【文章內容簡介】 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，三個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，準確測量出故障點到保護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存在過相間過渡電阻，則故障點相間電壓不為零，繼電器九不能正確測量出故障點的阻抗(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保護的影響可以忽略不計[17]。 阻抗繼電器的動作特性假定電流的正方向規(guī)定是由母線指向線路，當正方向發(fā)生短路是，距離保護的測量阻抗為，它在圖24所示的阻抗復數(shù)平面中位于第一象限并與OA相重合的方向上：當發(fā)生反方向短路時，測量阻抗位于第三象限。但在實際狀況下，由于互感器誤差、故障點過渡電阻等因素，繼電器實際測量到的一般不能嚴格地落在與相同的直線上，而是落在該直線附近的一個區(qū)域中。為了保證區(qū)內故障情況下阻抗繼電器能可靠動作，在阻抗復平面上，其動作的范圍應該是一個包括對應段在內，但在的方向上不超過的區(qū)域，決定了保護范圍。當測量阻抗落在動作區(qū)域以內時，判斷為區(qū)內故障，阻抗繼電器給出動作信號；當測量阻抗落在該動作區(qū)域以外時，判斷為區(qū)外故障，阻抗繼電器不動作。這個區(qū)域的邊界就是阻抗繼電器的臨界動作邊界。一般有如下類型。圖24 阻抗繼電器動作特性說明 圓阻抗特性阻抗繼電器的動作特性有兩種不同的表達形式：一種是比較兩個量大小的絕對值；另一種是比較兩個量相位。本文采用的是絕對值比較動作方程。其動作特性如圖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。當位于圓內時(圖25(a))繼電器動作；位于圓外時(圖25(b))繼電器不動作；位于圓周上時(圖25(c))繼電器處于動作邊界。圓周（即剛能使繼電器動作的測量阻抗，亦即繼電器的動作阻抗的向量末端）的軌跡稱為繼電器的動作特性。圖25 比幅式偏移特性阻抗繼電器動作特特性只要位于圓內，則恒有 (28)而圓心坐標為 (29)則動作條件的表達式寫為 (210)當時，即為方向阻抗繼電器；當時，為全阻抗繼電器；當時，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，加設了故障方向判別元件，能夠保證正向出口短路故障時可靠動作，反向短路故障時可靠不動作。帶方向性的四邊形阻抗繼電器常用在距離保護的測量元件中。不帶方向性的四邊形阻抗繼電器主要用于保護后備阻抗測量或啟動元件中。因為四邊形阻抗繼電器阻抗特性具有反應故障點過度電阻能力強、躲負荷阻抗能力好，在微機保護中實現(xiàn)容易的特點，所以四邊形阻抗繼電器應用相當廣泛。方向性四邊形阻抗繼電器的動作特性如圖26所示，四邊形以內為繼電器的動作區(qū)，四邊形以外為不動作區(qū)。在雙電源線路上，考慮經(jīng)過電阻短路時，始端故障時的附加阻抗比末端故障時小，所以小于線路阻抗角，一般??；為了保證正向出口經(jīng)過渡電阻短路時的可靠動作，應有一定的大小，一般取值在之間；為保證被保護線路發(fā)生金屬性短路時可靠動作，可取之間；為防止保護區(qū)末端經(jīng)過渡電阻短路時可能超過范圍動作，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軸的交點)。其中，是阻抗繼電器整定阻抗中的電抗部分。整定時要躲過系統(tǒng)的負荷阻抗，其計算公式為 (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現(xiàn)距離測量、方向判別、躲負荷三種功能，如圖26所示，其動作判據(jù)如下 (212a) (212b)當上式同時滿足時，必在圖26示出的方向性四邊形抗特性內。圖26 方向性四邊形阻抗特性 振蕩閉鎖對距離保護的影響及應對措施 系統(tǒng)振蕩時電氣量變化特點電力系統(tǒng)振蕩時，電力變化的特點有：(1)系統(tǒng)振蕩時電流做大幅值變化。系統(tǒng)振蕩時，電流波形如圖27所示，電流幅值以變化，見圖27中的虛線。當時，振蕩電流為零；當時，振蕩電流幅值為，達到最大值。因此，振蕩是電流的幅值在間做周期變化，與正常運行時幅值保持不變(負荷不變時)完全不同。圖27 振蕩電流的波形(2)完全振蕩時，系統(tǒng)保持對稱性，系統(tǒng)中不會出現(xiàn)負序、零序分量，只有正序分量。在短路故障時，一般會出現(xiàn)負序或零序分量。(3)系統(tǒng)振蕩時電壓作大幅度變化。圖23系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，作出母線電壓、兩側電動勢和的相量如圖28所示。當時，；又、令，所以。于是 (215)圖28 振蕩過程和兩側電動勢、的相量當時，有，母線電壓最高；當時，由，母線電壓最低。若，則母線最低電壓為零。由此可見，當變化時，母線電壓也做大幅度變化，愈趨近，變化幅度愈大。為在保護安裝處測得振蕩中心電壓，作出振蕩電流相量如圖28所示。側測量的表達式為 (216)式中：；。(4)振蕩過程中，系統(tǒng)各點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不同，因振蕩時角不可能發(fā)生突變，其電氣量不是突然變化的，而短路故障時電氣量是突然變化的。 系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響在圖23所示的雙側電源系統(tǒng)中，假設M處裝有距離保護，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側段的動作特性如圖29所示。當振蕩中心(振蕩過程中電壓最低的一點稱為振蕩中心，振蕩中心電壓)落在母線M、N之間的線路上，變化時(在變化)，M處的測量阻抗末端，將沿圖27中的直線移動。當在范圍內時，M側測量阻抗落入動作范圍之內，其測量元件動作，其誤動作的時間段自有功角開始至功角超過結束。當振蕩中心落在本線路保護范圍之外是，距離段將不受振蕩的影響。