文献一
基于旋转磁场的混合式距离保护继电器
摘要------本文提出了一种应用于配电系统的基于单相变压器的旋转磁场的新型混合距离保护继电器。提出了实际的具有整定阻抗工作特性的距离保护元件的理论知识与实际方法。本文还提供了确定其参数的建议，以获得在复平面中为圆形特性的距离继电器。一种基于具有旋转磁场的转换器的实验原型距离继电器已经被研究出来了，并且实验室通过与现有技术相比测试，证实了其具有相应的性能。
关键词------电力系统,电力系统保护,距离继电器,旋转磁场转换器,测量变压器
一、导言
电力系统保护是电网中不可或缺的关键部分之一，负责维持稳健的电网运行并处理紧急情况。随着先进能源系统的不断发展和功耗和发电量的不断增长，提高保护继电器的性能始终是重要的，特别是在配电系统层面的连接。
距离保护继电器广泛应用于具有复杂非径向配置的配电网络或具有显着变化的发电容量模式的电路[3]，其中响应于短路期间单个测量量的变化的设备（即电流继电器或电压继电器）可能会效率低下。
目前世界上使用的典型距离继电器可分为三个基本类别或：机电型，半导体型和微处理器设备。最早的设备机电继电器仍然可以在世界各地的电力设施中看到，但考虑到维护其电气和机械部件的复杂性，运动部件的潜在不稳定和惯性响应，以及现代条件下的智能电网的发展，机电继电器被认为是过时的。静态半导体和微电子器件能提供最简单的算法和功能，但由于大多数距离继电器设计上的限制，增加继电器的反应速度的同时导致精度的降低，反之亦然，这限制了这种设备在实际中的应用。目前，世界领先的电气公司依靠最新的微处理器继电器保护终端的生产和运行。然而，现有的经验表明，尽管它有明显的优点，但这类设备也可能有一些缺点[2]：复杂的算法，低过载能力和输入信号的失真，以及相对较高的采购和运营成本，这对发展中经济体尤其重要。
如本文所示,通过为新的混合距离元件创建新的非常规技术和工程解决方案，以解决现有保护继电器元件的局限和缺点。可以进一步增强距离保护元件的性能，即提高速度并减少响应误差。
二、基于旋转磁场理论的距离元件
提出的距离元件基于两个电量的绝对值的比较。制造这些元件的基本原理在许多文献中被考虑，例如[6]，[7]。在测量与比较两个量的绝对值的时候遇到的一个主要问题是因为要比较的元件的参数波动导致测量精度的下降。波动主要是由比较的整流电量中的不匹配引起的。为了减少纹波并提高这些器件的工作精度，需要使用平滑滤波器调谐到基频的二次谐波[6]。然而，由于滤波器的瞬态过程，用该方法增加精度会导致距离元件在操作速度方面的性能下降。
正如本文所说的，对电压和电流通道使用RMF转换器可以显著提高此类距离元件的性能，特别是精度和运行速度。RMF转换器利用二次PT和CT电路提供给设备的单相电压和电流产生多相整流电压信号。然后用这些信号代替单相波形，从而减少比较器上的纹波。
该距离继电器运行所需的旋转磁场由单相变压器[4]产生，可获得基本过流继电器[1]和具有改进特性的相敏保护元件。单相旋转磁场变压器允许直接提取特定的电压和电流成比例的电信号用于估计距离。它们还额外提供了一个安全的把电流从二级CT和PT电路隔离出来的方法。
图1为所提出的距离保护继电器的功能示意图
图1 距离保护继电器的功能示意图
该装置包含两个具有旋转磁场(RMFT)的单相变压器: RMFT(v)用于电压转换，RMFT(i)用于电流转换。每个RMFT都将其输入按大小和相位进行转换，并产生用于电流转换的根据整流器输入V1和V2的多相电压。然后将整流器的输出信号通过比较元件DA进行比较，比较元件DA可以构建在任何元件基础上(例如微处理器或廉价的微控制器)。最后，只要出现跳闸就会激活触电K。
该距离元件的工作原理如下，输入是PT输出的电压和CT输出的电流，分别以V和I的相量形式表示。然后将跳闸区定义为输入信号在复阻抗平面Z上产生圆形阻抗特性的函数。该继电器可在自极化或交叉极化模式下工作。
距离继电器跳闸条件如式1所示:
设基本量为:
其中k1、k2、k3 是基于RMFT(v)和RMFT(i)设计参数的复常数因子。
