电力系统继电保护整定计算系统的研究

电力系统继电保护整定计算系统的研究

姓名：郑静申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化

指导教师：万秋兰

20030301

东南大掌硕士掌位论文摘要继电保护整定计算是继电保护工作的一项重要内容，对于高压电网的继电保护装置，在系统发生故障时，应满足速动性、选择性、灵敏性和可靠性的要求，其中除可靠性的要求应由保护装置本身来完成外，其它三项要求应由继电保护的整定计算来满足。随着现代电力系统的迅速发展，电网规模日益扩大，继电保护整定计算的工作量越来越大，复杂程度也越来越高，所以需要一套成熟的整定计算软件，来完成继电保护的整定计算、定值管理以及图形与参数管理。使从事保护整定工作的科技人员从烦琐的重复劳动中出来，并提高整定工作效率。本论文所研发的继电保护整定计算软件包括网络绘图模块，计算模块以及数据库管理模块。１．网络绘图模块是一个面向对象的电网绘图工具，性能优良且操作方便。绘图界面模仿ｖｉｓｉｏ功能，具有图形工具箱，提供变压器、输电线路、母线等电气元件模型，电气元件的设备参数与数据库相关联，可以在图形上进行电气元件参数的修改和补充。输入系统接线图后，通过菜单操作自动生成系统的网络拓扑关系，网络拓扑分析结果用数据库管理，为短路电流和整定计算作准备。２．计算模块是本系统的核心处理模块，包括潮流和短路电流计算、保护定值计算以及定值校核计算。短路电流计算是继电保护整定计算的基础，在整定计算中需要很频繁的调用短路电流计算程序，该模块可以对电网的各种简单故障和复杂故障进行计算。保护定值计算是本论文最主要的部分，本系统根据《２２０ｋｖ’５００ｋＶ电网继电保护装置运行整定规程》，可以进行零序电流保护、接地距离保护、相间距离保护以及高频保护的整定计算。本文采用了函数依赖的方法来获得继电保护整定计算起始点一一断点。同时也可以获得整定顺序矩阵。在复杂电网中，该方法比通常的图论更加快速，而且程序实现更加简单。定值计算主要是从可靠性出发，除了保证可靠性外还需要有足够的灵敏度，这就需要进行定值校核。一般在最大方式下进行定值计算．而在最小方式下校验保护的灵敏度。３．数据库管理模块既是一个相对的系统，同时又是整个保护整定管理系统的有机组成部分。本系统中元件的原始参数用数据库来管理，阿络拓扑分析结果也写入到数据库中，包括支路信息、发电机信息、负荷信息以及Ｐｖ节点信息，作为潮流计算和整定计算的数据源。另外，整定计算的定值库也用数据库管理，对于系统的管理、维护和进一步扩展带来极大的方便。通过本课题的研究，提供了一套具有很强实用价值的输电网继电保护整定计算软件，该软件具有友好的人机界面和方便的操作特性，能够广泛地应用于输电网的继电保护整定计算和电网电气参数及保护定值等方面管理。关键字：继电保护，整定计算，网络拓扑，断点，函数依赖东南大掌硕士学位论文Ａｂｓｔｒａｃｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ｈｅｎｒｅｑｕｅｓｔｓａｒｅＲｅｌａｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｉｓｐｏｗｅｒａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｒｅｌａｙｔｈｅｒｅｉｓｆａｎｌｔｉｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｌａｙｓｈｏｕｌｄｗｏｒｋｆａｓｔ、ｓｅｌｅｃｔｉｒｅｌｙ、ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｌＹａｎｄｒｅｌｉａｂｌｙ．Ｏｎｌｙｓｅｔ，ｔｈｅｏｔｈｅｒｔｈｒｅｅｆｕｌｆｉｌｌｅｄｂｙｒｅｌａｙｒｅｌｉａｂｌｙｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄｂｙｒｅｌａｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｇｒｅａｔｅｒ，ａｎｄｅｎｌａｒｇｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ．Ｔｈｅｗｏｒｋｌｏａｄｏｆｒｅｌａｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｇｒｅａｔｅｒａｎｄｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｅｔｐｅｏｐｌｅｅｎｇａｇｅｄｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄｆｒｅｅｆｒｏｍｔｈｅｉｒｂｏｒｉｎｇｗｏｒｋａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｉｓｍａｔｕｒｅｓｅｔｔｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄｔｏａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｔｈｅｒｅｌａｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ、ｒｅａｎｌｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｍｓｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ：ｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｐｌｏｔｍｏｄｕｌｅ、ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｄａｔａｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ．１．ＴｈｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｐｌｏｔｍｏｄｕｌｅｉｓｃａｎａｎＯｂｊｅｃｔＯｒｉｅｎｔｅｄｔｒａｃｅｒｏｆｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｈｉｃｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｄｈａｎｄＩｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｐｌｏｔｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｆｔｍｃｔｉｏｎｏｆｈａｓｖｉｓｉｏ，ｗｈｉｃｈｂｕｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｇｒａｐｈｔｏｏｌｂｏｘ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅａｎｄｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｈｅｕｓｅｒｃａｎｍｏｄｉｆｙａｎｄｍａｋｅｕｐｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｎｔｈｅｇｒａｐｈ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｗｉｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍｍｅｎｕｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｐｕｔ，ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｃｒｅａｔｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｔｈｏｕｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｍａｎａｇｅｄｂｙｄａｔａｂａｓｅ，ｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｓｈｏｒｔｃｕｒｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．２．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｉｓｔｈｅｃｏｒｅｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｏａｄｆｌｏｗａｎｄｓｈｏｒｔｃｕｒｒｅｎｔｃａｌｅｕｌａｔｉｏｎ、ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｅｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｈｅｃｋｏｕｔｏｆｒｅｓｕｌｔ．Ｓｈｏｒｔｃｕｒｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｉｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｉｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌｅｓｈｏｒｔｃｕｒｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａ１１ｋｉｎｄｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｕｌｔａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｆａｕｌｔ．Ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｂａｓｅｄｏｎ“Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆ２２０ｋＶ‘。５００ｋＶｓｏｆｔｗａｒｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｒｅｌａｙｓｅｔｔｉｎｇ”，ｔｈｉｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ、ｇｒｏｕｎｄｄｉｓｔａｎｃｅｃａｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｚｅｒｏ—ｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ、ｐｈａｓｅｄｉｓｔａｎｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｒｒｉｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｉｓｕｓｅｄｐｏｉｎｔ，ａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｔｏｇｅｔｔｈｅｓｔａｒｔｐｏｉｎｔｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ－－ｂｒｅａｋｍａｔｒｉｘｉｓｆｏｕｎｄ．ＩｎｃｏｍｐｌｅｘｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｆａｓｔｅｒｗａｙｔｈａｎｇｒａｐｈｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｉｎｔｈｉｓＢｅｓｉｄｅｓｔｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｎｏｕｇｈｉｓｓｉｍｐｌｅ．ｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄ，ｓｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃｈｅｃｋｏｕｔｏｆｒｅｓｕｌｔｍｏｄｅｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｇｅｎｅｒａｌｓｐｅａｋｉｎｇ，ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｈｅｃｋｏｕｔｕｎｄｅｒｔｈｅｌｅａｓｔｍｏｄｅ．３．Ｔｈｅｄａｔａｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅｉｓａｍｏｓｔａｎｄｎｏｔｏｎｌｙａｒｅｌａｔｉｖｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｂｕｔａｌｓｏｐａｒｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅ．Ｉｎｔｈｅｐａｃｋａｇｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｍａｎａｇｅｄｂｙｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｉｎｐｕｔｉｎｔｏｄａｔａｂａｓｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｒａｎｃｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ｌｏａｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＰＶｎｏｄｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｓｄａｔａｓｏｕｒｃｅｏｆｌｏａｄｆｌｏｗａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｉｓｂｙｄａｔａｂａｓｅａｌｓｏ．Ｄａｔａｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍａｎａｇｅｄｂｒｉｎｇｓｇｒｅａｔｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅａｈｏｕｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｅｎｌａｒｇｅｍｅｎｔｏｆｓｙｓｔｅｍ．