【正文】 33 致謝 ..................................................................................................................... 34 附錄 ..................................................................................................................... 35 第 1 章 緒論 課題背景 隨著時代的不斷發(fā)展人們對電能的需求不斷提高也對電能的質(zhì)量要求也越來越高。 繼電保護對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運 行起著至關(guān)重要的作用。因此，學習和掌握三段式距離保護的有關(guān)知識是我們必須做到的。有很多公司開發(fā)了微機保護實驗裝置。倘若用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，將其應用在實踐中，則不僅能克服上述傳統(tǒng)儀器的缺點，還有易于實現(xiàn)技術(shù)更新，易于網(wǎng)絡化，能充分利用現(xiàn)有的軟硬 件資源，自動化、智能化程度高，功能齊全，價格相對便宜等優(yōu)點。 繼電保護概述 電力系統(tǒng)由發(fā)電機、變壓器、母線、輸配電線路及用電設備組成?？赡墚a(chǎn)生嚴重的后果如：由于電流很大會使故障元件損壞，或者縮短他們的使用壽命；部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或 影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量；破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至整個系統(tǒng)瓦解。切除故障的時間常常要求小到十分之幾甚至百分之幾秒。這個裝置知道目前為止，大多由單個繼電器或繼電器與其附 屬配置的組合構(gòu)成，故稱為繼電保護裝置。 繼電保護裝置，就是指反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。 （ 2） 反應電器元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。 完成繼電保護所負擔的任 務，應該要求他能夠正確的區(qū)分系統(tǒng)正常運行與發(fā)生故障或不運行狀態(tài)之間的差別。 測量部分 測量部分是測量從被保護對象輸入的有關(guān)電氣量，并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出 “是 ”、 “非 ”； “大于 ”、 “不大于 ”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該啟動。 執(zhí)行部分 執(zhí)行部分使邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所負擔的務。 對電力系統(tǒng)的基本要求有四個，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 快速的切出故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下工作的時間，以及縮小故障元件的損壞程度。 保護裝置的靈敏性，是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時或不正常運行狀態(tài)時的反應能力。 保護裝置的可靠性是指該保護裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了他該動作的故障時，他不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不應動作的情況下，則不應該誤動作。每個設備都有其特有的運行特性和故障時的工作行為。繼電保護是一門理論和實踐并重的學科。 繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。從 20 世紀 50 年代到 90年代末，在 40 余年的時間里，繼電保護技 術(shù)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：從電磁式保護裝置到晶體管式繼電保護裝置，到 集成電路繼電保護裝置，再到微機繼電保護裝置。 20 世紀 50 年代，我國在引進并消化了國外先進的電磁式繼電器制造技 術(shù)的基礎(chǔ)上，完成了我國的電磁型繼電保護裝置的設計和制造，其主要是由各個電磁型繼電器組成，這階段在保護的理論上也有了較大的發(fā)展，建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。