【文章內(nèi)容簡介】 繼電器：接入電壓、接入電路；CA相阻抗繼電器：接入電壓、接入電路。則在圖23中發(fā)生相間短路故障時(shí)，三個(gè)相間阻抗繼電器的測量阻抗分別為 (27a) (27b) (27c)由上可知，只有在點(diǎn)發(fā)生金屬性的相間短路故障(兩相接地短路、兩相短路、三相短路)，點(diǎn)的故障相間電壓才為零，故障相的相間阻抗繼電器的測量阻抗和線路距離()成正比，準(zhǔn)確測量出故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的線路阻抗()。若發(fā)生的是單相接地故障或短路點(diǎn)存在過相間過渡電阻，則故障點(diǎn)相間電壓不為零，繼電器九不能正確測量出故障點(diǎn)的阻抗(距離)。但是，相間故障的過渡電阻主要是電弧電阻，與接地故障過渡電阻相比值小很多，所以附加測量阻抗對(duì)保護(hù)的影響可以忽略不計(jì)[17]。 阻抗繼電器的動(dòng)作特性假定電流的正方向規(guī)定是由母線指向線路，當(dāng)正方向發(fā)生短路是，距離保護(hù)的測量阻抗為，它在圖24所示的阻抗復(fù)數(shù)平面中位于第一象限并與OA相重合的方向上：當(dāng)發(fā)生反方向短路時(shí)，測量阻抗位于第三象限。但在實(shí)際狀況下，由于互感器誤差、故障點(diǎn)過渡電阻等因素，繼電器實(shí)際測量到的一般不能嚴(yán)格地落在與相同的直線上，而是落在該直線附近的一個(gè)區(qū)域中。為了保證區(qū)內(nèi)故障情況下阻抗繼電器能可靠動(dòng)作，在阻抗復(fù)平面上，其動(dòng)作的范圍應(yīng)該是一個(gè)包括對(duì)應(yīng)段在內(nèi)，但在的方向上不超過的區(qū)域，決定了保護(hù)范圍。當(dāng)測量阻抗落在動(dòng)作區(qū)域以內(nèi)時(shí)，判斷為區(qū)內(nèi)故障，阻抗繼電器給出動(dòng)作信號(hào)；當(dāng)測量阻抗落在該動(dòng)作區(qū)域以外時(shí)，判斷為區(qū)外故障，阻抗繼電器不動(dòng)作。這個(gè)區(qū)域的邊界就是阻抗繼電器的臨界動(dòng)作邊界。一般有如下類型。圖24 阻抗繼電器動(dòng)作特性說明 圓阻抗特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性有兩種不同的表達(dá)形式：一種是比較兩個(gè)量大小的絕對(duì)值；另一種是比較兩個(gè)量相位。本文采用的是絕對(duì)值比較動(dòng)作方程。其動(dòng)作特性如圖25，圖中為圓心，為整定阻抗，為偏移阻抗，其中為偏移率，圓半徑為。當(dāng)位于圓內(nèi)時(shí)(圖25(a))繼電器動(dòng)作；位于圓外時(shí)(圖25(b))繼電器不動(dòng)作；位于圓周上時(shí)(圖25(c))繼電器處于動(dòng)作邊界。圓周（即剛能使繼電器動(dòng)作的測量阻抗，亦即繼電器的動(dòng)作阻抗的向量末端）的軌跡稱為繼電器的動(dòng)作特性。圖25 比幅式偏移特性阻抗繼電器動(dòng)作特特性只要位于圓內(nèi)，則恒有 (28)而圓心坐標(biāo)為 (29)則動(dòng)作條件的表達(dá)式寫為 (210)當(dāng)時(shí)，即為方向阻抗繼電器；當(dāng)時(shí)，為全阻抗繼電器；當(dāng)時(shí)，為拋物線阻抗繼電器。 測量式方向性四邊形阻抗特性四邊形阻抗繼電器可以分為兩類：一類是帶方向性的；另一類是不帶方向性的。方向性四邊形繼電器與不帶方向的繼電器相比，加設(shè)了故障方向判別元件，能夠保證正向出口短路故障時(shí)可靠動(dòng)作，反向短路故障時(shí)可靠不動(dòng)作。帶方向性的四邊形阻抗繼電器常用在距離保護(hù)的測量元件中。不帶方向性的四邊形阻抗繼電器主要用于保護(hù)后備阻抗測量或啟動(dòng)元件中。因?yàn)樗倪呅巫杩估^電器阻抗特性具有反應(yīng)故障點(diǎn)過度電阻能力強(qiáng)、躲負(fù)荷阻抗能力好，在微機(jī)保護(hù)中實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)，所以四邊形阻抗繼電器應(yīng)用相當(dāng)廣泛。方向性四邊形阻抗繼電器的動(dòng)作特性如圖26所示，四邊形以內(nèi)為繼電器的動(dòng)作區(qū)，四邊形以外為不動(dòng)作區(qū)。