微机继电保护算法
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微机继电保护算法
它是直接模仿模拟型距离保护的实现方法，根据动作方程 来判断是否在动作区内。而不计算出具体的阻抗值。这一 类算法的计算工作量略有减小，另外，虽然它所依循的原 理和常规的模拟型保护同出一宗，但由于运用计算机所特 有的数字处理和逻辑运算功能，可以使某些保护的性能有 明显提高。
继电保护的种类很多，按保护对象分有元件保护、线路 保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护、电压、电 流保护等。然而，不管哪一类保护的算法其核心问题归根 结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量， 如电压、电流等的有效值和相位及视在阻抗等，或者算出 它们的序分量、基波分量或某次谐波分量的大小和相位等。 有了这些基本的电气量的计算值，就可以很容易地构成各 种不同原理的保护。算法是研究微机保护的重点之一，目 前已提出的算法有很多种。分析和评价各种不同的算法优 劣的标准是精度和速度。精度和速度是相互矛盾的。若要
样现差值值，，于且是两iabK差－值ia接bK-近N将相出等现。差而值，I但ab 同仍样为ia零bK或-N－很i小abK。-2N也出
系统发生故障时，由于故障电流增大，于是iabK将增大，
i产abK生-N的为突故变障量前电负流荷，电i流abK，-N－故iiaabbKK-2－N仍iab近K-N似反为映零出，由从于而故障I电ab 流反
微机继电保护算法
计算精确则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算工 作量。所以研究算法的实质是如何在速度和精度两方面进 行权衡。还应当指出，有些算法本身具有数字滤波的功能， 有些算法则需配合数字滤波器一起工作，因此评价算法时 还要考虑它对数字滤波的要求。
微机继电保护算法
§3.1 起动元件算法
继电保护装置的起动元件用于反应电力系统中的扰动或故 障。微机保护装置中起动元件是由软件实现的。它的原理是反 映两相电流差的突变量。其公式为：
微机继电保护算法
微机继电保护算法
第三章 微机继电保护算法
高速继电保护装置都工作在故障发生后的最初瞬变过程 中。这时的电压和电流信号由于混有衰减直流分量和复杂 的谐波成分而发生严重的畸变。目前大多数保护装置的原 理是建立在反映正弦基波或某一些整数次谐波之上，所以 滤波器一直是继电保护装置的关键部件。在微机保护中， 有两种可供选择的方案，一种是传统的模拟滤波器，一种 是数字滤波器。目前所研究的数字式保护几乎无—例外地 采用了数字滤波器，它与模拟滤波器相比具有如下特点： （l）可靠性高。数字滤波用程序实现，因此，不受外界环境 如温度的影响，所以可靠性高。 （2）具有高度的规范性。只要程序相同，则性能必然一致。 它不象模拟滤波器那样会因元件特性的差异而影响滤波效 果，也不存在元件老化和负载阻抗匹配等问题。
映了故障电流突变量，见图25。
i ik-24
ik-12
ik
t
图25 故障后微电机继流电的保护突算法变（N=12）
以往的微机保护装置采用了相电流突变量作为起动元 件判据。采用相电流差突变量构成的起动元件比相电流突 变量起动元件有两点好处。
(1) 对各种相间故障提高了起动元件的灵敏度。例如对 于两相短路灵敏度可提高一倍。
微机继电保护算法
（3）灵活性高。当需要改变滤波器的性能时，只需重新编制
程序。因而使用非常灵活。
微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样 数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的 方法称为算法。按算法的目标可分有两大类。一类是根据 输入电气量的若干点采样值通过一定的数学式或方程式计 算出保护所反映的量值，然后与定值进行比较。例如为实 现距离保护，可根据电压和电流的采样值计算出复阻抗的 模和相角或阻抗的电阻和电抗分量，然后同给定的阻抗动 作区进行比较。这一类算法利用了微机能进行数值计算的 特点。从而实现许多常规保护无法实现的功能，例如作为 距离保护，它的动作特性的形状可以非常灵活，不像常规 距离保护的作特性形状决定于一定的动作方程。此外它还 可以根据阻抗计算值中的电抗分量推算出短路点距离，起 到故障测距的作用等。另一类算法，仍以距离保护为例。
