低电压闭锁过电流保护及计算-电力系统频率测量综述

1、低电压闭锁过电流保护及计算对 6-10KV 单侧电源线路，可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护。过电流保护一般按躲过线路或电气设备最大负荷电流来整定，但当过电流保护不能满足其动作的灵敏度要求和躲开过负荷电流时，可采用低电压闭锁的过电流保护装置。对线路进行准确的继电保护计算是保证线路可靠工作的最重要的手段。利用 PLC 代替传统的继电器对线路进行保护不仅可靠性、灵敏性高，而且修改整定值方便快捷。当过电流保护不能满足其动作的灵敏度要求和躲过过负荷电流时，可采用低电压闭锁过电流保护装置。低电压闭锁的过电流保护原理电路图如 3-7 所示。它由低电压继电器 KV1KV3 ，过电流继电器 KA1、KA2，时间继电器 KT，信号继电器 KS1、KS2 和中间继电器 KC1、KC2 等构成。图中 TA1、TA2 为电流互感器，TV 为电压互感器。工作原理：在线路正常的情况下，低电压继电器 KV1KV3 的常闭触点和过电流继电器 KA1、KA2 的常开触点都处于断开位置，保护不动作。当系统电压正常而线路电流超过电流继电器的动作电流整定值是，虽然 KA1、KA2

2、 吸和，其常开触点闭合，胆由于低电压继电器 KV1KV3 不释放，中间继电器不会吸和，断路器 QF 不会跳闸。只有当线路电流超过电流继电器的动作电流整定值，又伴着电压显著下降，只是低电压继电器 KV1KV3 也释放时，保护才动作。这时候KV1KV3 的常闭触点也闭合，中间继电器 KC1 得电吸和，其常开触点闭合，时间继电器 KT 得电，经过一段延时后，其延时闭合的常开触点闭合，信号继电器 KS2 动作，发出信号指令。同时时间继电器 KC2 得电吸和，其常开触点闭合，接通断路器 QF 的跳闸线圈 YR，断路器跳闸。如果线路未过电流，仅系统电压显著下降，则信号继电器 KS1 动作，发出低电压信号指示。低电压闭锁的过电流保护装置的整定如下：(1)低电压闭锁组件动作电压的整定低电压保护整定值：min 100.9.3285edzjkhykhyUUKV保护装置动作时限：重要电动机:1015s 不重要电动机： 0.50.7s(2)低电压闭锁过电流保护动作电流的整定保护装置的动作电流整定值：1250.34.78.ghdzjkjxII An保护装置动作时限：应该较相邻组件的过电流保护大一时限段，一般大

3、0.50.7s表 1 610KV 线路继电保护整定计算保护装置名称 保护装置的整定值 保护装置动作时限备注过电流保护 保护装置的动作时限整定值 1ghdzjkjxIIn应较相邻原件的过电流保护大一时限阶段，大 0.5 至 0.7S瞬时电流速速断保护整定值 (3)2.max1ddzjkjxIIKn带时限电流速断保护整定值 (3).max1ddzjkjxIIKn 应较相邻原件的电流速度按保护大一时限段，一般大0.5S（定时限）和 0.7S（反时限）低电压保护 整定值 min0.9edzjkhykhyU重要电动机：10 至 15S不重要电动机05 至 0.7S单相接地保护 保护装置的一次动作电流可靠系数，用于过电流保护时，kDL 型继电器 为 1.2，GL 型为1.3；用于电流速断保护时，DL 型为 1.2；GL 型为 1.5；用于单相接地保护时，瞬时值取 45，有时限取 1.52；对于电压继电器去1.11.25：接线系数，接于相电流取jxk1，接于相电流差时 ；3电流互感器变比；n线路过负荷电流（最大电流）ghI（A） ；继电器返回系数，取法见注；hk最大运行方式下线路末端(3)2.max