在雙電源線路上，考慮經(jīng)過電阻短路時(shí)，始端故障時(shí)的附加阻抗比末端故障時(shí)小，所以小于線路阻抗角，一般取；為了保證正向出口經(jīng)過渡電阻短路時(shí)的可靠動(dòng)作，應(yīng)有一定的大小，一般取值在之間；為保證被保護(hù)線路發(fā)生金屬性短路時(shí)可靠動(dòng)作，可取之間；為防止保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過渡電阻短路時(shí)可能超過范圍動(dòng)作，可取之間[18]。由圖26可以看出來在四邊形阻抗特性中待定的是和(分別為兩直線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn))。其中，是阻抗繼電器整定阻抗中的電抗部分。整定時(shí)要躲過系統(tǒng)的負(fù)荷阻抗，其計(jì)算公式為 (211)式中：為系統(tǒng)電壓，為系統(tǒng)有功功率。方向性四邊形阻抗繼電器可以實(shí)現(xiàn)距離測量、方向判別、躲負(fù)荷三種功能，如圖26所示，其動(dòng)作判據(jù)如下 (212a) (212b)當(dāng)上式同時(shí)滿足時(shí)，必在圖26示出的方向性四邊形抗特性內(nèi)。圖26 方向性四邊形阻抗特性 振蕩閉鎖對(duì)距離保護(hù)的影響及應(yīng)對(duì)措施 系統(tǒng)振蕩時(shí)電氣量變化特點(diǎn)電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電力變化的特點(diǎn)有：(1)系統(tǒng)振蕩時(shí)電流做大幅值變化。系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流波形如圖27所示，電流幅值以變化，見圖27中的虛線。當(dāng)時(shí)，振蕩電流為零；當(dāng)時(shí)，振蕩電流幅值為，達(dá)到最大值。因此，振蕩是電流的幅值在間做周期變化，與正常運(yùn)行時(shí)幅值保持不變(負(fù)荷不變時(shí))完全不同。圖27 振蕩電流的波形(2)完全振蕩時(shí)，系統(tǒng)保持對(duì)稱性，系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序、零序分量，只有正序分量。在短路故障時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)負(fù)序或零序分量。(3)系統(tǒng)振蕩時(shí)電壓作大幅度變化。圖23系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，作出母線電壓、兩側(cè)電動(dòng)勢和的相量如圖28所示。當(dāng)時(shí)，；又、令，所以。于是 (215)圖28 振蕩過程和兩側(cè)電動(dòng)勢、的相量當(dāng)時(shí)，有，母線電壓最高；當(dāng)時(shí)，由，母線電壓最低。若，則母線最低電壓為零。由此可見，當(dāng)變化時(shí)，母線電壓也做大幅度變化，愈趨近，變化幅度愈大。為在保護(hù)安裝處測得振蕩中心電壓，作出振蕩電流相量如圖28所示。側(cè)測量的表達(dá)式為 (216)式中：；。(4)振蕩過程中，系統(tǒng)各點(diǎn)電壓和電流間的相角差是變化不定的。(5)振蕩過程中電氣量一邊做周期性平滑變化，變化周期等于振蕩周期。變化平滑指的是電氣量變化速度與短路故障時(shí)不同，因振蕩時(shí)角不可能發(fā)生突變，其電氣量不是突然變化的，而短路故障時(shí)電氣量是突然變化的。 系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響在圖23所示的雙側(cè)電源系統(tǒng)中，假設(shè)M處裝有距離保護(hù)，其測量元件采用方向圓特性的阻抗元件，距離段的征地阻抗為線路阻抗的80%，M側(cè)段的動(dòng)作特性如圖29所示。當(dāng)振蕩中心(振蕩過程中電壓最低的一點(diǎn)稱為振蕩中心，振蕩中心電壓)落在母線M、N之間的線路上，變化時(shí)(在變化)，M處的測量阻抗末端，將沿圖27中的直線移動(dòng)。當(dāng)在范圍內(nèi)時(shí)，M側(cè)測量阻抗落入動(dòng)作范圍之內(nèi)，其測量元件動(dòng)作，其誤動(dòng)作的時(shí)間段自有功角開始至功角超過結(jié)束。當(dāng)振蕩中心落在本線路保護(hù)范圍之外是，距離段將不受振蕩的影響。段及段的整定阻抗一般比較大，振蕩時(shí)的測量阻抗比較容易進(jìn)入其動(dòng)作區(qū)，所以段及段的測量元件比較容易進(jìn)入其動(dòng)作區(qū)，但是，他們都帶有延時(shí)元件，如果振蕩誤動(dòng)作的時(shí)間小于延時(shí)元件的延時(shí)，則保護(hù)出口不會(huì)誤動(dòng)作。