在式(1)中加入式(2)、式(3)，代入复阻抗，可得:
阻抗和k因子可设为:
根据式（5），式(4)可以写为:
方程(6)是在复平面上以Z0为中心的一个圆:
圆的半径为：
通过分析式(7)和式(8)可以得出结论,通过选择合适k1、k2、k3可以得到以Z0为中心,半径为r0的距离元件工作区，和通常被称为姆欧类型特点的最大阻抗角phi;0(见图2)。
图2 继电器工作特性
三、具体实现过程
图3为采用RMFT的距离保护继电器的实例电路图。电流分支RMFT(i)有六相二次线圈1和六相二次线圈2，而电压分支RMFT(v)有一个六相二次线圈3。二次线圈在接近开路模式下工作。次级线圈的匝数决定因子值k1、k2、k3,而线圈的空间变化的旋转磁场决定角度phi;1、phi;2、phi;3。
图3 基于RMF的距离保护元件电路图
旋转磁场在RMFT(i)和RMFT(v)都是通过适当的布置主线圈电感L1 - L4，以及添加镇流器元件LB和RB[1]而产生的。滤波电容C滤除整流信号的小脉冲。它的电容非常小，在瞬态模式下不影响工作速度。
为简便起见忽略绕组电阻，图3中RMFTs电压和电流分支的基尔霍夫定律方程可表示为：
式中V为输入电压;I – RMFT为一次线圈电流;I1, I2 – RMFT为支路电流;omega;为角频率; 为互感系数; 为线圈i和j相对于旋转磁场基准的相位角。
圆形距离保护元件工作区域的基本参数如下[10]所示。根据分支电流之间[4]关系的推导，确定为:
然后根据[4]，定义RMFT一次线圈参数之间的关系为:
二次线圈参数为:
其中kt是次线圈匝数比。
考虑(9)-(12),固定空间的RMFT(i)和RMFT(v)线圈L1相对于的旋转磁场的空间位移为00,线圈1、2、3的a相相位差分别为phi;1、
phi;2、phi;3, RMFT(v)和RMFT(i)的电磁力如下表示
则图3电路的k1、k2、k3因子可由(13)-(15)写成:
将式(16)代入式(7)和式(8)，可将图2所示的距离元件动作区参数解析计算为电路参数的函数:
在考虑绕组电阻的情况下，可以进行类似的推导并确定参数。
四、实验室样机设计与测试
首先对距离保护元件进行建模，模拟性能特征，估计参数并对滤波器进行优化，从而获得器件的高运行速度(滤波器延迟约为0.004 - 0.0075 s)。然后在此基础上建立了旋转磁场的距离继电器的实验室样机并进行了测试。原型如图4所示。它是建立在铁氧体环形电感产生旋转磁场的基础上，整流器与肖特基二极管具有低内压降的特点。在特定情况的比较中，我们使用了一个基于Schmitt触发器的运放来确定动作区域。
距离继电器可在复阻抗平面上实现以下跳闸特性(图2):
Z0 = 10.42 Ohm, r0 = 15.48 Ohm, phi;0 = 69.50（欧姆特性）
RMFT的特定设计特征对于设置距离元件的任意角度phi;0有一定的限制（该角度可以设置为具有某些离散增量),因为二次线圈被放置在磁路的离散槽中,拥有一定的步长。这个缺点可以通过特殊的方案来解决，例如创建遥测自动处理系统。
该样机已通过继电器测试集RETOM-51进行测试。测试程序包括确定阻抗平面上的实际跳闸特性，测试继电器跳闸时间作为输入阻抗的函数，并测量对谐波失真的电流输入的响应来表示CT饱和。所提出的继电器的性能已经与现成的用于配电系统应用的商用距离保护继电器进行了比较[8]。与现有技术相比，原型距离继电器的基本实验特性，特别是阻抗特性形状和跳闸时间如图5和图6所示。
图7显示了用实验室继电器原型进行的实验结果，其中测量的精度是谐波含量FZ = f（Fi）失真的输入电流的函数。在实验中，每个方向的精确性都是作为动作区域相对于整定值的缩小程度来确定的。
图4 旋转磁场距离继电器的实验室样机
图5 RMF原型(左)和REF630(右)的阻抗平面跳闸特性
图6 跳闸时间与RMF原型(1)和REF630(2)输入阻抗的函数
图7 跳闸时间与RMF原型(1)和REF630(2)的最大到达阻抗角输入阻抗的函数
五、未来的工作
今后的工作主要是以下几个方面:
-加强所述旋转磁场电流和电压传感器组合件的元件设计和制造技术的改进;
-实现微处理器逻辑以产生复杂响应特性(四边形、多边形、椭圆形、盲板等);
-在建议的距离元件的基础上建造三区线路距离保护装置。
六、结论
利用旋转磁场实现距离保护继电器，可以在不增加算法或功能复杂性的情况下改善其特性。本文提出的距离元件是基于旋转磁场原理构建的一系列器件之一，包括:电流继电器、电压继电器、方向功率继电器、差动电流继电器以及对称分量滤波器。提出的距离元件实现了两个电量绝对值比较的原理。采用新的电磁换能器输入电流和电压信号，即带有旋转磁场的单相变压器，可以提高操作的准确性和速度。通过优化大规模生产的设计，并与最新的微处理器技术相结合，可以进一步改善这些特性。
文献一
一种增强保护安全性的自适应距离保护方案
摘要：利用距离继电器的优势，提供远程后备保护是电力系统在系统受力条件下的安全问题的一种思考。距离继电器的3区在已知的系统应力下，如功率摆动、负载侵占、电压应力等，容易发生误动作,造成预期外的继电器操作，可能进一步导致系统崩溃。本文提出了一种基于将电流和电压信号分解为载波信号和调幅信号的自适应距离保护方案。根据调制信号的信息量，采用幅度监测函数对载波信号的幅度进行自适应控制。在电力系统受力状态下，正序阻抗轨迹在系统发生故障前，不能进入距离继电器跳闸区。以ATP-EMTP环境下的2区-4发电机-10总线系统为例，仿真结果表明了该算法的可靠性。
关键词：距离继电器，功率摆动，负载侵占，电压应力，振幅解调，区域3。
一、导言
距离保护一直是传输系统保护的选择，因为它具有几个优点; 其中之一是其有为相邻传输线路段提供后备保护的能力[1]。由于电力系统的运行非常接近安全范围，因此系统可能会受到电压应力。据报道，功率摆动、负载侵占和电压应力等系统受力条件对距离继电器性能有不利影响[2]-[4];其中的一些影响会导致严重的停电事故。在系统受力情况[5]时，由于第3区触点设置较大，阻抗轨迹恰好进入距离继电器的第3区。三相故障的对称性和系统受力条件对距离继电器的安全性提出了挑战。因此，如何防止3区在受力下的误动，以及如何在受力下检测三相故障成为研究人员关注的问题。
电力系统中突然发生的大扰动，如线路切换、发电机停运、故障、重负荷切换等，会引起输电线路有功和无功潮流的振荡。这种功率摆动的情况可能会导致阻抗轨迹进入距离继电器跳闸区，造成其误动作。针对功率摆动过程中对称故障的检测，提出了多种算法。在[6]中，采用Prony方法检测电流波形中衰减的直流分量。时频域方法在[7]、[8]中均有应用，用于检测功率摆动过程中的对称故障。在[9]中，作者使用一种用于计算差分功率的自回归技术来预测电流和电压信号。在[10]中，提出了一种基于负序电流的故障检测方法。在[11]中，提出了利用电流幅值相量变化率从功率摆幅的角度识别对称故障。传输线负载过重，导致低线路的功率增加、母线电压降，这将导致继电器的表观阻抗进入其工作区域发出不希望的跳闸信号。文献中还讨论了对称断层与载荷侵占的区别问题。提出了一种基于稳态安全分析和自适应反侵带的自适应负荷侵防方案。该方案通过实时安全分析，识别出易受攻击的距离继电器。为了区分线路过载和故障，在[13]中采用了基于停电分布因子和基于发电位移因子的潮流估计方法，采用了一种安全的对等通信结构。这些方案依赖于通信信道的可靠性。在[14]中，利用状态图将稳态分量和瞬态分量组合起来，以区分负载侵占和故障情况。
电压不稳定条件下的电压降低是距离继电器的表观阻抗进入其保护区域的另一个原因。在[15]中，电压变化率作为继电器的附加判据，提高了继电器在电压不稳定情况下的安全性。采用同步电压和电流相量来计算[16]的表观阻抗，以保证第三区域的安全运行。在[17]中利用瞬态监测函数最大值和正序阻抗相位角，在系统受力时提供3区安全运行。
为了提高距离继电器工作的安全性，提出了一种基于电流和电压信号幅值解调的方法。将电流和
资料编号：[6022]
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