4、dI三相短路超顺变电流（A）配合系数，取 1.1phK相邻原件的电流速断保护的3dzI一次动作电流最大运行方式下线路末端()3.maxd三相短路稳态电流（A）被保护线路外部发生单相接cxI地故障时，从被保护原件流出的电容电流（A）电网的总单相接地电容电流cI（A）电压互感器变比yn注：（1） 对于 GL-11 GL-12 GL-21 GL-22 型继电器。取 0.85:；对于 GL-hk13GL-16 及 GL-23GL-26 型继电器，取 0.8；对于晶体管型继电器，取0.90.95；对于微型继电器，近似取 1.0；对于电压继电器，取 1.25.（2）时限级差 ，对于电磁型继电器，可取 0.5；对于晶体管型或数字式时间继电器，t可取 0.3s.电力系统频率测量综述作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:51:23 谢小荣韩英铎清华大学电机工程系 100084北京 0引言“频率”概念源于针对周期性变化的事物的经典物理学定义，由于电力系统中许多物理变量具有（准）周期性特征，故这一概念在电业技术中得到广泛的应用。电力系统频率一方面作为衡量电能质量的指标，需加

5、以动态监测；另一方面作为实施安全稳定控制的重要状态反馈量，要求能实时重构。因此，频率测量成为电力系统运行控制的重要技术。随着大容量、超高压、分布式、异构型复杂电力网络的形成和人们对其行为特性的深入理解，基于传统的纯恒幅正、余弦信号基础上定义的电力系统频率概念及其测量技术在解决现代电网诸多问题时遇到了巨大的挑战：a.无论在稳态还是暂态过程中，所描述物理量(电压、电流等 )的非严格周期性，即信号频谱由离散谱进入连续谱；b.现代电力系统本身存在许多随机性因素，测量也不可避免地受到各种噪声的干扰，文献1称电力系统的频率偏移是具有高斯分布的随机参数，即具有不确定性；c.时空分布性，即频率不能作为系统单一的状态变量 2 ；d.多相系统的不对称性，影响因素的复杂性等。总之，大网络系统所固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，难以用传统的频率概念加以准确描述。许多学者深入地探讨了上述问题，对电力系统频率概念及其测量技术进行了广泛的研究。本文在已有研究成果的基础上，以信号观测模型为线索认识总结了电力系统频率概念的各类定义，并对众多的测量算法进行了分类说明，从而为进一步开展电力系统

6、频率的理论研究和工程应用打下基础。1信号观测模型和电力系统频率概念信号观测模型就是对电力系统频率概念及其测量技术所基于的物理信号的数学描述。电力系统频率概念的引申或扩展，关键在于信号对象 x(t)的选取及其观测模型的确立。信号观测模型的复杂化过程集中体现了这一领域的不断发展：从简单的纯恒幅正、余弦信号，到周期和非周期信号的傅里叶分解，进而引入信号动态，直至分布式随机模型的应用。常见信号观测模型及频率概念定义如下。a.基于纯恒幅正、余弦信号的传统频率概念：x(t)=Amsin(2ft+)(1)或x(t)=Am sin(2f0t+(t)定义(2)其中x(t)普遍取单一的相（线）电压或相电流。b.考虑有限整次谐波污染，在傅里叶分解模式下：(3)定义基波频率c.进一步考虑衰减直流分量影响，在观测模型下：(4)如前定义基波频率 f1。d.在前述信号观测模型基础上附加简单的噪声分量，如：x(t)=Am sin(2ft+)+(t)(5)x(t)=Am sin(2f0t+(t)+(t)(6)(7)其中(t)代表噪声等非特征分量，可作类似定义。e.近期较多文献将经典的周期导出频率定义扩展到特定相（向）量