并不是安裝在系統(tǒng)中的所有阻抗繼電器都在振蕩時(shí)都會(huì)誤動(dòng)作，但是，對(duì)阻抗繼電器在出廠時(shí)都要求配備振蕩閉鎖，使之具有通用性。圖29 振蕩對(duì)測量元件的影響 識(shí)別系統(tǒng)振蕩的常用方法故障開始時(shí)160ms內(nèi)無條件開放保護(hù)，以保證正常運(yùn)行下突然發(fā)生故障時(shí)能快速開放。當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，閉鎖保護(hù)。若振蕩過程中發(fā)生故障，這必須能識(shí)別故障并正確動(dòng)作[1920]。 振蕩過程中不對(duì)稱短路故障的識(shí)別故障開始后160ms，若發(fā)生不對(duì)稱故障，利用負(fù)序電流、零序電流絕對(duì)值之和與正序電流絕對(duì)值間比值關(guān)系(即元件)來識(shí)別。動(dòng)作方程為 (218)式中：、分別為保護(hù)安裝處正序、負(fù)序和零序電流；。這樣，系統(tǒng)振蕩時(shí)，元件不動(dòng)作；正常運(yùn)行時(shí)線路故障內(nèi)部發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，元件處動(dòng)作狀態(tài)，開放保護(hù)，若正遇發(fā)生不對(duì)稱短路故障，則元件不動(dòng)作，不開放保護(hù)，但在角偏離向趨近過程中，元件動(dòng)作，開放保護(hù)，保護(hù)開放實(shí)現(xiàn)延時(shí)。 振蕩過程中對(duì)稱短路故障的識(shí)別故障開始160ms后，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，保護(hù)安裝處測得的振蕩中心電壓會(huì)一直在6%以下不變；當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，會(huì)作周期性變化的。由此就可區(qū)分系統(tǒng)振蕩或發(fā)生三相短路故障。在無故障情況下，按最長振蕩周期3s計(jì)算，設(shè)定滿足式(217)的時(shí)間大于150ms，即可判斷為發(fā)生了三相短路故障(稱為元件)。 (219)實(shí)現(xiàn)元件，關(guān)鍵在于求的即振蕩中心電壓的值，令，則關(guān)鍵求的測量角，則可得 (220)需要說明的是，具有浮動(dòng)門檻的電流突變量元件不能識(shí)別振蕩過程中的不對(duì)稱短路故障和對(duì)稱短路故障，工作是不可靠的。因?yàn)?，在振蕩中心處附近發(fā)生短路故障時(shí)，故障分量電流甚小，電流突變量元件根本不啟動(dòng)，開放不了保護(hù)，即使向趨近過程中，同樣因電流突變量為零，無法啟動(dòng)。 本章小結(jié)本章主要介紹了三段式距離保護(hù)的作用和基本工作原理，時(shí)限特性，基本組成，重點(diǎn)介紹了不同接線方式的阻抗繼電器以及在系統(tǒng)振蕩時(shí)對(duì)距離保護(hù)的影響和應(yīng)對(duì)措施。 第3章 LabVIEW基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境是設(shè)計(jì)虛擬儀器所必須的軟件工具。通常在編制虛擬儀器軟件時(shí)，有兩種方法。一種是傳統(tǒng)的編程方法，采用高級(jí)語言，如VC++、VB等；另一種是采用流行的圖形化編程方法，如采用NI公司的LabVEIW、LabWindows/CVI軟件，HP公司的VEE等軟件編程。本文將介紹LabVIEW開發(fā)平臺(tái)的基本概念和編程環(huán)境[21]。 LabVIEW概述LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)的簡稱，是美國國家儀器公司的軟件產(chǎn)品。LabVIEW作為目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，代替了繁瑣、復(fù)雜、耗時(shí)的語言編程，它簡化成用圖標(biāo)和菜單提示的方法選擇功能(圖形)，采用線條把各種功能連接起來的簡單圖形編程方式。LabVIEW中編寫的框圖程序，很接近程序流程圖，因此，只要把程序流程圖畫好了，我們也就編好了程序。雖然LabVIEW本身是一個(gè)功能比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，但它是為替代常規(guī)的BASIC或C語言而設(shè)計(jì)的，LabVIEW是編程語言而不僅僅是一個(gè)軟件開發(fā)環(huán)境。