东南大掌硕士学位论文Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ａｓｅｔｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｓｏｆｔｗａｒｅａｐｐｌｉｅｄｂｅｗｉｄｅｌｙｉｎｒｅｌａｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ、ｐａｒａｍｅｔｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｂｒｅａｋｐｏｉｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：立ｐ卜日期：盟关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。签名：—筮阻导师签名：』互』ｔＬ日期：盟东南大学硕士学位论文第一章绪论１．１计算机辅助继电保护整定的原理１．１．１电力系统继电保护的作用电力系统在运行过程中，可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式，这些都可能在电力系统中引起事故，从而破坏电力系统的正常运行，降低电力设备的使用寿命，严重的将直接破坏系统的稳定性，造成大面积的停电事故。为此，在电力系统运行中，一方面要采取一切积极有效的措施来消除或减小故障发生的可能一陛；另一方面，当故障一旦发生时，应该迅速而有选择地切除故障元件，使故障的影响范围尽可能缩小，这一任务是由继电保护与安全自动装置来完成的。电力系统继电保护的基本任务在于：１．有选择地将故障元件从电力系统中快速、自动切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行。２．反应电气元件的异常运行工况，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。３．根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。由此可见，继电保护实际上是一种电力系统的反事故自动装置。它是电力系统的一个重要组成部分，尤其对于超高压，超大容量的电力系统，继电保护对保持电力系统的安全稳定运行起着极其重要的作用。１．１．２继电保护的原理和构成电力系统各元件都有其额定参数（电流、电压、功率等），短路或异常工况发生时，这些运行参数对额定值的偏离超出极限允许范围，对电力设备和电力系统安全运行构成威胁。故障的一个显著特征是电流剧增，继电保护的最初原理反应电流剧增这一特征，即熔断器保护和过电流保护。故障的另一特征是电压锐减，相应有低电压保护。同时反应电压降低和电流增大的～种保护为阻抗（距离保护），它以阻抗降低的多少反应故障点距离的远近，决定保护的动作与否。随着电力系统的发展，电网结构日益复杂，机组容量不断增大，电压等级也越来越高，对继电保护的要求必然相应提高，要求选择性更好，可靠性更高，动作速度更快。因而促进了继电保护技术的发展，使保护的新原理、新装置不断问世。一般来说，继电保护装置包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，与给定的整定值相比较，决定保护是否动作。根据测量部分备输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定保护应有的动作行为，由执行部分立即或延时发出警报信号或跳闸信号。１．１．３继电保护整定计算的基本任务及步骤继电保护整定计算是继电保护工作的一项重要内容，在系统发生故障时，继电保护装置应满足速动性、选择性、灵敏性和可靠性的要求，其中除了可靠性的要求应由继电保护装置本身来完成外，其他三项要求应有继电保护的接定计算来满足，使当电力系统任一地点发生故障时ｔ能够迅速、可靠、有选择性地切除故障元件，尽可能缩小事故影响的范围，使电力系统能够迅速地恢复正常运行。继电保护整定计算的基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值，而对电力系统中的全部继电保护来说，则需编制出一个整定方案。继电保护整定计算的基本任务，就是对各种继电保护给出整定值；而对电力系统中的全部继电保护来说，则需编制出一个整定方案。整定方案通常可按电力系统的电压等级或设备来编制，还可第ｌ页东南犬学硕士学位论文咀按继电保护的功能划分成小的方案分别进行。例如，一个２２０ｋＶ电网的继电保护整定方案，可分为相间距离保护方案、接地零序电流保护方案、重合闸方案、高频保护方案、设备保护方案等。这些方案之间既具有相对的性，又有一定的配合关系。进行整定计算的步骤大致如下：（１）按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件。（２）进行短路故障计算。（３）按同一功能的保护进行整定计算，如按距离保护或按零序电流保护分别进行整定计算，选取出整定值，并做出定值图。（４）对整定结果进行比较，重复修改，选出晟佳方案。最后归纳出存在的问题，并提出运行要求。（５）画出定稿的定值图，并编写整定方案说明书。１．２继电保护整定计算的研究与发展状况ｍｍ”。”。目前，在我国各大电网继电保护整定过程中，计算机的应用还比较少．其主要工作还是由人工来完成的。继电保护整定计算时，一般先对整个电网进行分析，确定继电保护的整定顺序以及各继电器之间的主／从保护顺序，然后应用计算机进行故障计算．按照继电保护的整定规程，在考虑了各种可能发生的故障情况下，获取保护的整定值，同时应注意到各继电器之间的配合关系，以保证继电保护的速动性、选择性和灵敏性的要求。随着电网的规模不断扩大，电网的结构日趋复杂，需要耗费大量的人力、物力对整个电力网络进行分析计算，因此电力运行部门迫切要求能够应用计算机来进行继电保护的整定计算。应用计算机来进行继电保护整定计算的尝试始于本世纪六十年代初，最初的研究主要致力于离线状态下对保护进行整定。在这一阶段，需要将整定或较核的继电器按顺序输入程序，程序按输入的顺序顺次进行整定计算。这些研究仅仅停留在理论阶段，未与实际工作相联系。同时，在软件运行时，还需要用户作大量预处理工作。所以实际上并未在电力系统中得到应用。１９６９年Ｋｎａｂｌｅ提出获得继电保护整定顺序的计算机方法，在该方法中定义了继电保护整定计算的起始点为断点（Ｂｒｅａｋｐｏｉｎｔ，简称ＢＰ点）。１９８０年左右，Ｄｗａｒａｋａｎａｔｈ和Ｎｏｗｉｔｇ应用了图论的方法来获得断点，在他们的论文中还给出获得简单回路矩阵和相对顺序矩阵（ＲｅｌａｔｉｖｅＳｅｑｕｅｎｃｅＭａｔｒｉｘ，简称ＲＳＭ矩阵）的图论方法。后来有学者在此基础上发展了一整套的图论算法来获得简单回路矩阵、断点集、相对顺序矩阵以及主／从保护对集，这些算法为复杂电网的继电保护整定计算提供了理论基础。但是随着网络复杂度的提高，系统每增加一条线路，都有可能使网络中简单回路数迅速增长。从而使运算次数以指数次增长。本文采用了函数依赖的算法，取得整定计算的断点以及相对顺序矩阵，提高了程序执行的速度，并提高了整定计算的效率。１．３继电保护整定计算的实现本论文所研制的软件采用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋编制，根据电力系统继电保护整定规程，结台继电保护原理和运行分析理论，并在整定方案的拓扑分析中引入函数依赖的算法，具有良好的人机界面。用户只要在输入电气接线图的同时输入元件参数，选择保护类型，就可以得到不同运行方式下的整定计算结果。系统的参数（包括输电线、变压器和负荷等的信息）以及整定结果通过数据库管理，使系统更面向用户，功能更强大。该课题的主要研究内容如下：１．３．１．网络参数管理系统数据库管理系统是使用ＯＤＢＣ，对计算中所需要的各种参数和计算数据进行管理。继电保护整定计算所需的参数比较多，涉及到电力网结构参数（包括线路、变压器、发电机和负荷等的参数）、嗣第２页东南大学硕士学位论文络拓扑联系信息，网络参数的建立、修改、查询等功能的实现方便。１．３．２．继电保护整定计算模块该模块主要分为四个部分，依次为网络拓扑分析、潮流计算程序、短路电流计算程序和继电保护整定程序，如图１．１为该模块的计算流程。图１．１整定计算流程１．网络拓扑分析该程序有较好的人机界面，可以方便的输入网络接线图，然后对图形的各个元件的连接关系进２．潮流计算程序将网络拓扑分析的数据从数据库中读出，作为潮流计算的初始信息。该潮流程序采用牛顿一拉３．短路电流计算程序短路电流计算程序是继电保护整定计算的基础，在继电保护整定计算中占有重要的地位。该程４．继电保护整定计算程序继电保护整定计算程序是在短路电流计算的基础上开发的，是本论文的主要内容。一般的高压综上所述，本论文主要完成了以下的工作：１．在阅读了大量国内外计算机辅助继电保护整定计算文献的基础上，结合继电保护整定计算的２．根据《电力系统继电保护规程规定汇编》（第二版），针对方向型零序电流保护，接地距离保护３．初步探讨了高频保护整定计算的原理和实现方法。４．实现了图形化的继电保护整定计算和数据库管理功能。第３页行分析，包括对支路、发电机、负荷以及Ｐｖ节点的分析，分析结果全部输出到数据库中。夫逊法进行计算，具有较高的精度和运算速度。序从潮流计算结果中取得信息，可以对高压电网的各种简单故障和复杂故障进行计算，具有较好的人机界面。输电线路都配有双高频保护、相间距离、接地距离和零序电流等后备保护。高频保护一股由相差高频和高频闭锁构成，也有一些线路上使用了方向高频、高频距离以及微机保护。相差高频和方向高频保护往往作为主保护ｌ，高频闭锁和高频距离保护作为主保护２，零序电流、相间距离以及接地距离保护为后备保护，由于并非所有的线路上都装有接地距离保护，使得某些电路的接地距离保护需要与相邻线路的零序电流保护相配合，所以零序后各保护包括零序电流保护和接地距离保护。由于高频保护的整定计算比较简单，各相邻保护之间不存在相互配合的关系，所以本论文将对相邻元件间存在配合关系的零序后备保护和相间后备保护进行探索，这是本文的重点。实际过程，采用了函数依赖的算法，迅速获得继电保护整定计算的起始点和相关顺序矩阵，并能保证继电保护整定计算的可靠性。和相间距离保护的基本原理，实现了这三种保护整定计算的计算机整定。东南大学硕士学位论文１．４本章小结本章介绍了继电保护的原理及其计算机整定Ｔ作的发展状况，指出了开发完整的继电保护整定计算程序的必要性，同时提出了不采用常用的图论方法获得继电保护整定计算的起点，而采用函数依赖算法。本章对继电保护整定计算程序作了一个总体概述，并阐述了其中各主要模块的功能，以及本论文完成的工作。第４页东南大学硕士学＆论文第二章函数依赖算法在继电保护整定计算中的应用２．１概述断点集是继电保护整定计算的起点，对于简单网络，整定起始点可直接由人工确定。然而现代电力系统总是具有多个环网的大规模复杂网络，其中的方向保护往往处于多个环路之中，完全依靠人工选择断点是非常困难的，也难以保证得到最优的断点集。对于定时限的继电保护而肓，虽然整定计算的最后结果与断点的选取无关，但一组比较少的断点可以大大减小整定计算的工作量。如果整定起始点选择不当，则可能使全网配合收敛速度缓慢，还可能影响全网保护动作的快速性和灵敏性。为此，在复杂环网的整定计算中，选取断点就成为继电保护整定计算的主要任务之一。对获得断点集的方法有两个要求，一是要求获得尽可能少的保护整定计算的起始点，另外由于断点的选择对整定计算的结果没有任何影响，所以要求能比较快地获取断点集。国内外许多学者基于图论方法，对复杂环网中方向电流保护和距离保护摄优整定配合问题进行研究，一般首先用深度优先搜索，回溯法（ＤｅｐｔｈＦｉｒｓｔＳｅａｒｃｈ／ＢａｃｋＴｒａｃｅ．简称ＤＦＳ／ＢＴ法）获得图的全部简单回路，用布尔代数法获得环网的最小断点集。随着网络复杂度的提高，每增加一条线路，都有可能使网络中简单回路数迅速增长，从而使运算次数以指数次增长，所以这种算法呈指数阶复杂性。本文应用了函数依赖的算法，函数依赖是数据库系统中的一个概念。在电力系统继电保护中作为后备保护的方向过流和距离保护依赖于所有的主保护，所以保护之间的配合关系可以用一系列函数依赖关系来表示。在整定计算中采用函数依赖算法不需要求取网络的简单回路，比图论算法更快速有效，该算法呈多项式阶复杂性。２．２最小断点集（ＢＰＳ）和相关顺序矩阵（ＲＳＭ）在继电保护中除了高频保护之外，其余的保护都要与相邻段的保护配合，因此就形成了若干个主一从保护对。同一个保护在某些主一从保护配对中作为主保护，而同时又在另一些保护对中作为后备保护。假设在一个环网中依次有保护ｒｌ，ｒ２，…，ｒｍ，而相应的主一从保护配对为（ｒｌ，ｒ２），（ｒ２，ｒ３），…（玎ｍ．１），ｒｍ），（ｒｒａ，ｒ１），即保护ｒｌ要和ｒ２配合，ｒ２和ｒ３配合，…，ｒ（ｍ一１）要和ｒ／ｌｌ配合，ｒｍ又耍和ｒｌ配合，从而使得ｒ１，ｒ２，…，ｍ之间的配合陷入一个死循环。因此，在整定计算中要选择某一保护作为整定的起点，使环网在该点解环后环网中方向保护的配合跟辐射网络中一样。在复杂网络的整定计算中首先要确定断点集０３ＰＳ）ＢＡＮ相关顺序矩阵（ＲＳＭ），下面对这两个定义进行描述：所谓断点集饵ｐｓ），即是这样的保护集合，若将集合中的每个保护所保护的线路在保护安装处断开．则环网的所有有向回路都变成开路，环网解环成辐射网。最小断点集就是包含保护数目最少的断点集。相关顺序矩阵（ＲＳＭ），也就是整定的顺序表，它可以根据断点集ＢＰＳ以及各个保护之间的配合关系来确定。ＲＳＭ是一个列向量，该向量的每个元素都是保护集合Ｓ的一个子集，且它们之间是互不相关的。ＲＳＭ可以按照如下步骤确定：１．将断点集Ａ作为ＲＳＭ矩阵的第一个元素；２．第二个元素Ｂ从集合（ｓ．Ａ）中选取，Ｂ中的元素所代表的保护仅仅为Ａ中主保护保护的后备保护，并且不是（ｓ．Ａ）中元素对应的保护的后备保护：３．重复第二步．且用０３＋Ａ）代替Ａ，直到Ｓ－－Ａ为空。如果在整定计算中我们选取的起始点不是一个断点集０３ＰＳ），则该起始点所对应的相关顺序矩阵ＲＳＭ就不会包括系统中所有的保护，我们就不能对所有的保护进行整定，因此获得ＢＰＳ和ＲＳＭ是第５页东南大学硕士学位论文整定计算中的重要环节。而断点集中元素的个数也决定了整定计算的速度，断点集中元素个数越少计算的时间就越短，所以最小断点集的计算为整个算法的核心，也是计算量最大的部分。２．３函数依赖算法用于最小断点集的计算”７Ｍ２踟２．３．１函数依赖的概念函数依赖是数据库系统中的一个概念。在一组数据中每个数据具有一定的属性。函数依赖（ＦＤ）就是描述的这些属性之间的一种关系，用表达式：Ｆ：（Ａｉ，Ａｊ，…，Ａｋ）÷ＡＶ来表示，其中以４，…，Ａｋ的属性决定了Ａｖ的属性。将以上的概念应用于继电保护整定计算中，网络中含有ｎ个方向保护ｒｌ，…，ｒｎ．它们彼此间存在主后备配合依赖关系，则这些保护的函数依赖关系就来自于它们的主后备配合关系，可用关系代数中函数依赖的概念表示：例如，如果ｒｖ同时为三个保护配对（ｎ，ｒｖ），（日，ｒｖ），（ｒｋ，Ⅳ）中的后备保护，则元素ｒｖ的属性由ｒｉ，ｒｊ，ｒｋ共同决定．