靈敏度校驗時(shí)，只按三相短路校驗滿(mǎn)足要求即可應用。這種方案比同類(lèi)微機保護有較高的靈敏度，也不要求接入電壓量。
　　方案3為過(guò)電流保護按附加功能，速斷保護按主要功能實(shí)現。這種方案要求接入電壓量，速斷保護對應于傳統保護中的電壓閉鎖電流速斷保護，但自適應速斷保護的性能不僅遠遠優(yōu)于傳統的電壓閉鎖電流速斷，而且不需要人工整定計算。
　　上述三種方案各有其特色，用戶(hù)可根據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。在運用中，裝置只能在某一種方案下工作。