I ab || iabK iabKN | | iabKN iabK2N ||
I bc
|| ibcK
ibcKN
| | ibcKN
ibcK2N
||
I ca || icaK icaKN | | icaKN icaK2N ||
式中 iabK iaK ibK ibcK ibK icK icaK icK iaK
以A相故障、BC两相运行为例。
I
|| ibcK
i
bcK
N
|
|
i
bcK
N
ibcKN
||
2
2
微机继电保护算法
i 式中
、 bcK
ibcK N 2
、ibcKN 分别为当前时刻的BC相电流差，半周前
(2) 抗共模干扰能力强。例如对讲机的无线电干扰，可 能造成VFC偏置电源波动而误动作，用相电流差时可 在两相电流求差时抵消这种干扰。
微机继电保护算法
§3.2 非全相运行时健全相电流差突 变量元件算法
线路单相故障断路器跳开后，系统处于非全相运行状态。 非全相运行过程中，健全相又发生故障，线路应三相跳开。 非全相运行时健全相电流差突变量元件其作用是用来在非全 相运行时判断健全相是否又发生了故障。对其要求是在非全 相运行时或非全相运行中系统振荡不应误动。此元件只在单 相故障后才投入。其算法公式为：
i
ik-24
ik-12
ik
t
t=20ms
t=20ms
图24 系统正常运微机行继电采保样护算值法 比较（N=12）
源自文库
正常运行但频率发生变化偏离50Hz时，则iabK、iabK-N、
iabK-2N的值将不相等。这是因为采样是按等时间间隔进行的，
频率变化时，iabK与iabK-N两采样值将不是相差一个周期的采
微机继电保护算法
• N为工频每周采样点数
iaK、ibK、icK 为当前时刻的采样值 iaK-N、ibK-N、icK-N 为一周前对应时刻的采样值 iaK-2N、ibK-2N、icK-2N 为两周前对应时刻的采样值 以 I ab 为例，正常运行时iabK、iabK-N、iabK-2N的值近似相等， 所以 I ab≈0，起动元件不动作见图24。
它是直接模仿模拟型距离保护的实现方法，根据动作方程 来判断是否在动作区内。而不计算出具体的阻抗值。这一 类算法的计算工作量略有减小，另外，虽然它所依循的原 理和常规的模拟型保护同出一宗，但由于运用计算机所特 有的数字处理和逻辑运算功能，可以使某些保护的性能有 明显提高。
继电保护的种类很多，按保护对象分有元件保护、线路 保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护、电压、电 流保护等。然而，不管哪一类保护的算法其核心问题归根 结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量， 如电压、电流等的有效值和相位及视在阻抗等，或者算出 它们的序分量、基波分量或某次谐波分量的大小和相位等。 有了这些基本的电气量的计算值，就可以很容易地构成各 种不同原理的保护。算法是研究微机保护的重点之一，目 前已提出的算法有很多种。分析和评价各种不同的算法优 劣的标准是精度和速度。精度和速度是相互矛盾的。若要
样现差值值，，于且是两iabK差－值ia接bK-近N将相出等现。差而值，I但ab 同仍样为ia零bK或-N－很i小abK。-2N也出
系统发生故障时，由于故障电流增大，于是iabK将增大，
i产abK生-N的为突故变障量前电负流荷，电i流abK，-N－故iiaabbKK-2－N仍iab近K-N似反为映零出，由从于而故障I电ab 流反
微机继电保护算法
计算精确则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算工 作量。所以研究算法的实质是如何在速度和精度两方面进 行权衡。还应当指出，有些算法本身具有数字滤波的功能， 有些算法则需配合数字滤波器一起工作，因此评价算法时 还要考虑它对数字滤波的要求。
微机继电保护算法
§3.1 起动元件算法
继电保护装置的起动元件用于反应电力系统中的扰动或故 障。微机保护装置中起动元件是由软件实现的。它的原理是反 映两相电流差的突变量。其公式为：
微机继电保护算法
微机继电保护算法
第三章 微机继电保护算法