它们的函数依赖表达式为：ｆ：（ｒｉ，ｒｊ，ｒｋ）哼ｒｖ。如果系统有ｎ个保护，每个保护都作为其它某些保护的后备保护，则按照上述方法就可以产生ｎ个函数依赖表达式。ＡＢＣＤＥ图２．１环网示例图２．１有１１个保护装置，其中的主一从保护配对有（ｒ１，ｒ３），（ｒ２，ｒ１１），（ｒ３，ｒ６），（ｒ３，ｒ７），（ｒ３，ｒ８），（ｒ４，ｒ２），（ｒ４，币），（ｒ５，ｒ２），（ｒ５，ｒＴ），（ｒ５，ｒ８），（ｒ６，ｒ４），（ｒ６，ｒ８），（ｒ７，ｒ５），（ｒ８，ｒｌＯ），（ｒ９，ｒ４），（ｒ９，ｒ７），（ｒｌＯ，ｒＯ，（ｒｌ１，ｒ９），相应的函数依赖表达式如下：ｆｌ：（ｒ１０１—》ｒｌｆ２：（ｒ４，ｒＳ）一ｒ２ｆ３：（ｒ１）－－＞ｒ３ｆ４：（ｒ６，ｒ９）＿ｒ４ｆ５：（ｒ７）＿ｒ５ｆ６：（ｒ３，ｒ４）一ｒ６ｆ７：（ｒ３，ｒ５，ｒ９）一ｒ７ｆ８：（ｒ３，ｒ５，ｒ６）斗ｒ８ｆ９：（ｒ１１、—｝ｒ９ｆ１０：ｆｒ８、斗ｒ１０ｆ１１：（ｒ２）＿ｒ１１２．３．２用函数依赖算法判断一个集合是否为断点集在一个包含１１个保护的集合Ｓ中，Ａ为其一子集，函数依赖表达式Ｆ为ｆｐ：（ｒｉ，ｒｊ，．－－，ｒｋ）斗ｒｐ第６页东南大学硕士学位论文ｐ＝１，２，…，ｎ。如果ｒｐ为Ａ的元素，而ｒｐ跟本身函数依赖，因此与Ａ也是函数依赖的。从Ｆ中删除ｒｐ的表达式。对于剩下的Ｆ，如果左边的变量（ｆｊ，ｌｊ，…，ｒｋ）都是Ａ的元素或者函数依赖于Ａ，则根据定义ｒｐ与Ａ函数依赖。因此对于集合Ｓ的一个子集Ａ，可按如下步骤判断Ａ是否为Ｓ的一断点集：①从函数依赖表达式Ｆ的左边去掉与集合Ａ中元素依赖的关系式；②对于Ａ中的每一个元素ｒｑ，将Ｆ中每个关系式左边的ｒｑ去掉，如果使该关系式左边为空，则将该关系式右边对应的元素ｒ口加入集台Ａ‘中；③用Ａ‘代替Ａ，转②；④如果最后Ｆ为空，则Ａ为Ｓ的一个断点集，否则Ａ不是断点集。２．３．３最小断点集的计算对于～个有ｒ１个保护的环网，保护集合为Ｓ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｍ），其最小断点集可按照如下步骤：①取Ｓ作为初始断点集；②依次去掉ｄ（ｉ＝ｌ，２，…，ｎ），用３．２所述的方法判断（Ｓ－ｒｉ）是否为一断点集。如果（Ｓ—ｒｉ）不是断点集，则在Ｓ中保留ｒｉ：否则转③；③如果Ｓ中的元素没有被判断过，则转②。下面举例说明如何获得图一系统的最小断点集。④取Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ１１），首先从Ａ中去掉ｒ１１，则Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ１０），将函数依赖表达式Ｆ中的ｆｌ，ｆ２，…，ｎｏ去掉得：ｆＩｉ：（ｒ２）—＋ｒｌＩ。该式的左边为ｒ２，是Ａ的元素，所以ｒ９函数依赖于Ａ，所以Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ１０）为一个断点集。②从Ａ中去除ｒｌｏ，得Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ９），将函数依赖表达式Ｆ中的ｆ１，ｆ２，…，ｆ９去掉得；１１０１：：（ｒ（ｒ２８））斗斗ｒｒｌｌ０１，ｒ１０，ｒｌｌ显然函数依赖于Ａ，所以Ａ＝（ｒ１，ｒ２，…，ｒ９）也是一断点集。③同理，依次去掉ｒ９，ｒ８，ｒ７，ｒ６，得到Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ５）也是一断点集。④从Ａ中去掉ｒ５，得Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ３，ｒ４），将函数依赖表达式Ｆ中的ｒｌ，ｒ２，ｒ３，ｒ４去掉得：ｆ５：（ｒ７）一ｒ５ｆ６：（ｒ３．ｒ４）专ｒ６ｆ７：（ｒ３，ｒ５，ｒ９）一ｒ７ｆ８：（ｒ３，ｒ５，ｒ６）一ｒ８ｆ９：（ｒ１１）寸ｒ９ｆ１０：（ｒ８）斗ｒ１０ｆ１１：“２１－－＋ｒｌｌ将表达式左边的ｒ１，…，ｒ４去掉，则ｆ６，ｆｌ】左边为空，得Ａ’＝（ｒ６，ｒｌ１），同时Ｆ变为：第７页东南大学硕士学位论文ｆ５：（ｒ７）一ｒ５ｆ７：（ｒ５，ｒｇ）一ｒ７ｆ８：（ｒ５，ｒ６）－－．９．ｒ８，ｆ９：（ｒ１１１一ｒ９ｆ１０：（ｒ８、斗ｒ１０去除ｒ６和ｒｌｌ，则ｆ９左边为空，得Ａ＝ｒ９，且Ｆ变为ｆ５：（ｒ７）斗ｒ５ｆ７：（ｒ５，ｒ９）斗ｒ７ｆ８：（ｒ５）斗ｒ８ｆ１０：（ｒ８）一ｒ１０Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ４，ｒ５）。且经过判断可知Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ４，ｒ５）是一断点集。依此类推，分别去掉ｒ２，ｒｌ在继电器集合Ｓ中，每一个断点集Ａ对应的相关顺序矩阵ＲＳＭ是一个列向量，该列向量中的的过程中每一步所得到的Ａ‘。对于上例求得的最小断点集（订，ｒ４，ｒ５）对应的相关顺序矩阵ＲＳＭ为ｒｌ，ｒ４，ｒ５ｒ２．ｒ３ｒ６．ｒ１１ｒ８。ｒ９ｒ７．ｒ１０２．４函数依赖算法的时间复杂度以及其他方面２．４．１函数依赖算法的时间复杂度假设系统有ｎ个继电器，在判断一个集合是否为断点集时，每个继电器ｒｐ用于和函数依赖表达式ＦＤ左端元素的时间为伽＋１）／２，所以整个系统中用于比较的时间复杂度为ｎ２。在求取最小断点集时，从断点集中每去掉一个元素就要判断一次留下的集合是否为断点集，因此最终用于获得最小断点集的时间复杂度为ｎ３。而在判断一个集合是否为断点集的同时可以得到相关顺序矩阵，所以获得法的指数阶复杂度要更加快速。２．４．２有关该算法的其他方面函数依赖算法除了在时间上有着自身的优越性之外，还有其他的优点：第８页去掉ｒ９，得Ｆ≠中，所以Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，…，ｒ４）不是一个断点集，因此ｒ５必须保存下来。接着去掉ｒ４得到Ａ＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ３，ｒＳ），根据上面的方法判断Ａ不是断点集，因此ｒ４也要保存ｅ去掉ｒ３ｔ得到最后得到（ｒｌ，ｒ４，ｒ５）为所求的最小断点集。２．３．４相关顺序矩阵（ｔｔＳＭ）的获得每一个元素都是Ｓ的子集。列向量的第一个元素为Ａ，其余的元素就是３．２中判断Ａ是否为断点集ＲＳＭ的计算时间复杂度为ｎ２。因此函数依赖算法用于整定计算为多项式时间复杂度，相对于图论算东南犬学硕上学位论文１．在图论算法中，对于环网和辐射网同时存在的网络，环网和辐射网要分开考虑，由辐射网的性质可知，辐射网中总有一组节点仪与～条线路相连，这条线路的对端节点所在处的继电器可以进入整定程序进行计算，而本端节点所在的继电器，必须在全网中其他继电器的整定计算全部完毕后才可进行。将这条线从网络中去除后，重复上述过程，直到遇到环网的节点为止。而在函数依赖法里可以把辐射网跟环网一起考虑，给程序设计带来方便。２．在断点集的初始化中，函数依赖法可以自己指定一个集台，比图论算法更加灵活。２．５函数依赖法获得最小断点集和相关顺序矩阵在整定计算中的应用在程序中，定义了以下几个变量来存储有关信息：ＰＢＰ［０］——存储主保护标识；ＰＢＰ【ｊ】．一存储ＣａＰｅ０］中每个主保护对应的后备保护标识；的主保护的标识：Ｂａｃｋ－－该变量为ＣＳｔｒｉｎｇＡｒｒａｙ型，存储后备保护继电器标识；Ｐｒｉｍａｒｙ玎——该数组的每个元素为一个ＣＳｔｒｉｎｇＡｒｒａｙ型的变量，对应于同一个后备保护所对应ＲＳＭ［］——对应于相关顺序矩阵ＲＳＭ；ＲＳＭＮｏ一存储ＲＳＭ的元素个数；图２．２给出了求取不同电压等级下最小断点集的流程：对各个电压等级进行拓扑分析，得到主／从护配对关系，即得到ＰＢＰ［０］和ＰＢＰ［１］得到函数依赖表达式，也就得到Ｂ８ｃｋ和Ｐｒｉｍａｒｙ［］变量值取数组Ｂａｃｋ为断点集，ｉ除Ｂａｃｋ中的第ｉ个元素纠黧０ｋ中的元素全部遍是否得到最小断点集图２．２求最小断点集流程第９页东南大学硕七学位论文２．６本章小结函数依赖的概念已经被用于解决整定计算中的拓扑分析，可以快速方便地求取电力系统整定计算的最小断点集和相关顺序矩阵。该算法在以往的图论算法的基础上有所提高。设系统中保护数目为ｎ，则函数依赖算法求得最小断点集的时间为多项式复杂度，而图论算法为指数复杂度。系统越大，保护的数目越多的情况下，所节约的时间就越多。本章还介绍了获得相关顺序矩阵的算法，该算法也是多项式时间复杂度。函数依赖法比图论算法更加灵活，也更加有效，而且程序的编制也比较方便。第１０页东南大学硕士学位论文第三章零序电流保护的整定计算中性点直接接地系统中发生接地短路，将产生很大的零序电流分量，利用零序电流分量构成保护，可作为一种主要的接地短路保护。因为它不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。另一方面，零序电流保护仍有电流保护的某些弱点，即它受电力系统运行方式变化的影响较大，灵敏度将因此降低；特别是在短距离的线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。当零序电流保护的保护效果不能满足电力系统要求时，则应装设接地距离保护。接地距离保护因其保护距离比较固定，对本线路和相邻线路的保护效果都会有所改善。３．１零序电流保护整定计算的运行方式分析“¨５（２）Ｕｄｑ（３）乩ｏ（１）系统接线（３）零序电压的分布图（２）零序等效网络（４）计及电阻时的向量图（设ｘ¨ｏ＝Ｘ８一”）图３．１接地短路时的零序等效网络第１ｌ页东南大学硕士学位论文接地故障是电力系统线路的主要故障形式，根据接地短路故障的计算方法可知，接地短路是相当于在正序网络的短路点增加额外电抗的短路。这个额外附加电抗就是负序和零序综合电抗。各序的电流分配，只决定该序网中各支路电抗的反比关系；而各序电流的绝对值要受其他序电抗的影响。在电力系统发生接地短路时，如图３．１所示，可以按照对称分量法将电压、电流分解为正序、负序和零序三序分量，等效电流计算的零序等效网络如图３．１（２）所示。零序电流可以看作是由故障点的零序电压Ｕ－ｏ产生的，经过变压器的中性点构成回路，采用母线流向故障点作为零序电流的正方向，线路对于大地电压作为零序电压的正方向，则零序分量的参数具有以下的特点：①故障点的零序电压最高，系统中电气距离离故障点越远处零序电压越低，变压器中性点处零序电压为零。②零序电流实际上是由线路流向母线的。③零序电流只在中性点接地的电网中流动；当不计变压器激磁电流时，变压器中性点或三相Ａ接的电网中不存在零序电流，因此零序电流接地保护与中性点不接地的电网无关。只要系统中性点不接地的数目和分布不变，即使电源运行方式变化，零序网络仍保持不变，使零序电流保护受电源运行方式变化的影响减小。零序电流保护的灵敏度直接决定于系统中性点的接地数目和分布，因此变压器的中性点不应任意改变接地方式。④在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地变压器的数目保持不变，则零序阻抗和零序等效网络也将保持不变。但是此时系统中的正序、负序阻抗将发生改变，从而影响电压在正、负、零序网中的分配，将间接影响网络中的零序分量的大小。⑤零序功率是由故障点流向电源，即由故障线路流向母线，通常以母线流向线路的功率为正，即零序功率方向继电器是在负值零序功率下动作的。⑥由于三相短路和两相短路时网络依然对称，所以不产生零序电流分量。⑦线路末端单相接地故障，对侧单相开关先跳闸时，本侧零序电流变化不大。线路非全相运行过程中，健全相末端又单相接地时，如果此时线路两侧电势角相差不大，通过本侧的零序电流也与线路非全相运行时发生故障的情况相接近。继电保护整定计算所采用的系统运行方式有最大运行方式和最小运行方式两种，这两种方式都是在不影响继电保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的。通常在大方式下进行整定计算，而在小方式下校验保护的灵敏度。３．２互感对零序保护整定计算的影响“Ⅱ８１为了加强供电可靠性，电网中设计了双回线。因为经济上及其它方面的原因，双回线经常采用同杆并架或部分同杆并架的方式。由于有零序互感，双回线在运行、继电保护整定计算等方面比一般线路多一些特殊性，影响最大的是双回线的接地保护。因而必须研究互感对零序保护整定计算的影响并将其计入整定计算中。在输电线路中，两回或多回线路很邻近时，相邻线路间有磁的联系。当三相平衡电流通过时，由于三相电流之和等于零，所以三相电流产生的合成磁场可以认为接近于零。因此在正、负序网络中，一般可不计算两回路或多回路相邻线路问由于磁的联系而对序网参数的影响。但是，当三相导线中有大小和相位都相同的零序电流流过时，所产生的磁场将在邻近线路上感应电势。所以，当零序电流流过双回或多回相邻线路时，由于各回线路间的互感，将使每回线路的电压和电流关系发生变化。３．２．１平行线的零序电流和零序电压平行线路之间存在零序互感，当相邻平行线流过零序电流时，将在线路上产生感应零序电势对线路零序电流幅值产生影响，有时甚至改变零序电流与零序电压的向量关系。第ｉ２页东南大学硕士学位论文一．当相邻平行线发生接地故障时，有时故障点离本线路保护安装点电气距离越远，流过本线路保护的零序分支电流反而越大，分支系数也随故障点变远而增大。二．当相邻平行线停运检修并在两侧接地时，电网接地故障线路所通过的零序电流将在该停运线路中产生零序感应电流，此电流反作用于运行电路，使其中产生感应电势，使线路零序电流增大，相当于线路零序阻抗减小。对平行双回线将减小为ｚｏ＝ｚｏＭ旺ｊｆ８一ｚｏＭ）｛ｚｊ｜ｏ＋ｚｌｑ—ＺＯＭ＝Ｚ！。一ｚｊⅥ／Ｚｌｏ零序等值电路如图３．２所示，其中ｚＷ为零序互感阻抗，ｚｍ为本线路的零序阻抗，ｚ矗为相邻线的零序阻抗。图３．２相邻平行线检修并挂地线时的零序等值电路三．当电气上与本线路互相绝缘的平行线上流过零序电流时，亦将在本线路产生零序感应电流，并在电网各点产生相应的零序电压。该感应零序电流与零序电压的相位关系与本线路内部接地故障情况一样，其等值电路如图３．３所示。在复杂电网中，电气上相互连接的平行线路，当发生接地故障时，由于相邻线路零序互感的作用，有可能在某一非故障线路上出现使两侧的Ｕｏ与，ｏ相位同为正方向的情况，从而影响零序方向继电器正确判别故障方向。图３．３电气上不相连接的平行线路的零序等值电路３．２．２同杆并架双回线零序电流保护间的配合３．２．２．１零序电流分配关系图３．４（ａ）中系统的零序网络，如图３．４（ｂ）所示。其中Ｚ，ｏ与ｚ。ｏ分别为两侧电源的零序阻抗。Ｚ，ｏ与３２０＝ｚｗ分别为线路的零序阻抗与线路间的零序互感阻抗。ｚ－是双回线间的互感每相值。％是距离比。当两侧未跳闸时，其等价计算网络为图３．４（ｃ），（，。／，。Ⅱ１Ｉ一＝２第１３页东南大学硕士学位论文当故障线路Ｍ侧三相跳开后，等价计算网络如图３．４（ｄ）。