中外微机型输电线路继电保护之比较

　
摘要：通过对几种中外微机型输电线路继电保护进行的比较，分析了它们的特点，并就一些关键技术进行了探讨。
关键词：微机保护 线路保护 重合闸 收发讯机
0　前　言
　　微机型继电保护由于具有功能强、维护调试方便等一系列优点，自问世以来就受到普遍重视与欢迎，近年来更是在国内外得到广泛应用。由于输电线路保护在继电保护中具有重要地位，且随着超高压、长距离输电线路的发展，对输电线路保护的功能提出了更新更高的要求，加之输电线路保护本身具有的复杂功能和逻辑，使微机保护在输电线路保护这一领域获得了广泛应用。本文结合自身体会，对国内外常用的几种微机型线路保护装置的一些特点进行了分析与比较，主要侧重于原理与功能方面的探讨。这里介绍的保护装置是国产WXB-11型线路微机保护和美国Schweizer Engineering Laboratary推出的SEL-321型线路保护装置、SEL-279型自动重合闸装置和ABB公司的TCF-10B型移频式高频收发讯机。
1　装置简介
　　WXB-11型微机线路保护采用插件式结构，设置了硬件完全相同的高频、距离、零序、综重4个插件，每个插件独立完成一种保护功能。其人机对话功能通过打印机和人机对话插件完成。同高频收发讯机配合可以实现110kV及以上电压等级的输电线路继电保护的全部功能。此外，该保护能储存故障前20ms和故障后40ms的各相电压、电流采样值并打印出来，相当于故障录波，并具有故障测距功能。
　　SEL-321型微机保护采用一体化机箱，面板上设有液晶显示屏和控制按钮，正常运行时可以从液晶显示屏上读出各相电压、电流有效值，并且可以显示日期等信息。该装置具有15个可编程触点输出，面板上还设有一个RS-232标准串行口，可以与个人电脑联接，这样可以方便地进行整定和事件报告。保护动作前后的电压、电流及各部分的动作过程都记录在事件报告中，供运行人员查阅。在保护功能方面，具有四段三相/相间阻抗圆；两段振荡闭锁用矩形阻抗特性；两段负荷阻抗特性；四段接地阻抗圆；四段矩形接地阻抗特性；四段反时限相电流过流元件并模拟复归功能；反时限负序/零序电流元件(以上电流元件可由功率方向或阻抗元件控制)；四段瞬动或定时限负序电流/零序电流元件。除了以上保护功能外，该保护也具有故障测距功能。该保护本身不具备重合闸功能，该功能由其他装置来实现。该保护可以与高频收发讯机配合，构成输电线路的全线速动保护。
2　阻抗元件
　　在WXB-11型微机线路保护中，高频部分和距离部分各自设有独立的相间阻抗元件，距离部分还设有接地阻抗元件(阻抗元件均采用多边形特性)，如图1所示。

图1　WXB-11型微机保护阻抗元件动作特性
　　阻抗元件动作特性确定为多边形，一是因为通过阻抗计算求得的X和R分量和此动作特性相比较以判断是否在区内最方便；二是此种特性容易满足长线路和短线路的不同要求。对短线路可以加大RDZ/XDZ值，以增强允许过渡电阻的能力；对长线路则可以减小RDZ/XDZ值，以避越负荷阻抗。图中第二象限和第四象限的边界线均倾斜15°，是因为tg15°≈1/4，实现最方便。为了提高长线路避越负荷阻抗的能力，多边形的一边与实轴的夹角选定为60°，α角的选择原则应以躲区外故障时的超越为准。
　　SEL-321的阻抗动作特性则比较复杂。图2是三相/相间阻抗特性，图3是接地阻抗特性。

图2　SEL-321型微机保护的三相/相间阻抗特性

图3　SEL-321型微机保护接地阻抗特性
　　从以上图中可以看出，SEL-321的三相/相间阻抗特性是典型的方向阻抗圆特性，振荡闭锁用的阻抗特性则采用矩形特性。所有阻抗特性都可以设置为正/反方向，其接地阻抗特性则分为方向圆特性和矩形两种，正向三段，反向一段，可在整定时选择所需的阻抗特性。
3　启动元件和振荡闭锁
WXB-11型微机线路保护的高频、距离、零序、综重4个插件中都设有各自的由差突变量原理构成的启动元件，用于启动各自的判别程序。4个启动元件还可以驱动中间继电器QDJ，除综重以外的三个QDJ接成三取二回路，即只有当三个QDJ中有两个动作时，跳闸回路才允许开放。此外，高频插件中的QDJ还可以驱动QXJ，启动收发讯机发讯。

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　　SEL-321型微机保护中的各段相间/三相阻抗元件和接地阻抗元件都设有各自的过电流启动元件，可独立整定，用于启动各段阻抗元件。
　　这两种微机保护中都设有振荡闭锁元件。WXB-11型微机保护除了常规的阻抗三段之外，按感受阻抗先有突变而后持续0.1s不变的原理来检出振荡中的短路故障，从而设置了带0.2s延时的相间一段和接地一段，该原理动作条件如下：
　　a.感受阻抗先有一个突变；
　　b.阻抗突变后又在0.2s内电阻分量变化很小；
　　c.阻抗0.2s均在一段范围内。
　　当满足上述三个条件后，保护动作不再选相，一律跳三相。
　　SEL-321型的振荡闭锁原理与传统的同心圆振荡闭锁原理相同，只是动作特性由同心圆改为两个矩形，如图2。当感受阻抗在这两个矩形之间的停留时间长于设定值时，保护的有关各段将被闭锁，被闭锁的时间也可以整定。


4　控制与逻辑
WXB-11的各项控制功能是由控制字来实现的。4个独立的保护元件中均有各自的控制字，每个控制字由16位二进制数来表示，若置“1”则投入该功能，置“0”则闭锁该功能。这些控制字作为定值的一部分，确定了保护的功能。
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