自 20 世紀 50 年 代末，我國已經(jīng)進行了晶體管繼電保護的研究工作，到 20 世紀 70 年代，晶 體管保護進入了一個廣泛運用的時間，特別是對 110kV 以上線路的線路保從三個階段來看，由于我國電力工業(yè)發(fā)展 (特別是在 20 世紀 90 年代初期 )較慢的問題，造成了三個階段的繼電保護裝置并列使用的局面，由于繼電保護專業(yè)人員素質(zhì)差距較大，造成保護裝置的不正確動作也較多。至此，各種不同原理、性能優(yōu)良、功能齊全、可靠性高的微機保護裝置已全面運用在電力系統(tǒng)中，可以這樣說從 20 世紀90 年代后期起，我國電力系統(tǒng)的繼電保護已進入了微機保護時代 ［ 9］ 。他利用高性能的模塊化集成概念和方法，結(jié)合軟件設計平臺高效、簡便的程序編譯功能，依據(jù)用戶各類特殊需求創(chuàng)建出人機對話界面，實現(xiàn)并取代各類特殊、昂貴的測試儀器的功能，目前已成為測試理論和應用試驗研究的重要支撐。虛擬儀器技術(shù)給儀器設計者和儀器用戶一個充分 發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設計出自己的系統(tǒng)，以滿足多種多樣的應用需要。由于它以軟件為核心，主要依靠軟件來實現(xiàn)儀器系統(tǒng)的功能，因此虛擬儀器系統(tǒng)的體積小，生產(chǎn)成本低，開發(fā)與生產(chǎn)周期短，智能化功能強，產(chǎn)品的技術(shù)性能好，利潤率高。 LabVIEW 是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，在工業(yè)測量和控制領(lǐng)域中掀起了一場變革。虛擬儀器是計算機技術(shù)和儀器技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，代表了儀器儀表的發(fā)展方向。 虛擬儀器是信息技術(shù)的一個重要領(lǐng)域，對科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn) 生不可估量的影響 。目前，它己具有 GPIB， DAQ， VXI， PXI四種標準體系結(jié)構(gòu)。在世界財富 500強中的制造業(yè)商，有 95﹪都采用了虛擬儀器技術(shù)。虛擬儀器將在航天、航空、通信、醫(yī)療、電力、石油、鐵路等行業(yè)普及及應用。 國內(nèi)外發(fā)展狀況 虛擬技術(shù) ,計算機通信技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)是信息技術(shù)最重要的組成部分，它們分別被稱為 21 世紀科學技術(shù)中的三大核心技術(shù)。虛擬儀器在美國發(fā)展的十分迅速，相繼推出了總線系統(tǒng)多達數(shù)百個品種的虛擬式儀器。從90 年代中期以來，國內(nèi)的許多大學和公司都致力于研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品。 虛擬儀器技術(shù)的意義 ，開發(fā)人員大大節(jié)省了編程時間和精力。 ，因此，可以根據(jù)不同的測量要求，設計出新的數(shù)據(jù)采集、分析和 表達方案。因此，擁有一臺虛擬儀器系統(tǒng)，就相當于擁有一個個人實驗室 . 、開放性的特點，因此，現(xiàn)有的設備儀器可以很容易地進行聯(lián)網(wǎng)，這便于提高儀器的自動化程度以及實現(xiàn)儀器的遠程測控和網(wǎng)絡化 。 目 前，大量的實驗設備仍采用傳統(tǒng)儀器，雖然試驗方法相對簡單，但需要的儀器繁多，連線復雜，占地面積大，儀器的更新?lián)Q代需要大量的資金。 本課題的研究內(nèi)容 本文的研究對象是基于虛擬儀器的三段式距離保護。 其次，介紹了虛擬儀器的一些基本的知識和用法。 最后，進行基于虛擬 儀器的距離保護試驗系統(tǒng)開發(fā)。 第 2 章 電網(wǎng)的距離保護 距離保護的基本概念 由于電流保護的各種特點，在 35KV 及以上電壓的復雜網(wǎng)絡中，他們都很難滿足選擇性、靈敏性以及快速切除故障的要求。距離保護就是適應這種要求的一種保護原理。該裝置的主要元件為距 離繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點之間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。 距離保護的時限特性 距離保護的動作時間與保護安裝地點至短路點之間距離的關(guān)系 t=f(l),稱為距離保護的時限特性。 A2B1CdZ a b + z dz dt 1t 2t 3t 1t 2Z ’ d z ? 2Z ’ d z 1Z ” d z 1Z ” d z 2 距離保護的第 I 段是瞬時動作的， t1是保護本身的固有動作時間。 