对于这种故障形式，使非故障～回线通过零序电流为最大的故障点位置，在出口或者末端，视线路参数而定。（ａ）（ａ）系统图（ｂ）零序网络（ｃ）两侧未切开时的等价计算网络（ｄ）－－＠ｆ］Ｚ相切开后的等价计算网络图３．４双回线的零序网络３．２．２．２双回线中零序电流保护第一段双回线中零序电流保护一段应躲开下列各项中通过本线路的最大零序电流整定：１）双回线运行本线路对侧母线接地故障；２）另一回线停运检修并两端接地时本线对侧母线接地故障；３）双回线运行，另一回线路出口接地且在一侧三相断开；４）双回线运行，另一回线路末端接地且在一侧三相断开。３．２．２．３双回线中的零序电流保护第二段１）２２０ｋＶ线路零序电流方向保护均带方向。二段与双回线中另一回线中零序电流保护一段配合时，分支系数按另一回线一侧三相断开发生接地故障计算，Ｍ侧取ｆｚ。Ｄ＋３ｚ：Ｍ（ｉ－ｋ口）ｍ船Ｆ（Ｚ，ｏ＋ｚ，ｏ＋ｚ。ｏ），Ｎ侧取（ｚ，ｏ＋３Ｚ＇肌ｔｋＢ渊）／（ｚ』ｏ＋ｚ。ｏ＋ｚ加）。如另一回线的灵敏一段在对侧三相切开后，由纵续动作而最大可能保护到末端时，则（Ｉ－ｋＢ）。。与ｋＢ。。均取Ｉ否则分别按其最大可能的纵续保护范围取值。２）二段电流定值躲双回线外的相邻线路非全相运行时通过本线路的最大零序电流。３）对于零序互感较大的双回线，（ｚ。ｏ＋３２０），（ｚ，０＋ｚ，ｏ＋ｚ。ｏ）或（ｚｍ＋３ｚ孟）／（ｚｆｏ＋ｚ。ｏ＋ｚｍ）的值可能大于０．５，使双回线的零序电流保护难以同时适应选择性与灵敏度的要求。这时可不考虑双回线一侧三相断开发生接地故障时与双回线中另一回线灵敏一段配合这一条件，按与双回线外的相邻线路零序电流保护配合整定。３．２．２．４双回线中其它零序电流保护段的问题双回线的第三、四段零序保护，也要按上述双回线的第二段保护与第一段保护配合的原则，与双回线中另一回线的第二、三或四段保护配合；对双回线外的相邻线路，需与其非全相运行中保留运行的第二、三或四段配合（如果整定时间允许），或者按躲开双回线外的相邻线路非全相运行时的晟大零序电流整定。第１４页查童查堂堕主兰堡堕兰一…为了作为在内部经高阻抗接地时和对相邻线路故障时的后备，需要有一较为灵敏的束段零序电流保护。３．２．３整定规程中对互感线路的整定要求１．如被配合的相邻线路是与本线路有较大零序互感的平看亍线路，应考虑媚邻线路故障，在一侧断路器先断开的保护配含关系。互感线路间的保护配台，如３．３．１所述，对应于线路各故障点的Ｋ脚值，即使在相邻线对侧开关断开的情况下也将是个与故障点位置有关的变数，因此，应如上述取相邻平行线一侧开关断开的运行条件．并根据不同情况采取不同的整定方法。２．当与相｛Ⅸ线路第一段配合时，如相邻线路保护第一段有可能相继动作保护全线路，则本保护定值计算应选用故障点在相邻线路末端时的Ｋｐｏ值。否则，按下列原则整定：ａ．如果当相邻线路上的救障点逐渐移近断路器断口处，流过本保护的３Ｉｏ逐渐减小时（见图３．５（ａ））保护定值按躲相邻线路第一段保护范围末端故障整定。ｂ．如果当故蹲点移近断路器断口处，流过保护的３，ｏ先下降后又逐渐回升，并大于相邻线路第一段末端故障流过保护的３％，但不超过本线路末端故障流过本保护的３如时（见图３．５ｂ）ｔ保护定值按躲断路器断口处故障整定。ｅ．同上情况，但在断路器断口处流过本保护的３，ｏ大于在本线路柬端故障流过本线路的３，ｏ时（见图３．５ｃ），保护无法与相邻线路第一段配合，只能与第二段配合。图３．５平行互感线路零序电流保护间的配合计算注：图３，５中，，ａ——本线束端短路，流进本线３，。：“——邻线零序电流Ｉ段保护范围末端短路时，流进本线３ｂ：ｆｊ——断路器断口处故障时，流进２跳３１０；３．本线路保护的电流定值与相邻线路保护第二段配台时，故障点一般可取相邻线路末端。４’对采用单相重台闸的平行线路，在整定零序电流保护定值时，应保证平行线之间的零序电流第１５耍东南大学硕士学位论文保护在其中一回线因故出现非全相运行时仍能相互配合。——当平行般回线采用单相重合闸时，Ｋ舯值应选用相邻线非全相运行时Ｋ脚值，因此时芷止。值最大。Ｚ（ａ）系统图（ｂ）接地故障零序等值电路（ｃ）断相故障零序等值电路（ｄ）断相故障时零序电流与零序电压向量关系图图３．６平行双回线之一接地故障时与断线故障时的对比（１）如图３．６（ａ）所示的系统图中，当相邻ＩＩ号线在Ａ侧三相断开并发生接地故障时，其零序等值电路如图３．６（ｂ）所示，Ｋ止。值为：，ｏ／１ｊ＝（ｚ蝴＋ｚ日）／（ｚ』＋Ｚａ＋ｚ，０）。（２）当相邻ｔＩ线非全相运行时，其零序等值电路如图３．６（ｃ）所示，Ｋ止。值，ｏ／』ｏ＝（ｚ』＋ｚ８＋ＺｏＭ）／（ＺＡ＋Ｚ８＋ｚ，ｏ）。可知（２）中的Ｋ止。值大于（１）中的％ｏ值。但如果保护经方向元件控制，则可以考虑上述情况，因为此时健全线路两侧方向元件所见方向都为反方向。图３．６（ｃ）中，ＩＩ号线两相运行，Ｂ变电所健全线路的零序电流，ｌ向量与变压器零序电流，８或故障线路零序电流‘的向量基本反相，滞后于母线零序电压ｕｏ口＝一ＩＢｚＢ约８０。左右，两侧均与线路反方向故障时的情况基本相同，其向量图见图３．剐），这时健全线路豹零序方向元件将可靠不动作。当方向元件采用负序功率方向继电器时，情况相同。当电网线路多、接线复杂时，为简化计算，常选择与邻线能瞬时动作保护全线的高频保护配合，按躲开邻线末端短路计算。随着继电保护技术的发展，装置的革新，行业管理的逐渐完善，２２０ｋＶ电网线路都配备了双高频主保护，运行中２２０ｋＶ线路的高频保护投入率都保持在比较高的水平。与过去相比，后备保护的压力已有所缓解。３．３分支系数的影响和短路点位置的选择“１在多电源的电力系统中，相邻上下两级保护间的整定配合受到中间分支电源的影响，将使上一第１６页东南大学硕士学位论文级的保护范围缩短或伸长。因此在整定公式中应计及分支电源的影响。ＡＢＤＣ图３．７分支系数分析计算围如图３．７所示的系统中，分支支路中有电源，Ｄ点发生短路故障，假定断路器１和２处的电流保护均刚刚起动，此时断路器ｉ和２处测得的电流有如下关系：垒：生：纽１１１％ｊ＾Ｂ＋ｉ∞ｊ２＝Ｆ导ｊＩ＝ｋ扫・ｊ。ｆｎ＋ｉ’Ａ８。式中定义ｋ。＝，二４￡一，即在相邻线路发生短路故障时，流过本线路的短路电流与流过相邻线路ｊＡＢ＋ｌＡＢ’的短路电流的比值，ｋ。称为分支系数。整定计算中一个重要的部分就是计算最大和最小分支系数，影响分支系数大小的因素有两个：①网络操作，例如，线路的投入与切除。②电源运行方式的变化，例如发电机组的投切。由于电源在电力系统中的分散性和运行方式变化的多样性，在继电保护运行整定过程中，在计及网络操作的情况下仅考虑整定保护所在线路对侧母线上直接连接电源的运行方式变化。辐射形电网中线路保护的分支系数与短路的位置无关，是一个常数，所以故障点可以假定在相邻线路的任意点。环状电网中线路的分支系数随短路点的移远而逐渐减小，而实际上整定需要最大分支系数，所以还是选用开环运行方式。单回线路对双回线路中一回的分支系数与短路点位置有关，当短路点在其中一回线上移远时，分支系数逐渐增大；当短路点移到线路末端时，分支系数达到最大值。双回线路对单回线路的分支系数在双回线路停用一回时最大；如果双回线路之间有零序互感存在时，还应将停用的线路两端接地。环外线路对环内线路的分支系数随着短路点的移远而逐渐增大，应按照实际整定配合点的分支系数计算。由以上可知，分支系数随着电网结构的不同而不同，同时随着系统运行方式的改变而改变，其值通常在０－２之间。在某些特殊情况下可以大于或等于２。如单回线对双回线的分支系数。通常通过各种运行方式或线路对侧断路器跳闸前后等各种情况下，选用故障在被配合段保护范围末端的最大分支系数ｋ。。为了简化计算，可以选用故障点在相邻线路末端时可能偏高的分支系数中的晟大值，如图３．８所示，当节点ｌ处的保护ＢＨＩ与节点２处的保护ＢＨ２配合时，其分支系数可取节点３处发生短路故障，与节点２相连的其它线路轮流退出运行时可能流过保护Ｂ眦的最大分支系数。分支系数膏。是一个复数值，在计算时通常采用其绝对值以简化计算。第１７页东南大学硕士学位论文图３．８最大分支系数的获取示意图３．４零序电流保护的整定原则及其程序实现“３在２２０ｋＶ及以上电压等级的电网中普遍采用单相重合闸。采用单相重合闸的线路，在重合的过程中将出现三种运行状态：接地短路、断线并接地的复故障（线路一侧断路器断开一相，短路未消除）以及非全相运行（线路两侧的断路器均断开一相，故障消除）。前两种情况将由零序电流保护动作切除故障，第三种情况是单相重合闸必须具备的状态，此时故障相已被切除，需防止零序电流保护再次动作而误跳三相。在继电保护“四统一”接线的单相重台闸回路中，定义了供选用的如下端子符号：Ｎ端子：接入本线和相邻线单相重合闸过程中不会误动作的保护。Ｍ端子：接入本线单相重合闸过程中会误动的保护。Ｐ端子：接入单相重合闸过程中会误动作，经阻抗选相元件闭锁的保护。Ｑ端子：接入Ｎ［－－相进行三相重合闸的保护。Ｒ端子：接入直接单相跳闸不起动重合闸的保护。在具体整定时，根据不同的需要接入不同的端子。采用重合闸方式，且后备保护延时段起动单相重合闸，则零序电流保护与单相重合闸按如下原则进行配合整定：ａ．能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流Ｉ段，经重合闸Ｎ端子跳闸，非全相运行中不退出工作；不能躲过非全相运行最大零序电流的零序Ｉ段，经重合闸Ｍ端子跳闸，重合闸起动后退出工作。ｂ．能躲过非全相运行最大零序电流的零序ＩＩ段，经重合闸Ｎ端子跳闸，非全相运行中不退出运行：不能躲过非全相运行最大零序电流的零序ＩＩ段，经重合闸Ｍ或Ｐ端子跳闸：亦可将零序电流Ⅱ段的动作时间延长至１．５ｓ及以上，或躲过非全相运行周期，经重合闸Ｎ端子跳闸。ｃ．不能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流Ⅲ段，经重合闸Ｍ或Ｐ端子跳闸；亦可依靠较长的动作时间躲过非全相运行周期，经重合闸Ｎ或Ｒ端子跳闸。ｄ．零序ＩＶ段经重合闸Ｒ端子跳闸。ｅ．线路保护的整定应与相邻线路非全相运行中不退出运行或投入运行的零序电流保护配合。在采用单相重合闸的电力系统中，继电保护整定用的分支系数一般与采用三相重合闸时相同。零序电流保护各段的整定，假设以下的条件都是相同的。①零序各段都带有方向性。②零序保护各段的时间整定，都是按与相邻配合保护段的时间增加一个时间级差。３．４．１零序电流保护Ｉ段的整定零序电流Ｉ段为无时限保护段，标称０ｓ段。通常按满足以下两个条件燕定①按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即如＝Ｋｋ・３１０ｍ“式中也——可靠系数，取Ｋ｝≥１．３：，ｏ一——本线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。第１８页东南大学硕士学位论文②按躲开非全相运行的最大零序电流整定，即ｌｖｚ＝Ｋｋ・３１０Ｆ式中茁。——可靠系数，取Ｋ。２１１；』。，——本线路非全相运行最大零序电流。在零序电流保护Ｉ段的整定过程中，有几种特殊情况应加以考虑：①线路末端发变组的情况，包括变压器低压侧有电源的情况，零序保护Ｉ段一般可按不伸出变压器范围整定。如图３．９所示即为一个线路一变压器组的示例，即在途中的情况Ｆ，保护Ｃ的Ｉ段整定时，短路点可取在节点（１）。（１）（２）（３）毋弋义厂．——１＿＿ＪＬ—卜ＢＤ—Ｉ－－－－＿一‘－—・—一㈤图３．９线路一变压器组②当线路长度太短致使零序Ｉ段保护范围很小，甚至没有保护范围时，则零序电流Ｉ段保护应③有互感的多回线的零序Ｉ段的整定当双回线或多回线有零序互感时，将对流过线路的零序电流产生很大的影响。双回线零序电路ａ．双回线运行本线路对侧母线接地的故障；ｂ．另一回线停运检修并两端接地时本线对侧母线接地故障：ｃ．双回线运行，另一回线路出口接地且在一侧三相断开；ｄ．双回线运行，另一回线路末端接地且在一侧三相断开。图３．１０双回线有零序互感的情况（１）正常情况（２）其中一回停电两端接地检修如图３．１０（２），由于一回线路停用，短路电流全部转移到另一回线，通常情况下，流过线路Ｉ的电流为最大零序电流。ＵＭＮ＝ｊｏ，・Ｘｏ，＋ｊｏⅡ－Ｘｍｏ（５）第１９页停用。保护Ｉ段应躲开下列各项中通过本线路的最大零序电流整定（如图３，１０）：东南大学硕士学位论文０＝ｉｏｌｌ・ｘＩＩ＋Ｉｏｌ・Ｘ。ｏ⑩由式（５）、式（６）得代入式（５），得，ｏⅣ＝一专也・，ｏ，ｄ一“ｏｌ＂Ｘｏ！＋（～鲁省一‰，叫，一鲁‰由上式可以看出，在图３．王０（２）情况下，线路ＩＩ对线路Ｉ将产生去磁作用，从而使零序电抗减小零序电流增大。将按上述条件整定的零序电流Ｉ段保护接入综合重合闸的Ｎ端子。图３．ｉ１是零序电流Ｉ段保护的计算流程图。３．４．２零序电流Ⅱ段保护的整定零序电流ＩＩ段保护也担负主保护任务，但较零序电流Ｉ段保护有一个延时。当零序电流ＩＩ段保护定值能够躲过本线路非全相运行时的最大零序电流时，ｔⅣ可取１．ｉｓ，否则可去１．５ｓ的延时ｅ此段保护的整定原则也适用于零序电流Ⅲ段保护的整定。此段保护按满足以下条件整定：（１）按与相邻纵联保护配合，躲过相邻线路末端故障整定，即：，Ⅻ＝ＫｋＫｊ３』０Ⅻ式中Ｋ々——可靠系数，取Ｋ々≥１，２；Ｋ，——分支系数，按实际情况选取可能的最大值；，ｏ。——相邻线路末端故障时流过本线路的最大零序电流。（２）按与相邻线路躲非全相运行的零序电流Ｉ段配合整定，即：Ｉ☆Ⅱ＝ＫｋＫｊｊ女ｆ式中Ｋｋ——可靠系数，取Ｋｅ≥１．１；』“——相邻下一级线路的零序电流Ｉ段保护整定值。当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流ＩＩ段保护配合整定。（３）按躲过变压器另一电压侧母线接地故障时流过本线路的零序电流整定，即ｌ∞『＝Ｋｋ３１０式中以——可靠系数，取ＫＩ≥１．３：』。——为变压器另一电压侧母线接地故障时流过本线路的零序电流。图３．１２是零序电流ＩＩ段保护的计算流程图。３．４．３零序电流ⅡＩ段和ＩＶ段保护整定“。这两段保护通常也是起后备保护作用。ＩⅡ段保护通常是做为零序电流Ⅱ段保护的补充作用。对后备保护的要求是在相邻下一级线路末端达到规定的灵敏系数。零序电流保护Ⅲ段保护按满足以下条件整定：（１）按与下一级线路的零序电流ＩＩ段保护配合整定，当本保护的零序电流ＩＩ段保护已达到规定的灵敏系数时，此零序电流ＩⅡ段保护也可按与相邻下一级线路的零序电流ＩＩＩ段和Ⅳ段保护配合整定，以改善后备性能。（２）当本段保护范围已伸出本线末端变压器的范围以外时，应按与该变压器另一侧的线路接地第２０页东南大学硕士学位论文短路保护配合整定。（３）按本线路末端接地故障有灵敏度整定，即，Ｍ，＝！；；坠Ａ加式中Ｋ。——灵敏系数；，０ｍｉ。——本线路末端接地故障的最小零序电流。零序电流ＩＶ段保护按如下整定：（１）按本线路经高阻抗接地故障有灵敏度整定，即，ｄｒ＝３００Ａ。（２）按与相邻线路零序ⅡＩ段配合，即，出，ｒ＝Ｋ＾Ｋｒ，二式中也——可靠系数；Ⅳ，——灵敏系数。（３）按与相邻线路零序电流Ⅳ段配合，即，“ｒ＝Ｋ￡Ｋｆｌｊ：ｚｖ。零序电流Ⅲ段和Ⅳ段保护整定程序实现跟零序Ⅱ段相似，此处不再赘述。３．