高速继电保护装置都工作在故障发生后的最初瞬变过程 中。这时的电压和电流信号由于混有衰减直流分量和复杂 的谐波成分而发生严重的畸变。目前大多数保护装置的原 理是建立在反映正弦基波或某一些整数次谐波之上，所以 滤波器一直是继电保护装置的关键部件。在微机保护中， 有两种可供选择的方案，一种是传统的模拟滤波器，一种 是数字滤波器。目前所研究的数字式保护几乎无—例外地 采用了数字滤波器，它与模拟滤波器相比具有如下特点： （l）可靠性高。数字滤波用程序实现，因此，不受外界环境 如温度的影响，所以可靠性高。 （2）具有高度的规范性。只要程序相同，则性能必然一致。 它不象模拟滤波器那样会因元件特性的差异而影响滤波效 果，也不存在元件老化和负载阻抗匹配等问题。
映了故障电流突变量，见图25。
i ik-24
ik-12
ik
t
图25 故障后微电机继流电的保护突算法变（N=12）
以往的微机保护装置采用了相电流突变量作为起动元 件判据。采用相电流差突变量构成的起动元件比相电流突 变量起动元件有两点好处。
(1) 对各种相间故障提高了起动元件的灵敏度。例如对 于两相短路灵敏度可提高一倍。
微机继电保护算法
（3）灵活性高。当需要改变滤波器的性能时，只需重新编制
程序。因而使用非常灵活。
微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样 数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的 方法称为算法。按算法的目标可分有两大类。一类是根据 输入电气量的若干点采样值通过一定的数学式或方程式计 算出保护所反映的量值，然后与定值进行比较。例如为实 现距离保护，可根据电压和电流的采样值计算出复阻抗的 模和相角或阻抗的电阻和电抗分量，然后同给定的阻抗动 作区进行比较。这一类算法利用了微机能进行数值计算的 特点。从而实现许多常规保护无法实现的功能，例如作为 距离保护，它的动作特性的形状可以非常灵活，不像常规 距离保护的作特性形状决定于一定的动作方程。此外它还 可以根据阻抗计算值中的电抗分量推算出短路点距离，起 到故障测距的作用等。另一类算法，仍以距离保护为例。
I ab || iabK iabKN | | iabKN iabK2N ||
I bc
|| ibcK
ibcKN
| | ibcKN
ibcK2N
||
I ca || icaK icaKN | | icaKN icaK2N ||
式中 iabK iaK ibK ibcK ibK icK icaK icK iaK
以A相故障、BC两相运行为例。
I
|| ibcK
i
bcK
N
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|
i
bcK
N
ibcKN
||
2
2
微机继电保护算法
i 式中
、 bcK
ibcK N 2
、ibcKN 分别为当前时刻的BC相电流差，半周前
(2) 抗共模干扰能力强。例如对讲机的无线电干扰，可 能造成VFC偏置电源波动而误动作，用相电流差时可 在两相电流求差时抵消这种干扰。
微机继电保护算法
§3.2 非全相运行时健全相电流差突 变量元件算法
线路单相故障断路器跳开后，系统处于非全相运行状态。 非全相运行过程中，健全相又发生故障，线路应三相跳开。 非全相运行时健全相电流差突变量元件其作用是用来在非全 相运行时判断健全相是否又发生了故障。对其要求是在非全 相运行时或非全相运行中系统振荡不应误动。此元件只在单 相故障后才投入。其算法公式为：
i
ik-24
ik-12
ik
t
t=20ms
t=20ms
图24 系统正常运微机行继电采保样护算值法 比较（N=12）
源自文库
正常运行但频率发生变化偏离50Hz时，则iabK、iabK-N、
iabK-2N的值将不相等。这是因为采样是按等时间间隔进行的，
频率变化时，iabK与iabK-N两采样值将不是相差一个周期的采
微机继电保护算法
• N为工频每周采样点数
iaK、ibK、icK 为当前时刻的采样值 iaK-N、ibK-N、icK-N 为一周前对应时刻的采样值 iaK-2N、ibK-2N、icK-2N 为两周前对应时刻的采样值 以 I ab 为例，正常运行时iabK、iabK-N、iabK-2N的值近似相等， 所以 I ab≈0，起动元件不动作见图24。