作為編寫應(yīng)用程序的語言，除了編程方式不同外，LabVIEW具備語言的所有特性，因此又稱為G語言。LabVIEW支持的數(shù)據(jù)類型有數(shù)值型、文本型、布爾型、字符串型等，它還支持順序、循環(huán)、選擇、條件等結(jié)構(gòu)框架。在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜于任何的高級(jí)語言，同時(shí)G語言豐富的擴(kuò)展函數(shù)庫還為用戶編程提供了極大的方便[22]。 LabVIEW編程環(huán)境所有的LabVIEW程序都是由三部分組成的：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。(1)前面板前面板是虛擬儀器圖形化的用戶界面，主要用來操作儀器，提供主要的測試及測量功能、輸入設(shè)置參數(shù)、輸出數(shù)據(jù)結(jié)果等。因此虛擬儀器的前面板虛擬了真實(shí)儀器的控制面板。LabVEIW提供了按鈕、旋鈕、開關(guān)、圖表等控制，以及指針、表盤、表頭等指示器，這些控制和指示器被稱為控件，它們是LabVIEW平臺(tái)與用戶的接口界面。圖31為LabVIEW前面板上的部分控件模塊。圖31 LabVIEW的控制模板(2)框圖程序每個(gè)程序前面板都有與之對(duì)應(yīng)的框圖程序?？驁D程序用圖形編程語言編寫，可以把它理解為傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)連線組成。節(jié)點(diǎn)是VI程序中的執(zhí)行元素，類似于編程語言程序中的語句、函數(shù)或者子程序。這些節(jié)點(diǎn)都用數(shù)據(jù)連線連接，以定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向，數(shù)據(jù)只能通過連線從源端子傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)目的端子。當(dāng)連線出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，如：連線上沒有源端子，LabVEIW就會(huì)使連線變成虛線。連接不同數(shù)據(jù)類型的連線顯示上是有區(qū)別的它們具有不同的線條和顏色，比如：藍(lán)色傳輸?shù)氖钦麛?shù)，橘黃色線傳輸浮點(diǎn)數(shù)，綠線傳輸布爾數(shù)，粉紅色線傳輸字符串。圖32為LabVEIW框圖程序的部分功能模塊。圖32 LabVIEW的功能模板(3)圖標(biāo)/連接端口圖標(biāo)和連接端口可以將一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)變成一個(gè)子系統(tǒng)(子VI)，然后被其它虛擬儀器程序調(diào)用。圖標(biāo)作為子VI的直接標(biāo)記，代表該子VI中所有的前面板控件和框圖程序。連接端口描述了該子VI與調(diào)用它的VI之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入輸出端口。每個(gè)輸入、輸出端口分別與子VI前面板上的控件一一對(duì)應(yīng)，連接端口通常隱藏在圖標(biāo)中。圖33中，(a)為一個(gè)波形發(fā)生器的圖標(biāo)，(b)為此波形發(fā)生器的連接端口，其中連接端口分別有四個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口。圖33 LabVIEW的圖標(biāo)/連接端口 基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)方法利用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器的設(shè)計(jì)方法如下：(1)設(shè)計(jì)方案通觀全局，分析系統(tǒng)的功能，設(shè)計(jì)出最佳方案。(2)建立前面板。前面板的空間模塊上選出所需要的控件，放在前面板上，調(diào)整各控件位置使其界面美觀和易于操作。(3)構(gòu)建流程圖。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，從程序框圖的選板上選擇適當(dāng)?shù)目丶俑鶕?jù)邏輯的需要對(duì)各種空間進(jìn)行相關(guān)的連接。(4)模塊化和多層結(jié)構(gòu)?；贚abVIEW按照模塊化的程序設(shè)計(jì)，保證任一虛擬儀器程序既可以獨(dú)立運(yùn)行，又能