５本章小结本章介绍了零序电流保护，线路零序电流保护反应于线路发生接地短路故障时所产生的零序电流，高压电网通常采用经方向元件控制的阶段式零序电流保护。本章先阐述了零序电流保护的动作原理和特点，分析了分支电源对保护整定值的影响，然后说明零序电流保护的整定原则和程序实现。第２１页东南大学硕士学位论文图３．ＩＩ零序Ｉ段整定框图第２２页东南大学硕士学位论文图３．１２零序ＩＩ段保护整定流程图第２３页东南大学硕士学位论文第四章接地距离保护的整定计算电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是他们的灵敏度受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷、长距离的输电线路上其灵敏度往往不能满足要求；另外．当复杂的环网以及系统中出现成串、成环的短线路时，可能使零序电流保护的保护性能大大恶化，当零序电流保护无法满足系统保护的要求时，应加装接地距离保护。接地距离保护在任何复杂形式的电网中都可有选择性地切除故障，而且具有足够的灵敏性和快速性，保护范围比较固定，将大大改善本线路及相邻线路的保护性能。４．１零序电流补偿系数的分析与应用在中性点直接接地系统中，当线路上发生接地短路时，故障相的电压与电流之比将大于其线路正序相阻抗值，也就是母线上故障相电压值不等于故障相电流与其正序相阻抗的乘积。为使接地距离保护正确地反映正序相阻抗值，接地距离保护需引入零序电流补偿系数进行修正。零序电流补偿系数值与线路的正序阻抗和零序阻抗以及零序互感阻抗有关，整定计算采取的零序电流补偿系数应根据保护的功能作用来选择。例如接地距离保护的测量元件与接地距离担任选相元件时要求是不同的，所选取的零序电流补偿系数值是不同的。４．１．１单回线路情况图４．１是单回线路在末端发生Ａ相接地短路的情况，以测量正序阻抗原理的接地距离保护测量阻抗为：眈，＝ｕ口＝（￡，硼＋ｌａｌＺｌ）＋（ｕｄ２＋ｌａ２２２）＋（ｕｄｏ＋，口ｏｚｏ）＝（ｄｄｌ＋（７“２＋Ｄｄｏ）＋ｌａｌＺｌ＋ｊ口２２２＋ｊ口ｏｚｏ图４．１接地距离保护测量阻抗分析图对接地点有Ｄｄｌ＋吼２＋［７ｄｏ＝０，并设Ｚ１＝Ｚ２，则吼式可简化为Ｄｄ＝ｊ。ｌＺ【ｊ。ｏ（ｚｏ—ｚ１）因为厶＝Ｊｏ。，所以叱＝ｊｍＺｌｊｏ（Ｚ０一ｚ１）＿ｌ鬏ｉｄ＝ｉ。＋３ｋｉｑ则第２４页对于上式，欲得Ｚ“＝ｚ１，则须有ｚ。：；｝：！！兰等：喾丘：塑ｉ，＋！毕｜ｏ：ｉｄ＋３Ｒｊｏ得式中￡７。，。——分别为接入接地距离保护的电压和电流；，。、‘ｌ、Ｌ２、Ｌｏ——分别为接入接地距离保护故障相的相电流及正、负、零序电流；Ｚｔ、Ｚｏ——分别为线路的正序阻抗及零序阻抗；Ｋ——接地距离保护的零序电流补偿系数。利用零序电流进行补偿需要经过膏倍变换后引入接地距离保护。因五与Ｚ０的相角差别不大为简化计算通常采用实数Ｋ。一般利用自耦变流器实现补偿，Ｋ即是变流器的变流比。４．１．２具有零序互感的双回线路情况‘囤Ｚｔ，Ｚ：，Ｚｏ、Ｉ・士牛一厶（ｂ）‘回一Ｉ≯ｋ≤士７蹦ｔＺ‘。Ｚｌ，ｚ：，Ｚｏ、—／＋—・‘，如厶７ｆ…咝一ｉ“，之，磊ｆ“。图４．２有零序互感线路的基地距离保护测量阻抗分布图图４．２是带有零序互感的双回线路的几种接地故障情况，由于零序互感的影响使零序电流补偿系数发生变化。图４．２（ａ）双回线路中，当一回线路发生Ａ相接地短路时，以测量正序阻抗原理的接地距离保护测量阻抗为【７ｄ＝Ｄ讥＋吼２＋Ｄｄｏ＋ｊ叭ｚｌ＋ｉ，ａｚ２＋ｊ种ｚｏ＋ｉ＇ｏＺｍｏ设ｚｌ；ｚ２，则乩＝ＬＺｌ＋厶（ｚｏ—ｚＩ）＋矗ｚ。ｏ取ｉｄ＝ｉ，＋３越。第２５页东南大学顶士学位论文则驴等２盟拦铲ＩⅣ』ｎ十ｊ＾』０竺：：呈：：：型！阻。，ｆ。＋３Ｋ／ｏ对式（１），欲得％＝ＺＩ，则须有。竿“等拈“，瓿醋可钽（４—２）式中ｚ卅０——双回线路的零序互感阻抗（Ｑ）；拈—一ｐＺ０－ｚ１＋Ｚ。。等当双回线路中的电流ｊ。＝厶时，式（２）变为丘；鱼二磐。该丘值是利用本线路的零序电流厶，矗——分别为本线路和相邻线路的零序电流（Ａ）；ｊ。代替相邻线路的零序电流厶进行补偿的方法。如果将相邻线路的零序电流矗引入到本线路的接地距离保护中进行补偿，则式（１）将变换为：ｔｆ；——。—』；——。毒土一ＺＩ［ｉａ＋！三掣厶＋孕矗】（４－３）对却），姗ｚ。＿ＺＩ删须制＝簪“。＝鲁，』口＋３Ｋ１０＋３Ｋ１０ｊ二Ｉｊ‘１式中启。——本线路零序电流补偿系数；启”——相邻线路零序电流补偿系数。在图４．１（ｂ）双回线路中，其中一回线路停电并两端接地，而在运行线路的末端发生Ａ相接地短路。因相邻线路中矗与本线路中，。的流向相反，依照上述分析方法可得：筝式中ｚ０——相邻线路的零序阻抗ａ在图４．１（ｃ）双回线路中，其中一回线路停电，而在运行线路的末端发生Ａ相接地短路，这种情况与单回线路情况相同。在图４．１（ｄ）双回线路中，当相邻一回线路保护出口发生Ａ相接地短路，相邻接地保护首先跳开其断路器时，则本线路接地距离保护的保护范围的大小，将随零序电流补偿系数和补偿方式的不同而不同，采用（４－２）的应值保护范围最长，而采用（４－４）的启值保护范围最短。本线路与相邻线路有零序互感的情况也可按照具有零序互感的双回线路情况分析，此处不再赘述。从上述情况分析可知，有零序互感的线路在不同的运行方式下和不同地点发生接地短路时，接第２６页东南大学硕士学位论文地距离保护的零序电流补偿系数是不同的。在整定计算中，若采用一个蚓定不变的丘值时，则保护范围将是变化的。从继电保护的选择性要求来看，任何情况下均不希望保护范围伸长，以免失去选择性而造成越级跳闸；但对担任选相任务的接地距离元件，在保证正确选相的前提下，则可考虑使保护范围适当伸长。总之，采用何种补偿方式以及如何选取整定的膏值，均应根据具体情况和要求并经分析后决定。就一般情况而言，对有零序互感的线路接地距离保护整定应采用（４—４）式的启值，不宜用相邻线路的零序电流补偿方式，以免失去选择性。４．２接地距离保护的整定原则和程序实现“接地距离保护接线为筝＋３血。接线方式，它是以测量保护安装处至接地短路点之间的相阻抗来反映线路长度距离的。因此，整定公式也以线路相阻抗（正序阻抗）表示。４．２．１接地距离保护Ｉ段整定①按躲本线路末端故障整定Ｚ自＝Ｋ＾：ＺＩ式中Ｋ女——可靠系数，取Ｋ｝≤ｏ．７；五——本线路全长的阻抗值；Ｚｄｚｌ——被整定线路接地距离保护Ｉ段定值。②单回线送变压器终端方式，送电侧伸入受端变压器ｚ☆ｌ＝ＫｋｚＬ＋Ｋ口ｚＴ式中Ｋ＾、Ｋ女ｒ——可靠系数，取ＫＩ＝Ｏ．８～０．８５，Ｋ★ｒ≤ｏ．７易——受端变压器正序阻抗。４．２．２助增系数对整定计算的影响及其求取助增系数的概念跟前面所提过的分支系数相似，数值上等于分支系数的倒数。助增系数的正确计算，直接影响到保护定值及保护范围的大小，也就影响了保护各段的相互配合即灵敏度。正确选择与计算助增系数，是整定计算的重要工作内容之一。选择计算助增系数，要紧密结合系统的运行方式，要在可能的运行方式下，选取较小的助增系数。在计算时，允许不考虑分支负荷电流的影响。只有当分支负荷电流较大，对于按负荷电流大小整定的某些保护段或者有必要精确计算时，才考虑分支负荷电流的影响。对于助增系数的计算，应结合系统实际运行中可能出现的运行方式，选取既符合安全运行要求而又合理的情况下的数值，现介绍几种常见的情况如下：１．对于辐射状结构电网的线路保护配合时这种系统的助增系数与故障点的位置无关。计算时故障点可取在线路的末端，主电源侧采取大运行方式，分支电源采用小运行方式，如图４．１所示。第２７页东南大学硕士学位论文图４．１辐射状电力网助增系数计算图２．环形电力网中线路保护间助增系数的计算这种电力网中的助增系数随故障点位置的不同而变化。图４．２所示的电网，在计算时，应采用开环运行方式，以求出最小助增系数。按图中应将断路器ＩＩ）Ｌ断开，电源Ａ及Ｂ一般应采用大方式运行，电源ｃ采用小运行方式。图４．２环网电网助增系数计算图３．单回辐射线路与环网内线路保护相配合时如图４．３，当线路舰，与线路皿２之保护相配合时，应按环网为闭环运行方式下，在线路末端故障时计算。电源ｈ采用大运行方式，电源Ｂ采用小运行方式。当电源Ｂ向线路ＸＬ３送短路电流时，ＸＬ３应按断开方式计算。图４．３环网中助增系数计算图４．环状电网对环网外辐射线路保护间相配合时第２８页东南大学硕士学位论文图４．４环网线路助增系数的计算图如图４．４所示，环网内线路ＸＬｌ与环网外线路舰２保护的配合，助增系数计算按环网开环，即开关１ＤＬ断开的方式下计算。电源Ａ及Ｂ均采用大运行方式，电源Ｃ采用小运行方式。４．２．３接地距离保护ＩＩ段整定原则接地距离保护ＩＩ保护按如下几个原则整定：①按本线路末端接地故障有足够灵敏度整定：ｚ＆ｌｌ＝Ｋ｛ｍｚ式中Ｋｈ——灵敏系数，取Ｋ｝；１．３～１．５。②按与相邻线路接地距离Ｉ段配合整定：ｚ＆Ｈ＝ＫｋＺｔ＋ＫｋＫｚｚ☆ｆ式中Ｋ々——可靠系数，取嘶＝Ｏ．７～０．８；ｚ二——相邻线路接地距离Ｉ段动作阻抗；Ｋ，——叻增系数，选用正序助增系数与零序助增系数中的较小值。③按与相邻线路纵联保护配合整定，躲相邻线路末端接地故障，即ｚⅡＩ＝Ｋｋｚｌ＋Ｋｔ，ＫｚＺＩ式中缸——可靠系数，取ＫＩ＝ｏ．７～０．８；ｚ：——相邻线路正序阻抗。④按与相邻线路零序电流Ｉ（１Ｉ）段配合（只考虑单相接地故障）整定，即五Ⅻ＝ＫｋＺｌ＋ＫＩＫｚＺ‘式中Ｋ女——可靠系数，取ＫＩ＝Ｏ．７～０．８；ｚ’——相邻线路零序阻抗。⑤按与相邻线路接地距离Ⅱ段配合整定，即ｚｈＨ＝ＫｋＺＬ＋ＫｋＫｚｚ＆Ｈ式中Ｋｔ——可靠系数，取Ｋ女＝０．７～０．８；ｚ厶——相邻线路接地距离ＩＩ段动作阻抗。第２９页东南大学硕士学位论文⑥如果是线路变压器组，则按躲变压器另一侧母线三相短路ｚ☆ｉ｛＝Ｋｋｚｌ＋ＫｋＫｚＩｚＴ式中ＫＩ——可靠系数，取Ｋｔ＝０．７～０．８；玉——相邻变压器正序阻抗。⑦按躲变压器其他侧（大电流接地系统）母线接地故障ａ．单相接地故障时：ｂ．两相短路接地故障时：ｚｍ“ｔ鲁糍ｚｍ“ｋ器式中Ｕ。、Ｕ２、Ｕｏ和小，２、』ｏ为变压器其他侧母线接地故障时在继电器安装处测得的各相序电压和相序电流；Ｅ为发电机等值电势，可取额定值：Ｋｋ；０．７～０．８。在接地距离保护ＩＩ段整定计算中，通常按原则①③③④⑤来整定获得定值，然后按照原则⑥⑦４．２．４接地距离保护Ⅲ段的整定计算接地距离保护Ⅲ段可按以下原则进行整定计算：①按本线路末端接地故障有足够灵敏度整定，即ｚ＆ｍ＝ＫｔｍＺ式中置ｈ——灵敏系数，取也＝１．８～３．０。②按与相邻线路接地距离Ⅱ段配合整定，即ｚｍｉＨ＝ＫｋＺＩ＋ＫｋＫｚＺａｚ＿『ｒ式中Ｋ＾——可靠系数，取Ｋｔ＝ｏ．７—０．８；ｚ厶——相邻线路接地距离ＩＩ段动作阻抗。③按与相邻线路接地距离Ⅲ段配合整定，即ｚⅫｌ＝ＫｋＺｌ＋ＫｋＫｚｚ■Ｈ式中ＫＩ——可靠系数，取Ｋ＾＝Ｏ．７～０．８；Ｚ，’Ｍｔｔ——相邻线路接地距离ＩＩＩ段动作阻抗。零序电流保护是常设保护类型，接地距离保护并非每条线路均配置，因此在接地距离保护的计算时，会出现接地距离保护的１Ｉ段（或ＩＩＩ段）与相邻线路的Ｉ段（或ⅡＩ段）配合整定，而相邻线路不存在接地距离保护，此时接地距离保护的ＩＩ段（或ⅡＩ段）将与相邻线路的零序电流保护配合整定。这两种保护的动作原理不相同，配合关系也非常复杂，为了简化计算，仅考虑单相接地故障情况，并用简化公式进行计算：ｚ☆ｌＩＩ＝ＫｋＺｌ＋ＫｋＫｚＺ式中ｚ。为相邻线路零序电流Ｉ段（或Ⅱ段）保护范围所对应的线路正序阻抗值。第３０页进行较核。查塑查兰堡圭兰竺丝苎——接地距离Ｉ和ＩⅡ段保护整定的实现很简单，图４．３给出了接地距离ＩＩ保护的简要流程图ａ图４．３接地距离Ⅱ段保护整定流程４．３本章小结本章介绍了反映于接地故障而动作的保护——嗤地距离保护的整定。先说明了该保护的动作原理和特点，分析分支电源对接地距离保护整定的影响，然后介绍了这种保护的整定原则和程序实现。在程序实现中，用函数依赖法完成保护的整定配合。第３ｌ页东南大学硕士学位论文第五章相间距离保护的整定计算５．１概述距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小（距离大小）的阻抗继电器为主要元件（测量元件）．动作时间具有阶梯特性的相间保护装置。当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大于预定值时，表示故障点在保护范围之外，保护不动作；当上述阻抗小于预定值时，表示故障点在保护范围之内，保护动作。当再配以方向元件（方向特性）及时间元件，即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。当故障线路中的电流大于阻抗继电器的允许精确工作电流时，保护装置的动作性能与通过保护装置的故障电流的大小无关。距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择性的、较快地切除相间故障。当线路发生单相接地故障时，距离保护在有些情况下也动作，当发生两相接地故障时，它可与零序电流保护同时动作，切除故障。因此，在电网结构复杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时，则应考虑采用距离保护装置。距离保护一般装设三段，必要时也可采用四段。其中第１段可以保护全线路的８０％～８５％，其动作时间一般不大于０．０３～ｏ．１ｓ（保护装置的固有动作时间）。第１Ｉ段按阶梯特性与相邻保护相配合，动作时间一般为ｏ．５一１．５ｓ，通常能够灵敏而较快地切除全线路范围内的故障。由Ｉ、ＩＩ段构成线路的主要保护。第ⅡＩ（Ⅳ）段，其动作时间一般在２ｓ以上，作为后备保护段。由于距离保护主要反映阻抗值，一般说其灵敏度较高，受电力系统运行方式变化的影响较小，运行中躲开负荷电流的能力强。在本线路故障时，装置第１段的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响（只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件所允许的精确工作电流）。当故障点在相邻线路上时，由于可能有助增作用，对于第１Ｉ、ⅡＩ段，保护的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化，但一般情况下，均能满足系统运行的要求。由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小，因而装置运行灵活、动作可靠、性能稳定。特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活，是保护电力系统相间故障的主要阶段式保护装置。距离保护通常由四个元件组成；起动元件、方向元件、测量元件和时间元件。其中阻抗测量元件，即阻抗继电器是整套裟置的核心部件。阻抗继电器是反映从故障点至保护安装处之间阻抗值大小的测量元件，通常称为阻抗继电器。阻抗继电器的种类很多．根据其基本性质可分为两大类，即第１类阻抗继电器和第１Ｉ类阻抗继电器。第１类阻抗继电器的主要特点是，他的动作特性可直接表示在阻抗（或导纳）复数平面上，因而可利用它在复平面上的特性曲线，对继电器在各种故障方式及系统运行方式下的行为进行分析。