高压线路的微机式距离保护

任广凤

摘要：在电力系统的继电保护领域，距离保护是一种极为重要的保护原理。对于传统的电流型保护，其灵敏度受电力系统运行方式的影响很大，可能会在系统最小运行方式下失去保护区域，给系统造成危害。另外，单一的电流幅值比较方式，受保护采集的电流的干扰程度也很严重。所以，在中高压电网及长距离线路中都采用距离保护，提高线路的安全性和灵敏性。

关键词：距离保护；高压线路；微机型

l 引言

微机继电保护装置具有可靠性高，动作正确率高等优点，相较之传统的继电保护装置具有更多的优点。本文分析了距离保护的原理及一些特性，设计了微机型距离保护，对其启动判据和闭锁判据进行了简要的介绍。

距离保护是用电压与电流的比值（即阻抗）构成的继电保护，又称阻抗保护。它的动作行为反映保护安装处到短路点距离的远近。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。在中高压电网中运行相对稳定，距离保护的微机实现能保证系统安全稳定的运行。

2 距离保护原则和时限特性

距离保护主要应用在电流电压保护不能保证选择性和灵敏度的场合，环状电网、双侧电源线路并装有纵差时、双侧电源的平行线等也采用距离保护。

该保护主要用于输电线路上，一般为3段或4段式，其时限特性为：

a.一、二段带方向性，作为主保护；

b.第一段保护线路的80%-85%，以tl时限动作；

c.第二段为被保护线的全长及作为相邻线路或母线保护的后备保护与下一线的I段配合，保证下一级线路全长的30%-40%，动作时限为t2≈0.5秒左右；

d.第三段带或不带方向，作为本线路的后备保护和相邻线路的后备保护；

e.第四段带或不带方向，作为本线路的后备保护和相邻线路的后备保护，但时间更长。

3 距离保护微机设计

本设计采用高性能的CPU和实时多任务操作系统，计算方式为并行计算，大大提高了保护的可靠性和算法的快速性。保护数据采用差分滤波和傅式算法，有效的抑制了非周期分量和高次谐波的影响。

可提供四段相间和接地距离保护，适用于短线路，最小整定阻抗可整定为0.02欧姆。

距离保护的组成

a.启动元件：用来判别系统是否发生故障、瞬时动作，以延时兼作后备段保护；

b.测量元件（测量故障距离和对方向进行判别）；

c.时间元件和逻辑电路；

d.电压回路断路器闭锁：电压回路断线时防止保护误动作；

e.振荡闭锁：防止系统振荡时误动作。用负序电压和负序电流元件作振荡闭锁元件。

动作特性

相间距离保护和接地距离保护的动作特性均为四边形特性，如图1所示。其中，R_set、X_set、ψ_d为可整定的参数。

动作特性的电抗线下切具有抑制短路过渡电阻造成保护暂态超越的功能，同时，特性中R_set的独立整定，可使保护能灵活适应不同的负荷阻抗，保证在最小负荷阻抗下保护不误动。二、四象限的特性线为方向特性线。

启动判据

保护的启动判据有突变量启动、全阻抗启动和零序电流辅助启动等方式。各种启动判据只要有一种动作，就触发阻抗计算任务。

突变量启动

保护实时计算相间电流突变量，当突变量大于整定值时，突变量启动判据动作。其计算公式为：

其中：

i_（N）为本周波的电流采样值；

i_（N-1）为刖一周波的电流采样值；

i_（N-2）为前两周波的电流采样值。

采用式1-1计算突变量，可有效抑制频率变化产生的偏差。

全阻抗启动

装置利用相间距离IV段和接地距离IV段定值，采用全阻抗判据，动作特性如图2。当保护测得的阻抗落在该启动特性区内时，全阻抗启动判据动作。

零序辅助启动

为防止线路发生经高阻接地故障时前两种启动判据不能灵敏动作，本装置又引入了零序辅助启动判据。当310大于辅助启动判据的动作定值时，本判据动作。

阻抗计算

启动判据动作后，保护进入阻抗计算任务。阻抗计算方程为：

相间距离

接地距离

其中：

Z_ph-ph为相间距离保护的测试阻抗U_ph-ph为保护安装处的相间电压；I_ph-ph为保护安装处的相间电流；Z_ph-E为接地距离保护的测试阻抗；U_ph-E为保护安装处的相电压；I_ph-E为保护安装处的相电流；K为雩序补偿系数；3I₀为流过保护安装处的雩序电流。

振荡闭锁

用户可以选择在系统振荡期间，是否闭锁相间距离I、II段和接地距离I、II段。另外，装置设有短时开放元件和故障检测元件，保证在振荡过程中发生故障时保护也可以正确动作。启动判据动作后，装置进入阻抗计算任务，同时检测系统是否发生振荡。若系统振荡，则闭锁相应的距离保护，振荡不停息，闭锁不解除；若系统并未发生振荡，而是发生了区内故障，则保护正确动作；若在系统振荡过程中又发生了区内短路故障，则特定的故障检测元件会检测出故障的存在，而使保护正确动作。

PT断线闭锁

装置实时监视用户PT，当PT发生断线时，将闭锁相间距离和接地距离保护，以免保护误动。

4.逻辑框图

5.通讯功能多样化

CAN通讯

CAN通讯遵循CL2000通讯规约，通讯波特率为50kbps。可实现的主要功能有：遥测、遥信、告警动作信息等。

485通讯

485通讯遵循Modbus规约（RTU通讯模式），通訊波特率可在1200bps、2400bps、4800bps、9600bps间选择；也可选择103规约。可实现的主要功能有：遥测、遥信、告警动作信息等。

打印功能

装置可以实现报文、SOE、录波波形、A/D采样值和保护定值的打印。其中，对于报文、SOE和录波波形可以选择最新的10个信息进行打印，序号从0到9。对于保护定值，可以从16个定值区中选取某个定值区进行打印。打印方式可以选择召唤打印和随机打印两种方式。

6.结论

本文对微机型距离保护装置的系统软件设计提出了方案。微机型保护装置，具有灵活的配置性，运行现场可以根据需求进行灵活必要的配置。

微机距离保护具有灵活性强，综合判断能力强，性能稳定、可靠性高，微机保护利用微机的记忆功能可明显改善保护性能，提高保护的灵敏性。因此，随着人们对电力系统的安全性和稳定性等方面要求的提高，电力系统对保护的可靠性和快速性要求的提高，微机距离保护在中高压电网中得到了广泛的应用。