微機式自適應饋線保護裝置

1　裝置的特點
　　WXB-32型微機式自適應饋線保護裝置是在充分發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現的一種自適應保護裝置，它具有速斷、過電流保護(反時限或定時限特性)、自動重合閘、過負荷檢測(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路。
　　目前國內外生產的微機式饋線保護裝置，都是按傳統的整定計算原則，以離線的計算方式確定保護動作定值，并用人工輸入保護定值的方法實現的。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，也不能使保護的性能處于最佳狀態。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論如何也不能適應千變萬化的系統運行方式，并且還降低了保護的可靠性。
　　與傳統的微機式饋線保護裝置不同，自適應饋線保護裝置能根據當前電力系統運行情況和故障類型在線實時地計算速斷和過電流保護的定值，使保護的動作值始終處于最佳狀態，從而顯著地提高了保護的可靠性和靈敏度。它的另一個引人注目的特點是裝置本身能自動完成保護動作值的計算整定，也就是說，只要輸入被保護線路的阻抗參數，自適應微機保護將自動完成計算整定的全部任務，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：
　　(1)　保護裝置能根據當前系統的實際運行方式和故障狀態實時計算保護的定值，速斷和過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型不同而變化，但始終使定值保持在最佳狀態；
　　(2)　保護裝置的速斷和過電流定值的計算整定全部由裝置本身在線、實時、自動完成，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電流保護功能，用戶可自由選用；
　　(4)　人機界面友好，裝置面板上設有一個4行(每行16個字符)的液晶顯示器及一個6鍵鍵盤，菜單問答式人機對話方式；
　　(5)　裝置面板上提供一個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；
　　(6)　裝置提供一個遠傳接口，用于和變電站自動化系統聯網；
　　(7)　裝置提供一個打印接口，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時時間、線路負荷電流、電壓以及重合閘充電指示等。

2　裝置的動作原理及實現方法
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型，自適應速斷的整定值IZSD由下式決定：

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為被保護線路的阻抗；Kk為可靠系數，Kk＞1；Kd為短路類型系數。
　　式(1)中可靠系數Kk和被保護線路阻抗ZL為常量。ES可設為固定值，例如對10 kV線路可近似取kV，也可在線實時計算出準確值。短路類型系數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：
　　(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決定，因此，速斷定值和保護范圍能保持在最佳狀態；
　　(2)　速斷定值由微機保護裝置在線、實時自動計算整定，只要輸入被保護線路的阻抗值，計算整定的全過程完全由裝置自動完成，不需人工干預；
　　(3)　為了實現適應電力系統運行方式的變化，在求系統綜合阻抗時，引入了電壓量。這種方法與國外提出的利用局域網，在線實時計算整定的方法［2］相比不僅準確可靠，而且異常簡單。此外，裝置中還采取了電壓回路斷線的有效對策，保證自適應速斷能可靠動作。
2.2　自適應過電流保護
　　與傳統過電流保護不同，自適應過電流保護的動作值可根據當前的實際負荷電流或短路電流由裝置自動設定。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作的要求。
　　自適應過電流保護的動作時間特性有定時限和反時限兩種。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作時間的正確配合，而本端保護裝置無法預知下一級線路的過電流保護的動作時間(利用通道傳送信息除外)，因此，動作時間的自動整定是很難實現的。但考慮到配電網饋線保護的實際情況，對某些不大于兩級要求時限配合的線路，本裝置提供了可以在線自動整定的反時限特性。例如對于極端反時限特性可表示為。

t=tp/［(I/Ip)2-1］(4)

式中　t為保護的動作時間；tp為時間系數；I為通過繼電器的電流；Ip為2IGL/3，其中IGL為過電流保護的動作電流。
　　式(4)中時間系數tp可由下式決定：

tp＝Δt×n［(I/Ip)2-1］(5)

式中n為級數，當本裝置保護線路下一級只有一級時，取n=1；有兩級時，取n=2；Δt為時間級差，本裝置取Δt=0.4 s。
　　當時間系數tp確定后，反時限特性就由式(4)決定。應用極端反時限特性可以與下級的熔斷器時間特性配合。

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電流保護具有顯著的優點，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，裝置提供了只對不同故障類型自適應的低度自適應速斷和過電流保護功能。它們像傳統同類保護一樣，需要離線計算保護定值及動作時間，并采用人工輸入定值的方法。但是它又優于傳統的同類保護，表現在它采用了對不同故障類型自適應的方法，即根據不同類型故障，在線自動改變定值的方法，表示為：

(6)

式中為電流速斷或過電流保護在三相短路時的定值；為電流速斷或過電流保護在兩相短路時的定值。
　　使用式(6)的方法整定保護后，可以使保護在兩相短路時與三相短路時有相同的靈敏度，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為速斷和過電流保護均按裝置的主要功能(見本文第2節)實現。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型，保護的定值可由裝置在線、實時自動計算整定，且可使保護性能處于最佳狀態，但裝置需要接入電壓量。
　　方案2為速斷和過電流保護均按裝置的附加功能(見本文第3節)實現。這種方案只能適應不同的故障類型，保護的定值按傳統同類保護的方法，離線計算整定和人工輸入保護定值。但在進行靈敏度校驗時，只按三相短路校驗滿足要求即可應用。這種方案比同類微機保護有較高的靈敏度，也不要求接入電壓量。
　　方案3為過電流保護按附加功能，速斷保護按主要功能實現。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，用戶可根據自己的條件及要求進行選擇，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。