这些特性曲线，都可以表示为通入继电器的电压与电流的某种函数。根据各种不同的构成方式，可以得到圆、直线、椭圆、平行四边形等各种轨迹曲线；也可以构成带有方向性的圆特性及带有偏移的【司特性曲线。对于第Ⅱ类阻抗继电器，根据它的动作原理，其动作特性不能表示成为复平面上的单一变量Ｚ的某个函数曲线，因而只能根据继电器的原始动作方程式，以及具体的系统运行方式和故障类型，对继电器的动作行为进行分析，所以其特性分析较为复杂。阻抗继电器的电流及电压回路的接入，有各种不同的接线，譬如：有接入相电压和相电流的；有接入相间电压和相电流之差的等等。对于不同的接线方式，在各种类型的短路故障情况下，继电器端子上所测得的阻抗值是不同的。按照接至阻抗继电器端子上的电流及电压的不同组合情况，常用的阻抗接线方式如表５－１所示：第３２页东南大学硕士学位论文表５—１０。接线阻抗继电器接线方式袁＋３伊接线一３矿接线Ｕ、ｉｌＵｉＹ０。接线ｕ补偿接线Ｕ△／１ｙ＋Ｋ３ＩｏｌｉｌＡ相别ＵＪＡＢＵ、；ｌ～ｆｉｉＡ—ＩＢＵ△／ＩｒＵＪＵＡＢＵ８（：Ｉｉｘ｜ｌＹｌｉｑＵ』％Ｕ』ＵＢＩＪ¨口ｕＢｃＵｃＡ，』，Ｂ％ＢＥ，日ｃ－－ＩＢ－－１（１一ＩＡ＾＋Ｋ３ｋｋ＋Ｋ３ｂＩｃ＋Ｋ３ＩｏｌＢ—ＩＣ％Ｕｃ，ＢＣＩｃ—ＩＡ％＋３，ｃ％七％表５—２故障类型Ｄ（３）不同接线方式的阻抗继电器测量阻抗值０。接线ｏｏ接线一３０＊接线０。接线补偿接线ＵＡ，／Ｉｙ＋Ｋ３ＩｏＵ△／ｚ△ｚｌＺＩＵＡ／ｌｒ４３ｚＩｃＪ３０２Ｚ．Ｕ～｝１ＹＵＡＩＶｙＺＩ拿五ｅ印”Ｚｌｚ【Ｄ（２）ＤＯ）２ｚＪ＋Ｚ２ＺｌＤ０，Ｄｚｌ（２－警）ｚｌｒ２—３／ｏ）垒２、Ｉｙ表中ｚｌ为线路的正序相阻抗，并假定电流互感器及电压互感器之变比均为１５．２相间距离保护整定原则及程序实现“Ｈ钔５．２．１距离保护Ｉ段整定（１）当被保护线路无中间分支线路（或分支变压器）时，按躲本线路末端相间故障整定，即Ｚｏｚｌ＝ＫｋＺｌ对方向阻抗继电器则有‰＝吼式中坼——可靠系数，取Ｋ｝＝０，８～ｏ．８５：Ｚ，——本线路正序阻抗；‰——继电器最大灵敏角２丑。——被保护线路的阻抗角。（２）当线路末端仅为一台变压器时，送电侧保护伸入受端变压器ＺｄｚＩ＝ＫｋＺｌ＋ＫｔｒＺ，式中Ｋ＾、ＫＴ——可靠系数，取Ｋ＾＝０．８～０．８５，ＫＩｒ≤ｏ．７；ｚ；——终端变压器并联等值正序阻抗。５．２．２距离保护Ｉ【段整定（１）按与相邻线路相间距离Ｉ段配合整定，即Ｚｅｓｔｓ＝如Ｚ１＋Ｋ＇ｋＫｚｚ二式中ＫＩ、Ｋ：——可靠系数，取ＫＩ＝０．８～０．８５，Ｋ：ｓｏ．８第３３页东南大学硕士学位论文Ｋ，——助增系数；ｚ二——相邻线路相间距离Ｉ段定值。最大灵敏角ｉ｜ｍ＝ｉ“式中ｆ。Ｉ——线路正序阻抗角。（２）按本线路末端故障有足够灵敏度整定，即ＺＭＩ＝ＫｔｍＺｌ式中Ｋｈ——灵敏系数，Ｋｍ＝１．３～１．５。（３）按躲变压器其他侧母线故障整定，即ｚｄｚ【Ｉ＝以ｚｌ＋以ｒＸｚｚｒ式中Ｋ女、置＂——可靠系数，取Ｋ女＝０．８～０．８５，Ｋ女ｒｓｏ．７ｚ；——相邻变压器正序阻抗。（４）按与相邻线路相间距离ＩＩ段配合整定，即ｚｄｚⅡ２ＫｋＺＩ＋Ｋ：ＫｚＺｄ＝ＩＩ式中Ｋ女、Ｋ：——可靠系数，取ＫＩ＝ｏ．８～０．８５，Ｋ：≤ｏ．８；ｚ０——相邻线路相间距离ＩＩ段动作阻抗。最大灵敏角ｆ／ｍ＝ｉｘｌ式中，ｄ——线路正序阻抗角。５．２．３距离保护ＩⅡ段整定（１）按与相邻线路相间距离ＩＩ段配合整定，即ｚⅫＩ＿托ｚ１＋Ｋｓ，ＫｚＺ枷式中ＫＩ、Ｋ：——可靠系数，取Ｋ＾＝０．８～０．８５，蚝ｓｏ．８；最大灵敏角ｉＩ％＝ｉ“式中ｉ。．——线路阻抗角。（２）按与相邻变压器相间短路后备保护配合整定，即ｚ删＝Ｋｋ（ＫＩＫｚ挚ｚｃ）ｚｊ出式中＆——可靠系数，取ＫＩ＝０．８～０，８５；Ｕ。一ｍ。——电网运行最低线电压；止——相邻变压器相间短路后备保护定值；ｚ，、——背侧系统等价阻抗；（３）按与相邻线路距离Ⅲ段配合整定，即第３４页东南大学硕士学位论文Ｚａｒ．ｍ＝ＫｋＺＩ－ｋＫｋＫｚＺａｚｕｔ式中Ｋ＾、芷：——可靠系数，取心＝０．８～０．８５，Ｋ：≤０．８；ｚ二——相邻线路相间距离Ⅲ段动作阻抗。（４）按躲最小负荷阻抗整定，即ｚ“ｎ＝ＫｋＺＦＨ式中Ｋ々——可靠系数，取Ｋ＾≤０．７；ＺＦｎ——按实际可能最不利的系统频率下阻抗元件所见到的事故过负荷阻抗，根据运行部门提供本线路的最大负荷功率，由ｚⅢ：箬获得。。ｍ积５．２．４距离保护各段动作时间的选择配合原则１．距离保护Ｉ段的动作时间距离保护Ｉ段动作时间按保护装置本身的动作时间，一般为不大于ｏ．０３～０．Ｉｓ，不作特殊的计算。２．距离保护ＩＩ段的动作时间距离保护ＩＩ段动作时间应按阶梯式特性逐段配合。当距离保护ＩＩ段与相邻线路距离保护Ｉ段配合时，若距离Ｉ段动作时间为ｏ．１ｓ以下时，Ⅱ段动作时间可按０．５ｓ考虑；当相邻距离保护Ｉ段动作时间为０．１ｓ以上时，或者与相邻变压器差动保护配合时，则距离保护ＩＩ段时间取选择为０．５～ｏ．６ｓ。当距离保护ＩＩ段与相邻距离保护Ⅱ段配合时，按式“＝ｆ；＋△ｆ计算，其中ｆｊ为相邻距离保护ＩＩ段的时限。３．距离保护Ⅲ段的动作时间距离保护Ⅲ段的动作时间仍应遵循阶梯式逐级配合的原则，但应注意：（１）躲过系统振荡周期距离保护ＩⅡ段动作时间不得低于常见的系统振荡周期（园距离保护Ⅲ段一般不经过振荡闭锁控制）。系统常见的振荡周期为１～１．５ｓ，故距离保护Ⅲ段动作时间应大于或等于２ｓ。另外，当相邻距离保护ＩＩ段经振荡闭锁控制时，为了在重合闸后距离保护能与相邻的距离保护相配合，可将距离保护ⅡＩ段经重合闸后延时加速到１．５ｓ，这样既可满足躲过振荡的要求，又满足了与相邻距离保护ＩＩＩ段相配合的效果。（２）在环状电网中距离保护动作时间的配合在环状电网中，距离保护ＩⅡ段的动作时间，仍应按阶梯式特性逐级配合，但若所有ⅡＩ段均按与相喜ｇｌＩＩ段配合，则势必要出现相互循环配合的结果。例如，某环网由１１、ｈ、ｈ三条线路组成，若按ⅡＩ段与ⅡＩ段时间配合，则将有１．的Ⅲ段的‘Ⅲ“）＝ｔⅢ（，２）＋△ｒ；而ｆⅢ（，２）＝ｔⅢ（ｆ３）＋Ａｔ；则又需ｆ。（，，）＝ｔ。（¨＋△，是不可能的。这一现象在别的类型的保护整定中也会出现，所以必须选取某一线路的距离保护ⅡＩ段与其相邻线路的距离保护ＩＩ段动作时间相配合，即环网中距离保护Ⅲ段动作时间的起始配合点，也就是第二章所介绍的断点集。通常，按以下几个方面考虑：①若相邻线路比本线路长，则本线路距离保护ＩⅡ段可考虑按与相邻线路距离ＩＩ段动作时间配合。②本线路与相邻线路之间有较大的助增系数，且受运行方式变化的影响较小，可按本线路距离保护ＩⅡ段与相邻距离保护ＩＩ段动作时间相配合。③当相邻线路距离保护ＩＩ段时间较短而相邻线路的距离保护Ⅲ段的动作时间又过长时，可考虑第３５页东南大学硕士学位论文本线路距离保护Ⅲ段与相邻距离保护ＩＩ段动作时间相同。５．２．５相间距离保护的程序实现用户所选定的整定范围内的线路，一部分将互相联系形成环网，这样相间距离的整定与零序电流保护的整定计算相似。在整定过程中将出现相互循环配合的情况，如５，２．４中所述，将复杂环网从断点集处断开，转换成辐射网进行计算，提高整个环网距离保护的灵敏度，缩短动作时间ａ程序实现的流程图跟接地距离相似，此处不再赘述。５．３本章小结相间距离保护是针对电力系统的相间故障而设的保护装置，在输电网中相间距离保护是必须配置的后备保护。本章叙述了相间距离保护的特点、阻抗继电器的接线方式和相应的测量阻抗，说明了相间距离保护阻抗定值、动作时间配合以及灵敏角的整定。第３６页东南大学硕士学位论文第六章电力系统高频保护的整定计算６．１纵联保护‘当线路故障时，靠保护单侧的电气量变化作为保护装置的动作判据难阻达到全线瞬时切除故障的要求。而纵联保护可借助于通道，将判别量传送到各侧，然后根据特定的关系，判定区内、外故障性质，以达到瞬时切除全线故障的目的。因此，判别元件和通道是纵联保护构成的主要部分。由于所选取的判别量及构成通道方式的不同，形成两大类纵联保护。第一类是载波纵联保护，其特点是判别量用间接方式传送给对侧，进行判别比较，由于判别量的不同，又可分为方向比较、相位比较及电流差动三种方式。其通道有载波、电缆、光缆及微波通道。目前，在２２０ｋＶ及以上高压电网中，大多采用电力载波通道为主，判别回路多采用闭锁跳闸式，由于这种保护方式在线路内部故障时，计时所传送的信号在故障点被短接而不能送到对侧时，保护仍能正确动作，所以在国内得到较广泛的采用。第二类是输电线路纵联差动保护或导引线保护，它的特点是将判别量直接经专用线传送给对方，进行比较。由于受传送距离的影响，又分为两种方式，一种是电缆线连接方式，另一种是将电流互感器二次电流变换后远距离传送方式。随着超高压、大电网的发展，线路纵联保护在电网中占有重要地位，由于系统稳定要求及继电保护配合需要，纵联保护往往用来作为线路主保护。各种保护因其构成不同，故适用范围及使用条件也不相同，但其共同的特点是：（１）不反应被保护线路以外的故障，故在定值选择上不需要与相邻线路配合，也不能作为相邻线路的后备保护。（２）能反应各种类型的短路故障。（３）动作时间～般约２周波左右，能与快速重合闸配合，提高系统的稳定度。（４）它由线路两侧装置构成一套完整保护系统，故要求两侧装置同型号，且两侧应同时投入运行。（５）载波高频保护，在运行中要求定期交换通道信号，以监视其装置的完好状态。６．２高频相差保护整定计算“儿“１高频相差保护用比较两侧工频电流相位相对关系的办法，判断故障发生在线路内部还是外部，由于它仅比较两侧电流相位，故有不反应系统振荡及电压回路无关的特点，按其工作原理，主要组成部分有起动元件、操作过滤器及相位比较元件等。６．２．１反映不对称故障的起动元件整定：ａ．高定值起动元件应接保护线路末端两相短路、单相接地以及两相短路接地故障有足够的灵敏度整定，，，大于４．０，不得小于２．０，同时要可靠躲过三相不同步时的线路充电电容电流，可靠系数大于２．０。ｂ．低定值起动元件应按躲过最大负荷电流下的不平衡电流整定，可靠系数取２．５ａｃ．高、低定值起动元件的配合比值取Ｌ５～２。ｄ．若单独采用负序电流元件作为起动元件的灵敏度不满足要求时，可采用负序电流加零序电流分量的起动元件』２＋盯ｏ。６．２．２反映对称故障的起动元件整定：ａ．低定值相电流起动元件定值应大于被保护线路正常运行时的最大负荷电流，可靠系数大于第３７页东南大学硕士学位论文１．５。ｂ．高定值相电流起动元件定值应为低定值相电流起动元件的１，６～２倍，并在线路末端发生三相金属性故障时有足够的灵敏度，灵敏系数不小下１．５，并可靠躲过线路稳态充电电容电流，可靠系数不小于２．０。６．２．３反映对称故障的阻抗继电器定值应可靠躲过正常运行时的最小负荷阻抗，可靠系数小于Ｏ．７，并保证在被保护线路末端发生三相短路故障时灵敏系数大于ｌ＿５。ａ．线路末端三相短路的最小短路电流应大于阻抗继电器最小精确工作电流的２倍。ｂ．若采用低电压元件代替阻抗元件时，低电压元件定值应低于系统最低运行电压，可靠系数小于Ｏ．７，并能保证在线路末端三相短路时的灵敏度，灵敏系数大于１．５。ｃ．如用电流元件代替阻抗元件时，电流元件的定值应可靠躲过线路稳态充电电容电流，可靠系数不小于２．０，并对末端金属性三相短路时的灵敏系数不小于１．５。６．２．４如＋盯。操作滤过器的Ｋ值，一般选Ｋ＝６，线路两侧的相差动保护应取相同的Ｋ值，Ｋ值与两侧电流互感器变比是否相同无关。闭锁角的定值随线路长度和误差增大而提高，闭锁角一般可整定为６０。～８０。。６．２．５为保证线路两侧相差动保护起动元件灵敏度的配合，两侧应采用原理相同的起动元件和选取相同的一次动作电流。６．３高频闭锁方向保护整定计算高频闭锁方向保护装置通常由起动元件和方向元件组成。有的将起动元件和方向元件接全电压和全电流，也有的接相序电压和相序电流，还有将起动元件与方向元件两功能综合在一起，选用阻抗继电器来完成。对于接于全电压和全电流的装置，在系统振荡时，可能谡动作，应附有振荡闭锁装置；对接负序、零序分量的保护装置，不反应系统振荡。６．３．１起动元件的整定为防止在区外故障时，由于线路两侧电流互感器误差不同和起动元件动作值的离散而出现单侧起动元件动作的情况，以致造成误跳闸，往往在线路两侧分别装设两只灵敏度不同的起动元件。灵敏度高的起动元件用于发信（一般称为低值），灵敏度低的起动元件用于起动跳闸回路（一般称为高值），并且它们之间有一定的灵敏度配合关系，以保证一侧高值动作时，对侧低值一定被起动，从而可防止误切非故障线路。（一）全电流、全电压起动元件整定１．电流元件整定对于起动跳闸的电流元件（或正向起动电流元件）：（１）按大于本线最大负荷电流整定，即１出掣Ｌ：型生唑世．式中％．。。—・最大负荷电流；雠——可靠系数，取２．５－－３第３８页东南大学硕士学位论文Ｋ，——返回系数，取０．８５ｌ☆．ｑｔ——起动跳闸元件动作值，未说明均为一次值。（２）按保证线路末端有灵敏度整定，即，，ｄｍｍ‰矿ｉ：：＿式中ｌａ．１ＩｌｉⅡ——线路末端发生各种金属性故障时，流过本侧的最小故障电流值：Ｋｈ——灵敏系数，取１．５－－２；所选定值需同时满足上述两个条件。起动发信的电流元件（或反向起动电流元件）：按与起动跳闸元件配合整定，即ｋ”５詈式中』女。——起动发信元件动作值，未说明均为一次值；也——可靠系数，取１．６－－２；２．电压元件整定按躲过最低运行电压整定，即％２—１Ｆ，，（０．９一Ｏ．９５）Ｕ…式中ｕ…——额定相间电压；Ｋ。——可靠系数，取１．２；Ｋ，—返回系数，取１．１５；（二）负序电流、负序电压起动元件整定１．负序电流元件整定起动跳闸元件：（１）按保证线路末端故障有灵敏度整定，即，ｄｇ。ｉｔ＝等式中，女。——线路末端发生各种非对称故障时，流过本侧的最小负序电流值ｔ当还有零序起动元件时，可只考虑两相短路的负序电流；Ⅳ。——灵敏系数，取２：（２）对于超高压线路，还要求大于空载充电，由于开关不同期合闸产生的负序电容电流为，☆Ⅲ＝Ｋｋｌｃ２式中，ｃ２——负序电容电流，查阅表６－１或按实际参数计算Ｋｈ——灵敏系数，取２．５～３；第３９页东南大学硕士学位论文表６—１各级电压线路充电电流参考值（每１００ｋｍ值）～相合闸两相合闸正序电流（Ａ）２１．６４５７６．１２三相合闸线路计算电压（ｋＶ）２２０５００嚣嚣。霜言囊瑟１０负序电流∞１２．７８三倍零序电流（Ａ）２６．７８８７．７８相电流“）３４．３１２３３０１５１０２３４４６．８６取动作值须大于（２），小于（１）的。起动发讯元件：按与起动跳闸元件配合攘定，即ｋｑｆ式中２鲁Ｋ。——酉己合系数，取１．６～２。２．负序电压元件整定按大于正常负荷状态下的负荷不平衡电压整定，即Ｕ出＝ＫｋＵｂ口式中Ｕｂ——最大不平衡负序电压值，一般在３Ｖ以下Ｋｔ——可靠系数，取１．２。灵敏度校验Ｋｈ２ＶｃＵｙ２．ｂｍｍ式中Ｕ。２。——线路末端故障时保护安装处的最小负序电压值；Ｋｈ——灵敏系数，要求大于ｉ．５。（三）零序电流起动元件整定１．起动跳闸元件（１）按线路末端发生接地故障时有灵敏度整定，即％旷粤血＾Ｉｍ式中３Ｉｏ。——线路末端故障时，流过本保护的最小零序电流：Ｋｈ——灵敏系数，要求大于Ｉ．５—２。