段及段的整定阻抗一般比較大，振蕩時的測量阻抗比較容易進入其動作區(qū)，所以段及段的測量元件比較容易進入其動作區(qū)，但是，他們都帶有延時元件，如果振蕩誤動作的時間小于延時元件的延時，則保護出口不會誤動作。并不是安裝在系統(tǒng)中的所有阻抗繼電器都在振蕩時都會誤動作，但是，對阻抗繼電器在出廠時都要求配備振蕩閉鎖，使之具有通用性。圖29 振蕩對測量元件的影響 識別系統(tǒng)振蕩的常用方法故障開始時160ms內無條件開放保護，以保證正常運行下突然發(fā)生故障時能快速開放。當系統(tǒng)振蕩時，閉鎖保護。若振蕩過程中發(fā)生故障，這必須能識別故障并正確動作[1920]。 振蕩過程中不對稱短路故障的識別故障開始后160ms，若發(fā)生不對稱故障，利用負序電流、零序電流絕對值之和與正序電流絕對值間比值關系(即元件)來識別。動作方程為 (218)式中：、分別為保護安裝處正序、負序和零序電流；。這樣，系統(tǒng)振蕩時，元件不動作；正常運行時線路故障內部發(fā)生不對稱短路故障時，元件處動作狀態(tài)，開放保護，若正遇發(fā)生不對稱短路故障，則元件不動作，不開放保護，但在角偏離向趨近過程中，元件動作，開放保護，保護開放實現(xiàn)延時。 振蕩過程中對稱短路故障的識別故障開始160ms后，當系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時，保護安裝處測得的振蕩中心電壓會一直在6%以下不變；當系統(tǒng)振蕩時，會作周期性變化的。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計算，設定滿足式(217)的時間大于150ms，即可判斷為發(fā)生了三相短路故障(稱為元件)。 (219)實現(xiàn)元件，關鍵在于求的即振蕩中心電壓的值，令，則關鍵求的測量角，則可得 (220)需要說明的是，具有浮動門檻的電流突變量元件不能識別振蕩過程中的不對稱短路故障和對稱短路故障，工作是不可靠的。因為，在振蕩中心處附近發(fā)生短路故障時，故障分量電流甚小，電流突變量元件根本不啟動，開放不了保護，即使向趨近過程中，同樣因電流突變量為零，無法啟動。 本章小結本章主要介紹了三段式距離保護的作用和基本工作原理，時限特性，基本組成，重點介紹了不同接線方式的阻抗繼電器以及在系統(tǒng)振蕩時對距離保護的影響和應對措施。 第3章 LabVIEW基礎知識應用軟件開發(fā)環(huán)境是設計虛擬儀器所必須的軟件工具。通常在編制虛擬儀器軟件時，有兩種方法。一種是傳統(tǒng)的編程方法，采用高級語言，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)平臺的基本概念和編程環(huán)境[21]。 LabVIEW概述LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(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、復雜、耗時的語言編程，它簡化成用圖標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語言而設計的，LabVIEW是編程語言而不僅僅是一個軟件開發(fā)環(huán)境。作為編寫應用程序的語言，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、條件等結構框架。在功能完整性和應用靈活性上不遜于任何的高級語言，同時G語言豐富的擴展函數(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/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、輸入設置參數(shù)、輸出數(shù)據(jù)結果等。因此虛擬儀器的前面板虛擬了真實儀器的控制面板。LabVEIW提供了按鈕、旋鈕、開關、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)框圖程序每個程序前面板都有與之對應的框圖程序。框圖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)點和數(shù)據(jù)連線組成。節(jié)點是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)點都用數(shù)據(jù)連線連接，以定義框圖內的數(shù)據(jù)流動方向，數(shù)據(jù)只能通過連線從源端子傳輸?shù)揭粋€或多個目的端子。當連線出現(xiàn)錯誤時，如：連線上沒有源端子，LabVEIW就會使連線變成虛線。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：藍色傳輸?shù)氖钦麛?shù)，橘黃色線傳輸浮點數(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/連接端口圖標和連接端口可以將一個虛擬儀器系統(tǒng)變成一個子系統(tǒng)(子VI)，然后被其它虛擬儀器程序調用。圖標作為子VI的直接標記，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與調用它的VI之間進行數(shù)據(jù)交換的輸入輸出端口。每個輸入、輸出端口分別與子VI前面板上的控件一一對應，連接端口通常隱藏在圖標中。圖33中，(a)為一個波形發(fā)生器的圖標，(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輸入端口和兩個輸出端口。圖33 LabVIEW的圖標/連接端口 基于LabVIEW的虛擬儀器設計方法利用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器的設計方法如下：(1)設計方案通觀全局，分析系統(tǒng)的功能，設計出最佳方案。(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，調整各控件位置使其界面美觀和易于操作。(3)構建流程圖。根據(jù)設計的需要，從程序框圖的選板上選擇適當?shù)目丶?，再根?jù)邏輯的需要對各種空間進行相關的連接。(4)模塊化和多層結構?；贚abVIEW按照模塊化的程序設計，保證任一虛擬儀器程序既可以獨立運行，又能