7、瞬时旋转速度意义下的瞬时频率（instantaneous frequency）概念。定义电压空间向量：(8)其中=e j2/3。进而定义(9)进一步考虑分布性和随机性特征，在地区频率(10)基础上定义系统频率概念：(11)并在分段各态遍历假设下，系统频率对样本期望的定义可通过特定样本对时间的期望来求取。与频率测量密切相关的另一个概念是频率偏移（frequency deviation ），即 ff-f0，其中 f0为系统额定频率。电力系统真实物理信号的动态非常复杂，特别是在系统运行方式跳变（如故障、操作、控制装置动作等）及其后续过渡过程中，信号的变化远非上述观测模型可以精确描述。但是，一方面由于目前人们对电力系统认识水平及其解析工具的历史限制以及基于此而产生的对频率概念应用范围的要求；另一方面可以通过各种措施（如信号处理技术）将真实信号改造成具有接近模型描述的形式，使得上述观测模型及其频率概念在不同程度上揭示了电力系统某方面真实的物理本质，能用于描述系统的动态特征和实施安全稳定控制。随着电力系统自身及其相关学科的发展，“电力系统频率” 的概念也会不断演化。2电力系统频率测量释义及其基本要

8、求电力系统频率测量的实质是信号观测模型的动态参数辨识问题，即利用真实系统物理信号输入，通过一定的信号处理和数值分析过程，实现对预定模型参数的较好估计。从操作对象来看，主要是数字信号处理问题；从测量目标来看，是灰箱辨识问题；而从实现测量所借助的工具来看，是数值算法(软件)和它借以实现的各种模拟、数字装置(硬件) 的设计问题。由于对频率的理解和应用的实际要求不同，频率测量在上述各个方面存在较大差异，虽然其实现策略不一样，但仍有一些共同的基本要求：a.反映电力系统的物理真实性和实施控制的有效性。即不会由于模型和算法的差异而导致脱离电力系统真实物理本质的测量结果，且基于实时频率估计的控制作用应是正确而可靠的。b.精度要求。即达到减少误差、精确测量的目的，这取决于观测模型与真实信号的符合程度、数值算法及硬件实现等多方面因素，一般以对抗噪声、谐波、衰减直流等非特征信号分量的能力来衡量。c.速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力，测量时滞小。d.鲁棒性。在电力系统的正常、异常运行乃至故障条件下，均能可靠响应。e.实现代价小。这一要求往往与上述要求相冲突，在实践中应酌情考虑，在达到应用要求的前提下，力求

9、较高的性能价格比。3电力系统频率测量算法测频算法设计是频率测量的核心环节，也是各文献着重论述和相互区别之所在。一般而言，频率测量包括 3 个步骤：信号预处理；频率(偏移)测量；结果再处理。其中信号预处理和结果再处理是辅助算法，为频率(偏移)测量服务，以优化测量性能，达到实际应用的目的。频率(偏移)测量虽然在算法设计和实现中占据主导地位，但辅助算法在很大程度上决定了其能否预期执行和装置的可靠性，故不能忽视对它的设计。实践表明，获得一个时滞小、去噪能力强，同时又能为后续控制分析提供高精度频率特征的辅助算法并不容易。辅助算法的选择主要决定于以下因素：a.输入信号的动态与主算法所基于的观测模型的符合程度，以及后续控制或分析所需的频率特征（频率偏移还是频率振荡）；b.主算法的数值行为； c.给定应用的时间响应和精度要求；d.软硬件实现约束。以下对各文献提出的测频算法的总结分类以频率(偏移)测量所基于的数值原理为标准，附带论及其相应的辅助算法。3.1周期法原始的周期法（或称零交法：zero-crossing algorithm ）基于第 1 节论及的简单信号观测模型a，通过测量信号波形相继过零点间的时间宽度来计算频率。该方法物理概念清晰、易于实现，但精度低，受谐波、噪声和非周期分量的影响，实时性不好，因此,实用的测频装置很少单一地应用原始周期算法。对它的改进主要是提高其测量精度和实时性，典型的改进算法有水平交(level crossing)算法 3 、高次修正函数法 4 和最小二乘多项式曲线拟合法 5 ，它们以计算量和复杂度为代价来提高算法的精度和响应速度(原始周期算法的时延决定于信号特征而非计算量 )，一定程度上丧失了原有的零交算法的简明性。3.2解析法 6，7对信号观测模型进行数学变换，将待测量 f 或 f 表示为样本值的显函数来估计。解析法测频的特点是：涉及复杂的数学推导，为简化分析和计算，只能采用简单的信号观测模型，难以考虑谐波、非周期分量和噪声影响

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