（３）对超高压线路，还要求起动元件动作值大于空载充电开关不同期时的零序电容电流，即，☆ｍ＝Ｋｋｌｃｏ式中，ｃｏ——零序电容电流，可查阅表６－１或按实际参数计算足女——可靠系数，取２．５～３。选动作值须大于（２）项数值，小于（１）项数值。２．起动发信元件其动作值的计算与负序电流起动发讯元件相同。第４０页东南大学硕士学位论文６．３．２方向元件的整定方向元件用于区分区内、外故障，一般情况下，接全电压和全电流的方向继电器，灵敏度很高，故可以不作校验。对于负序和零序功率方向元件，当线路较短时，也可不作校验。唯有长线路的大电源侧，当线路末端发生故障时，保护所在母线的负序或零序电压很低，这时需校验功率方向继电器的灵敏度，即帖Ｕｏ％ｅ２ｌ：ｄ．２砜＝等式中Ｕ。２，［，舢——线路不对称短路时，保护安装处的负序或零序最低残压１ｄ２３Ｉ。——线路短路时，保护装置通过的最小负序电流或零序电流。，ｋ２，如ｏ——负序或零序方向继电器动作功率，应折合至一次侧代入Ｋｍ——灵敏系数，要求大于４；６．４本章小结高频保护是高压输电网的主保护，本章介绍了高频相差保护和方向高频保护整定规则及特点。因为高频保护不反应被保护线路以外的故障，所以整定计算时不需要与相邻线路配合，也不能作为相邻线路的后备保护，所以高频保护的整定比较简单。第４Ｉ页东南大学硕士学位论文第七章整定计算软件该软件是基于图形界面的整定计算，是一个代码庞大的软件，所以如何设计系统的软件结构及其数据结构和如何合理进行代码划分是非常重要的。而面向对象技术在大型软件的开发上有着无可比拟的优越性，利用面向对象的设计思想设计了软件的数据结构，利用ｃ＋＋封装了一整套图形对象类和整定计算类体系，依托ＶｉｓｕａｌＣ十＋的集成开发环境及其提供的ＭＦＣ４．２类库，设计了基于图形平台的输电网整定计算软件。７．１软件的功能特点和处理技巧１．软件用于计算２２０ｋｇ及以上电网线路零序保护、接地距离、相间距离保护以及高频保护定值，输入系统参数后，在可视化的系统图中选择整定计算类型，并自动输出整定结果。２．在整定计算时按最大运行方式整定，而在最小运行方式下进行校核。３．短路计算时忽略发电机、变压器、架空线路和电缆线路等阻抗参数的电阻部分，并假定旋转电机的负序电抗等于正序阻抗。各级电压可采用标称电压值或平均电压值，而不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。不计故障点的相间电阻和接地电阻，只考虑单一设备的金属性简单故障。４．正序分支系数的计算考虑对侧出现轮流检修，零序分支系数的计算不考虑轮流检修。５．零序保护一段定值的计算考虑对侧出现轮流检修，其余零序保护定值的计算不考虑轮流检修。６．整定计算中应用函数依赖的原理，获得整定计算的断点集和相关顺序矩阵，提高了整定计算速度。７．整定计算负荷｛２２０－－５００ｋＶ电网继电保护装置整定规程》（ＤＬ／Ｔ５５９—９４）等标准要求。图形化界面使操作直观、方便，软件扩展性强。能代替人工整定计算，在很大程度上提高了工作效率。８．程序有关系统参数和整定计算结果用数据库管理，计算条件、可靠系数选择、定值等由图形界面或菜单选择，定值结果也输出到文件，方便查看。在零序ⅡＩ段保护整定计算中，若是跟相邻线路零序ＩＩ段配合有困难时，应与相邻线路零序ⅡＩ段配台，即计算某线路的零序Ⅲ段保护定值时需要用到相邻线路的零序Ⅲ段保护定值，而相邻线路的零序ⅡＩ段保护定值也没有获得，这时应向前搜索，最后将问题归结于要先获得断点所在的继电器的零序ＩⅡ段保护定值作为初值。将断点集所在的继电器的零序ＩＩ段保护定值做为该循环套计算中的初值，基本可满足灵敏度要求。这个问题在零序Ⅳ段保护、接地距离ＩⅡ段保护、相间距离ＩⅡ段保护中也同样存在，可以用同种办法解决。７．２软件的设计与应用“儿９ＭＦＣ４．２提供了一种以文档一视图为核心的程序框架，即文档拥有数据的所有权，并且负责数据的增删、存储和读取等维护工作；而视图负责文档内数据的显示以及对用户不同操作的响应。文档与视图之间通过消息进行相互的沟通。因为图形的建模是由用户来完成的，因此所有的电力系统图元必须动态创建，并且图元的数量也是不确定的，所以必须使用动态数据结构存储图元。该软件中主要运用了动态数组。动态数组描述了线性表的数据结构。动态数组把线性表的结点按逻辑次序依［：！ｉ！ｉ！ｉ！：：］：：：：ｉ！；１５ｆ；！蜀…～－圈……一圈图７．１动态数组的数据结构简图第４２页东南大学硕士学位论文次放在一组连续的存储单元中。因此可以通过位置索引直接存取结点。在增加结点时，如果已申请的内存空间不足，则需申请更大块的内存空间，一方面把原有内存空间的结点复制到新的内存块中，另一方面在合适位置插入新增结点。否则只需插入新增结点。插入结点后，插入位置后的所有结点必须后移。删除结点时，把被删除结点以后的所有结点依次前移。比如，若要在结点ｉ与结点ｉ—ｌ之间插入结点（设有足够的内存空间），首先把结点ｎ…结点ｉ＋ｌ、结点ｉ依次后移，然后把新增结点植入结点ｉ处。若要删除结点ｉ，只需把结点ｉ＋ｌ、结点ｉ＋２、…结点ｎ依次前移。该数据结构的优点是支持位置索引，可以快速从线性表（ｑ，。，…“）中取出或删除ｑ（以位置信息ｉ为索引）。在图元的增删（图元剪贴、复制、拷贝）过程中，序号的维护将十分烦琐，而动态数组可以较好地支持索引操作。另外，用户按照某种条件选择部分图元，然后存盘，下次打开图形文件时，希望上次选择的图元信息仍然有效，这里牵涉到索引的存取（索引信息写入文件或数据库，从文件或数据库中读取索引信息），动态数组支持以位置信息作为索引，可以很好的满足要求。在该软件中定义一指针数组ＣＯｂＤｅｒｉｖｅｄＡｒｒａｙ＜ＣＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔ＊＞ｍ＿ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐＡｒｒａｙ，图形中每增加一个图元，数组ｍ～Ｅ１ｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐＡｒｒａｙ中增加一个元素，数组中的元素为指向各个图元的指针。在图形中添加图元时，“新增”图元添加在数组末端，只有在个别情况下才会涉及大量节点的复制。在图元删除时（对应图元的删除与剪切），如被删除图元对应的结点不处于线性表的尾部（大多情况如此），需要将结点前移，不过删除操作并不是很频繁的重要操作。由于该数组中的元素为指针，所以不存在大量的对象复制建构与解析过程。本系统主要由这样几个模块构成：ｉ．网络拓扑绘图模块；２．数据库管理模块；３．潮流计算和短路电流计算模块；４．继电保护整定计算模块；５．整定结果输出模块。面向对象的开发方法贯穿于工程始终，该方法的运用简化了编程，提高了效率。软件用了类的封装、继承、多态等特性，模块中的各子功能被封装在各个类中，以成员函数的形式出现，便于程序的维护和扩展。其整体结构如图７．２所示：ｌ网络绘图潮流计算短路电流计算ＪｌＪ｝８人机对话界面卵竹ｊｆＩ整定计算数据管理整定结果输出图７．２整体结构框图７．２．１网络拓扑绘图１．图形建模子系统ａ．具有图形工具箱，提供变压器、输电线路、母线等电气元件模型ｂ．元件模型的设备参数数据库关联性２．可视化系统建模ａ．图上参数设置，网络结构参数的自动生成ｂ．已有电网接线图及元件参数的修改和补充根据整定计算的需要，该程序中网络的元件只包括母线、变压器、输电线、断路器、发电机、第４３页东南大学硕士学位论文接地电抗和负荷，图形工具箱放置在绘图界面的左Ｆ方供用户选择。在网络接线图中不同电压等级的元件用不同的颜色表示，双击元件可弹出元件的属性对话框，可以输入或修改各个元件的原始参数，对于属性的修改，信息能正确反映到图形中去。该图形界面模仿ｖｉｓｉｏ的功能，可以对图形的比例大小进行调节，并且可以改变绘图的背景，另外具有块操作、旋转、删除、复制、粘贴以及漫游等功能。如图７．３所示为网络接线图的绘制界面。图７．３电气接线图的绘制界面在程序中定义一个类ＣＥｌｅｏｔｒｉｃＣｏｎｐｏｎｅｎｔ作为各个元件类的基类，使每个元件类既具有相同的属性，又有各自不同的特性。所有的图元的位置用坐标来表示，每个图元具有一个、两个或多个端点，在网络拓扑分析中根据各端点坐标的大小来判断元件的连接关系。例如发电机是具有一个端点的元件，而断路器具有两个端点，若是发电机的端点跟断路器的任一端点重合，则可以判断发电机与断路器相连接。其中耍说明的是，三绕组变压器虽然属于三个端点的元件，但在程序中假设三绕组变压器中间有一虚拟端点，即一个三绕组变压器在计算过程中是一个有四个节点的元件。在进行网络拓扑关系分析时，先将节点编号，程序中依次将发电机的端点、母线以及三绕组变压器的虚拟节点编号。得到节点编号后，从母线出发，找到跟与母线相连的线路，从而得出线路首尾节点。拓扑分析通过四个函数来实现：ｖｏｉｄＢｒａｎｃｈＰｒｅｐａｒｅ０：／／支路拓扑分析（包括线路、变压器以及接地电抗）ｖｏｉｄＢｒａｎｃｈＭｊｕｓｔ０：／／处理并联支路（将首尾节点编号相同的支路合并）ｖｏｉｄＬｏａｄＰｒｅｐａｒｅ０：／／负荷分析ｖｏｉｄＧｅｎＤａｔａＰｒｅｐａｒｅ０：／／发电机分析在绘制电气接线图时，每向图中增加一个图元，动态数组ｍ＿ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐＡｒｒａｙ就要增加一个元素。在进行拓扑分析时，为了避免每次从ｍＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐＡｒｒａｙ取出元素时都要判断该指针元素第“页东南大学硕士学位论文所指的电气元件类型，定义了ｍ＿ＬｉｎｅＡｒｒａｙ、ｍＢｕｓＡｒｒａｙ、ｍ＿ＢｒｅａｋｅｒＡｒｒａｙ、ｍ＿ＧｅｎＡｒｒａｙ和ｍ＿ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＡｒｒａｙ等动态数组，分别存储输电线、母线、断路器、发电机以及变压器等元件指针，减少了循环的时间，加快了程序执行效率。７．２．２数据库管理该系统中数据库管理包括元件参数管理、拓扑信息管理和整定信息管理。变压器、发电机和线路的原始参数用数据库管理．利用ＯＤＢＣ将数据库与元件的属性对话框相连。ＯＤＢＣ为后台数据库和翦台应用程序提供了接口，使数据库的设计和应用设计相对，相互之间的耦合度大大降低。利用ＯＤＢＣ成功地解决了图形界面、保护整定计算与数据库的通讯．使绘图模块和整定计算模块可访问所需的任何数据信息。例如，图７．４为三绕组变压器的属性框，变压器的型号、电压等级、容量比和分抽头都可以从组合框中选择，组合框所对应的变量跟数据库表中字段对应的成员变量相对应。用户选择的这些数据信息决定了电气元件的电气特性，如变压器容量、电抗以及线路的阻抗等。若是组合框中没有用户所需要的变压器型号，刚用户可以在视图上添加，所添加的信息写入到数据库中。图７．４三绕组变压器属性框电气接线图绘制完成后首先进行网络拓扑分析，分析结果也写入到数据库中，包括支路信息、发电视信息、负荷信怠以及Ｐｙ节点信息，用三个成员函数完成该操作：ｖｏｉｄＢｒａｎｃｈＤａｔａＯｕｔ０：／／写入支路信息（包括支路状态、起始节点序号、正序阻抗、非变比系数、零序阻抗和零序电纳）／／写入负荷信息（包括负荷状态、节点序号和负荷功率）／／写入Ｐｖ节点信息（包括节点序号和电压标幺值）／／写入发电机信息（包括发电机状态、节点序号、有功功率、无功功率、负序电抗、次暂态电抗和暂态电抗）ｖｏｉｄＬｏａｄＤａｔａＯｕｔ０：ｖｏｉｄＰＶＮｏｄｅＯｕｔ０：ｖｏｉｄＧｅｎＤａｔａＯｕｔ０：拓扑分析结果中的这些数据信息作为后面潮流计算、短路计算以及整定计算的数据源。用数据库管理这些信息，既考虑了系统的可扩充性，又方便了模块之间的数据共享。对于整定信息管理．按零序电流保护、接地距离保护以及相间距离保护三个表存储，每个表中第４５页东南大学硕上学位论文都包括了被整定的继电器的名称、电压、所在线路名、各段保护定值以及动作时间。以零序电流保护定值表为例，从Ｃｒｅｃｏｒｄｓｅｔ类中派生ＣＤＢＺｅｒｏ类，其定义如下：ｃｌａｓｓＣＤＢＺｅｒｏ：ｐｕｂｌｉｃＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔｐｕｂｌｉｃ：ＣＤＢＺｅｒｏ（ＣＤａｔａｂａｓｅ＊ｐＤａｔａｂａｓｅ＝ＮＵＬＬ）：ＤＥＣＬＡＲＥＤＹＮＡＭｌｃｆＣＤＢＺｅｒｏ）｜ｆＦｉｅｉｄ／ＰａｒａｍＤａｔａ／／¨ＡＦＸ＿ＦＩＥＬＤ（ＣＤＢＺｅｒ％ＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔ）ｉｎｔⅢ＿ｖｏｈａｇｅ：／／电压ＣＳｔｒｉｎｇｍ＿Ｂｒｅａｋｅｒ：／／继电器标识ＣＳｔｒｉｎｇｍ＿ＬｉｎｅＮａｍｅ；／／所在线路名ｄｏｕｂｌｅｍ—ＺｅｒｅＩ：／／零序一段保护整定值（标幺值）ｄｏｕｂｌｅｍ＿ＺｅｒｏＩＩ：／／零序二段保护整定值（标幺值）ｄｏｕｂｌｅｍＺｅｒｏｌｌＩ：／／零序三段保护整定值（标幺值）ｄｏｕｂｌｅｍ＿Ｚｅｒｏ］Ｖ；／／零序四段保护整定值（标幺值）ｄｏｕｂｌｅｍｔ２．／／零序二段保护动作时间ｄｏｕｂｌｅｍｒ３：／／零序三段保护动作时间ｄｏｕｂｌｅｍ＿ｔ４：／／零序四段保护动作时间／／】）ＡＦｋＦＩＥＬＤｉｎｔⅢ＿ＶｏｔｔａｇｅＰａｒａｍ；ＣＳｔｒｉｎｇｍ＿ＢｒｅａｋｅｒＰａｒａｍ；／／Ｏｖｅｒｒｉｄｅｓ／／ＣｌａｓｓＷｉｚａｒｄｇｅｎｅｒａｔｅｄｖｉｒｔｕａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｖｅｒｒｉｄｅｓ／／ｆｆＡＦＸ＿ＶＩＲＴＤＡＬ（ＣＤＢＺｅｒｏ）ｐｕｂｌｉｃ：ｖｉｒｔｕａｌＣＳｔｒｉｎｇ６ｅｔＤｅｆａｕｌｔＣｏｎｎｅｅｔ０：／／ＤｅｆａｕｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｉｎｇｖｉｒｔｕａｌＣＳｔｒｉｎｇＧｅｔＤｅｆａｕｌｔＳＱＬ（）：／／Ｄｅｆａｕｌｔｓ扎ｆｏｒＲｅｃｏｒｄｓｅｔｖｉｒｔｕａｌｖｏｉｄＤｏＦｉｅｌｄＥｘｃｈａｎｇｅ（ＣＦｉｅｌｄＥｘｃｈａｎｇｅ＋ｐＦＸ）：／／ＲＦＸｓｕｐｐｏｒｔ／／ｊｊＡＦＸ—ＶＩＲＴＵＡＬ／／Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ＃ｉｆｄｅｆＤＥＢＵＧｖｉｒｔｕａｌｖｏｉｄＡｓｓｅｒｔＶａｌｉｄ（）ｏｏｅｓｔ：ｖｉｒｔｕａｌｖｏｉｄＤｕｍｐ（ＣＤｕｍｐＣｏａｔｅｘｔ＆ｄｅ）Ｃｏｎｓｔ，＃ｅｎｄｉｆｊ：其中的成员变量ｍ＿ＶｏｌｔａｇｅＰａｒａｍ和ｍ＿ＢｒｅａｋｅｒＰａｒａｍ用于查询数据，即给定一个继电器的电压和标识通过查询数据库，可以得出该继电器的其它字段的内容。７．２．３潮流计算和短路电流计算在绘制网络接线图时手动设定一个平衡节点，在发电机属性对话框框中设膏节点属性，可选择该发电机节点为平衡节点、Ｐｖ节点或ＰＱ节点。平衡节点的电压幅值和相角、ＰＶ节点的有功功率和电压幅值以及飚节点的有功功率和无功功率由用户自己输入，然后直接进行菜单操作，从数据库中读取支路、发电机、负荷以及ＰＶ节点的信息，进行潮流计算。