2考慮到阻抗繼電器和電流和電壓互感器的誤差，需引入可靠系數(shù) KK ，則 Zdz39。 (～ )ZAB （ 21） 同理對保護 1 的第 I 段整定值應為 Zdz39。 (～ )ZBC （ 22） 如此整定后，距離 I 段就只能包括本線路全長的 80％～ 85％，這是一個嚴重缺點。 距離第 II 段整定值的選擇是相似與電流速斷的，即應使其不超出下一條線路距離 I 段的保護范圍，同時帶有高出一個 t 的時限，以保證選擇性。 139。 =[ZAB +(～ ) ZBC ] （ 24） 距離 I 段與 II 段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的主保護。 對距離 III 段整定值的考慮是與過電流保護相似的，其起動 阻抗要躲開正常運行時的負荷阻抗來選擇，而動作時限使其比距離 III 段保護范圍內(nèi)其他各個保護的最大動作時限高出一個 Δt。 阻抗繼電器按其構(gòu)成方式可分為單相式和多相式兩種。當測量阻抗 ZJ 位于園內(nèi)時繼電器動作，即園內(nèi)為動作區(qū)，圓外不動作區(qū)。具 Zzd 有這種動作特性的繼電器稱為全阻抗繼電器，它沒有方向性。當加入繼電器的 UJ 和 IJ 之間的相位差 φ 為不同數(shù)值時，此種繼電器的起動阻抗也將隨之改變。用 ?lm 表示。 當反方向發(fā)生故障時，測量阻抗 Zj 位于第三象限，繼電器不能動作，因此它本身具有方向性，故稱之為方向阻抗繼電器 ［ 1］ 。 ?J =argIUJJ （ 26） （ 2） 整定阻抗 Zzd ：一般取繼電器安裝點的到保護范圍末端的線路阻抗。 方向阻抗繼電器： 在最大靈敏角方向上圓的直徑。 阻抗繼電器的測量阻抗時受很多因素影響的。 阻抗繼電器的接線方式 對接線方式的基本要求： 正比于短路點到安裝地點之間的距離。 當阻抗繼電器加入的電壓和電流為 UAB 和 IA IB 時，我們稱之為 “0”接線，為 U 和 I 時稱為 “+30”接線 ［ 1］ 。設短路點到保護安裝地點之間的距離為 LKm,線路每千米的正序阻抗為 Z1 歐姆，則保護安裝地點的電壓 Z1 應為 UAB =UA UB =IA Z1 l —IB Z1 l =(IA —IB )Z1 l （ 27） 因此，在三相短路時，繼電器 J 的測量阻抗為 ZJ1 =IIU BA AB?=Z1 l （ 28） 在三相短路時 ,三個繼電器測阻抗均等于短路點到安裝地點之間的阻抗，三個繼電器均能動作。 在 AB 兩相短路的情況下，對繼電器 J2 和 J3 而言，由于所加電壓為非故障相間的電壓，數(shù)值 UAB 較高，而電流又只有一個故障相的電流，數(shù)值較（ IA IB ）為小，因此，其測量阻抗必然大于上式的數(shù)值，也就是說它們不能正確測量保護安裝地點到短路點的阻抗，因此，不能動作。同理，分析 BC 和 CA 兩相短路可知，相應地只有 J2 和 J3 能準確地測量到短路點的阻抗而動作。 仍以 AB 相故障為例，它與兩相短路不同之處是地中有電流流回，因此，IA ≠IB . 此時，我們可以把 A 相和 B 相看成兩個 “導線 —地 ”的送電線路并有互感耦合在一起，設用 ZL 表示輸電線每千米的自感阻抗， ZM 表示每千米的互感阻抗，則保護安裝地點的故障相電壓為 UA =IA ZL l +IB ZM l （ 211） UB =IB ZL l +IA ZM l （ 212） 因此，繼電器 J 的測量阻抗為 ZJ1 =IIU BA AB? Ic Ib Ia L A B C Z 23 AB 兩相短路時測量阻抗的分析 =(ZL —ZM )l =Z1 l （ 213） 由此可見，當發(fā)生 AB 兩相接地短路時， J1 的測量阻抗與三相短路相同，保護能夠正確動作 ［ 1］ 。例如，在三相短路時， U=U=U=0,AB 兩相短路時， U=0 等等。 為減小和消除死區(qū)，可以采用以下方法： 它是由一個 R， L， C 組成的工 頻串聯(lián)諧振電路。借助諧振， Up 在一定時間內(nèi)逐漸衰減，其相位保持原先的相位不變。 Q 值 50HZ 帶通有源濾波器。 IR 主要由 UAB 產(chǎn)生，第三相電壓基本上不起作用。但 Up 將 逐漸衰減到零，此時第三相電壓的作用將表現(xiàn)出來。 I 段的整定 一般按躲開下一條顯露出口出短路的原則來確定，在一般線路上，可靠系數(shù)取 。39。 =KK (ZAB +Kfz Zdz39。 ) （ 214） 式中可靠系數(shù) KK 一般采用 ； Kfz 應采用當保護 1 第 I 段末端短路時，可能出現(xiàn)的最小數(shù)值。39。 =KK (ZAB +Kfz Zb) （ 215） 式中與變壓器配合是的可靠系數(shù)，一般采用 KK =。由于是反應于數(shù)值下降而動作，其靈敏系數(shù)為 Klm = 值短路時故障阻抗的計算保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性 保護裝置的動作阻抗 一般要求