该软件中的潮流计算采用牛顿一拉夫第４６页东南大学硕士学位论文逊法，计算精度能够满足要求。潮流计算的结果以文件形式存储，短路电流计算时从文件中读取潮流计算结果中的信息以及故障信息，从菜单进行操作计算．计算原理框图如图７．５。短路电流计算的结果存储在变量中，供整定计算使用。因为整定计算中耍频繁调用短路电流计算程序，嗣变量传递信息可以避免频繁从文件中读取数据，提高程序执行的效率。蚓７．５短路电沉计算的原理框图７．２．４继电保护整定计算这是该软件中最主要的部分，将整定计算独自定义一个类ＣＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＣａｌ。由于线路两端分别接有断路器，而继电器装设于线路两端，所以在整定计算时用断路器表示继电器。由整定类的成员函数ｖｏｉｄＧｅｔＰＢＰ（ｉｎｔｖ０１）；／／得到同一电压等级下的主从保护配对关系ｖｏｉｄＧｅｔＦＤ（ｉｎｔｖ０１）：／／得到同一电压等级下的函数相关表达式ＢＯＯＬＩｓＢＰＳ（ＣＳｔｒｉｎｇＡｒｒａｙ＆Ｓ，ｉｎｔｖ０１）：／／判断～集合是否为断点集ｖｏｉｄＧｅｔＭＢＰＳ（ｉｎｔｖ０１）：／／获取最小断点集得到网络中各个电压等级下的最小断点集和整定顺序矩阵，为整定计算做好准各。成员函数ｄｏｕｂｌｅＧｅｔＫｆｚＯ（ＣＢｒｅａｋｅｒ＊ｐＢｒｅａｋｅｒｌ。ＣＢｒｅａｋｅｒ＊ｐＢｒｅａｋｅｒ２）和函数ｄｏｕｂｌｅＧｅｔＫｆｚｌ（ＣＢｒｅａｋｅｒ＊ｐＢｒｅａｋｅｒｌ，ＣＢｒｅａｋｅｒ＊ｐＢｒｅａｋｅｒ２）用来求取零序分支系数和正序分支系数。这是整定计算中一个重要环节，在零序电流保护整定中需要最大零序分支系数，而相间距离保护和接地距离保护整定计算中需要最小助增系数，分别求得最大零序和正序分支系数后取大者再求倒数即为最小助增系数。图７．６可靠系数的输入界面在各种保护类型的整定计算中，由用户根据整定规程自己输入可靠系数，如图７．６所示为零序第４７页东南大学硕士学位论文ＩＩ段保护整定可靠系数的输入界面。在整定计算时假定各继电器处安装同种保护，使用菜单进行整定。７．２．５整定结果输出整定计算的结果按照保护类型写入至《数据库，为了查看整定结果方便，利用ＯＤＢＣ将数据库与视图相连，可以得到某个单独的继电器各种保护的定值。若是想要同一类型保护的整定值，如按距离保护或按零序电流保护分别进行整定计算的结果，可以从数据库中获得，也可以从视图获得。图７．７为整个系统中２２０ｋＶ的继电器的接地距离保护的整定值。因为计算过程中所有的参数都用标幺值，所以计算结果中各电流值或阻抗值都为标幺值。图７．７整定计算结果输出７．３本章小结本章介绍了所编制整定计算软件的结构、功能特点和技术处理技巧。在绘图界面上绘制电网接线图后，可以进行潮流计算、短路计算以及各种保护的整定计算，最后输出整定结果。用户只要输入电气元件的原始参数，以及整定计算中所需要的可靠系数，就可以很方便的得到整定结果第４８页东南大学硕士学位论义第八章结论８．１结论整定计算是继电保护的一项非常重要的工作，改进整定计算的精确度，提高效率，对电力工业的发展有着极大的意义。本论文针对目前电力系统继电保护整定计算的现状，以面向对象的语言ＶｉｓｕａｌＣ＋＋编制了整定计算软件，用于输电网线路的整定计算。该软件也经过反复考核，具有一定的健壮性和可扩展性。总结本文的工作，取得以下几个方面的研究成果：１．应用了函数依赖的概念，该方法能够快捷地找到整定的起始点——断点和整定顺序矩阵，这些断点可以断开网络的所有回路，将网络简化为辐射网，用函数依赖法简化了程序的编制、调试和维护，同时实现了它在整定计算中的应用。２．针对方向型零序电流保护，接地距离保护和相间距离保护的基本原理，实现了这三种保护整定计算的计算机整定。３．分析了高压电网线路各种类型的保护的特点、性能以及各自整定计算的原则。其中对零序电流保护中较为复杂的分支系数的求取、互感双回线的情况作也作了探讨。４．完成了图形化整定计算软件的完整功能。该软件具有以下功能：１）能够绘制电力系统网络电气接线图，并可以进行参数修改、定值修改等，各项操作直观、方便。２）具备潮流计算和各种故障类型的短路计算功能，结果正确。３）能进行输电网线路各类型的保护整定计算，结果符合（２２０－－５００ｋＶ电网继电保护装置运行整定规程》。４）该软件采用菜单形式进行人机交互，用数据库进行网络参数进行管理，具有较好的人机界面。８．２不足与展望由于时间关系加之能力有限，本文的研究工作还存在一些不完善的地方，拟在以后的工作中作进一步改进，现总结如下：目前只实现了２２０ｋＶ及以上的输电网的继电保护计算机整定，还没有开发出适用于各个电压等级的保护整定计算软件，以后可以开发出通用的电力系统继电保护整定计算软件，并编译成动态连接库方式。另外，该软件最后的整定结果只是标幺值，可以加入电流互感器，折算到有名值，给出标准的整定单输出，这样可以进一步完善人机界面，增加功能。第４９页东南大学硕士学位论文参考文献【１】崔家佩等，《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》，中国电力出版社，１９９３．３【２】陈亚民，《电力系统计算程序及其实现》，中国电力出版社，１９９５．１１【３】贺家李和宋从矩，《电力系统继电保护原理（第二版）》，水利电力出版社，１９８０【４】国家电力调度通信中心，《电力系统继电保护规定汇编》，中国电力出版社，２０００．５【５】胡宏，《电力系统继电保护整定计算软件包的研制》，清华大学硕士学位论文，１９９５．６【６】胡大良，《地区电网继电保护计算机整定及数据管理系统研制》，上海交通大学硕士研究生学位论文，１９９７．１【７】冯畅，《通用化的电力系统故障仿真系统的研究》，东南大学硕士学位论文，２００２．３【８】朱晓华、吴捷，《继电保护整定中的短路电流计算问题》，电网技术，２０００，２４卷第１０期Ｐ１９——Ｐｍ【９】ＤａｖｉｄＪ．Ｋｒｕｇｌｉｎｓｋｉ，｛Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋技术内幕》，清华大学出版社，２００１．３【ｌＯｌ孙辉等，（６３ｋＶ及以下电网继电保护整定计算及管理系统的研制》，继电器，１９９５年第１期【１１】李光琦，《电力系统暂态分析》，中国电力出版社，１９９５．１１【１２］王维俭，《电力系统继电保护基本原理》，清华大学出版社，１９９１【１３】王珍珍、凌煦，《电力系统高频保护整定计算的管理程序》，电力自动化设备，第４期Ｐ＊一Ｐｔｔ【１４１曾克娥等《继电保护整定计算软件中数据结构的探讨》，继电器，２００２．１，第３０卷第１期Ｐ２ｓ—Ｐ２７【１５】张超、陈允平。《图形程序设计在继电保护计算机辅助整定计算软件开发中的应用》，继电器，２００２．２，第３０卷第２期ＰｄＢ一‰【１６１曹绳敏，《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》，水利电力出版社，１９９５．５【１７］陈永琳，《电力系统继电保护的计算机整定计算》，中国电力出版社，１９９４【１８１王梅义等，《高压电网继电保护运行技术》，水利电力出版社，１９８４【１９１张伯明、陈寿孙著，《高等电力网络分析》，清华大学电机工程与应用电子技术系．１９９３［２０ｌ王旭蕊，《继电保护机辅整定计算中的图论方法》，继电器，１９９２，Ｎ０１．ｐｐｌ一１２【２ｌ】Ｌ．Ｊｅｎｋｉｎｓ，Ｈ．Ｐ．Ｋｈｉｎｃｈａ，Ｎｏ．ＬＪａｎｕａｒｙ１９９２“ＡｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｏｎＤｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓＴｏＴｈｅＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓＯｆＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｓ”．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，Ｖ０１．７【２２】Ｍ．Ｊ．Ｄａｍｂｏｒｇ，ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＲ．Ｒａｍａｓｗａｍｉ，Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ．ｓ．Ｖｅｎｋａｔａ，ＳｙｓｔｅｍＪ．Ｍ．Ｐｏｓｔｆｏｒｏｏｓｈ，“ＣｏｍｐｕｔｅｒｏｎＡｉｄｅｄＰＡＳ，Ｄｅｓｉｇｎ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｖ０１．１０３，Ｎｏ．１，ＰＰ．５卜５９，Ｊａｎｕａｒｙ１９８４［２３１ｖ．Ｖ．ＢａｐｅｓｗａｒａＲａｏａｎｄＫ．ＳａｎｋａｒａＲａｏ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９８７“ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｏｎＲｅｌａｙｓ：ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＢｒｅａｋＰｉｏｎｔｓ”．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＰＷＤＲ，ｖ０１．２，ｐｐ．６３８—６４５，【２４］Ｍ．Ｊ．ＤａｍｂｏｒｇａｎｄＳ．Ｓ．Ｖｅｎｋａｔａ，”ＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ－ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ”，ＥＰＲＩＲｅｐｏｒｔＲＰ．１７６６—６，Ｊａｎｕａｒｙ１９８４ｏｎＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［２５１Ｍ．Ｈ．ＤｗａｒａｋａｎａｔｈａｎｄＬ．Ｎｏｗｉｔｚ．”ＡｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｉｎｅａｒＧｒａｐｈＴｈｅｏｒｙｆｏｒＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＯｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔＲｅｌａｙｓ”，ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｏｂｌｅｍｓ—ＴｈｅＭｅｔｈｅｍａｔｉｃａｌＣｈａｌｌｅｎｇｅ，ＳｌＡＭ，ＰＰ．１０４—１１４，１９８０［２６１Ｒ．Ｒａｍａｓｗａｍｉ，Ｓ．Ｓ．Ｖｅｎｋａｔａ，Ｍ．Ｊ．Ｄａｍｂｏｒｇ，Ｊ，Ｍ．ＰｏｓｔｆｏｒｏｏｓｈａｎｄＡ．Ｋ．Ｊａｍｐａｌａ，“ＥｎｈａｎｃｅｄＡｌｇｏｒｉｔＮｎｓｆｏｒＴｒａｎｍｉＳＳｉｏｎＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＲｅｌａｙＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰＷＤＲ，ｖ０１．１，Ｐｐ．２８０—２８７，Ｊａｎｕａｒｙ１９８６第５０页东南大学硕士学位论文１２７］Ｒ．ＲａＪＨａｓｗａｍｉ，Ｄ．Ｆ．ＭｃＧｕｌｒｅ，“ＩｎｔｅｒｇｒａｔｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｒｔＣｉｒｃｌｅＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ”．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，ＶｏＩ．７Ｊｕｌｙ１９９２，ｐｐｌｌｌ２一１１２０【２８１Ｈ．Ｙ．Ｔｓｉｅｎ，”ＡｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＤｉｇｉｔａｌＣｏｍｐｕｔｅｒＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＳｅｔｔｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＰＰ．１０４８—１０５３ＯｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔＲｅｌａｙｓ”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＰＡＳ，ｖｏｌ８３，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９６４，【２９】Ｒ．Ｅ．ＡｌｂｅｒｃｈｔＩ－－－Ｇｅｒｎｅｒａｌ１９６４，ｐｐ４０２—４１０ｅｔ．ａ１．“ＤｉｇｉｔａｌＣｏｍｐｕｔｅｒＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅｏｎＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍＰｒｏｇｒａｍＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＰＡＳ，ｖｏｌ８３，Ｎｏ４，Ａｐｒｉｌ【３０】Ａ．Ｈ．Ｋｎａｂｌｅ，“ＡＳｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄＡｐｐｒｏａｃｈｔｏＲｅｌａｙＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ”ＩＥＥＥＷｉｎｔｅｒＰｏｗｅｒＭｅｅｔｉｎｇ．６９ＣＰ５８，１９６９第５１页东南大学顶士学位论文致谢本论文是在导师万欷兰教授的悉心指导下完成的，导师渊博的理论知识、严谨的治学风范、谆谆的不倦教诲使我受益良多，终身难忘。值此论文完成之际，谨向导师致以最崇高的敬意，并表示深深的感谢。在我的论文完成过程中，得到了冯畅硕士以及１０６实验室的金华征硕士、林涛硕士、徐贤硕士、刘玉芳硕士的关心和帮助，在此向他们以及其他所有给予过我关心和帮助的老师和同学们表示深切的谢意！最后，我要特别感谢我的父母、亲人和朋友，是他们在精神和物资上给予我无微不至的关怀，使我能顺利完成学业。郑静二零零三年二月于东南大学第５２页东南大学硕士学位论文作者在读期间所发表的论文１，郑静，万秋兰，《函数相关法在继电保护整定计算中的应用》，电力自动化设备，第２３卷第１期２００３．１２．郑静，陈俊，（（Ｖｉｓｕａｌｃ十＋中的ＡＤＯ编程》，计算机与信息技术，２００２年第８期第５３页电力系统继电保护整定计算系统的研究

作者：

学位授予单位：

郑静东南大学

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