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曲线拟合法在反时限过流继电器中的应用
发布时间:2012-5-12    浏览次数:1782

曲线拟合法在反时限过流继电器中的应用

1 引言 

  在输电线路保护中,反时限过流继电器具有自适应功能:故障点越靠近电源,故障电流就越大,动作时间越短;在远端短路时,动作时间变长。因此,一般情况下,反时限过电流保护可以用较短的平均动作时间切除故障;而定时限过流继电器由于受系统运行方式的影响,往往不能同时满足灵敏度和动作范围的要求。因此,反时限过流继电器在继电保护,特别是终端单电源侧的输电线路中得到了广泛应用。 

  根据国际电工委员会(IEC255-3)的规定,输电线路反时限过流继电器一般采用以下三种标准的反时限特性方程: 

  (1)一般反时限 
    
  式(1)、(2)、(3)中:t为继电器的动作时间;Tp为时间定值常数;Ip为反时限继电器启动电流的有效值;I为故障电流的有效值。 

  对于上述的三种特性曲线,后两种的计算比较简单,但对于一般反时限特性曲线而言,大多数微机保护装置采用的是分区查表法,而查表法需要占用大量的ROM空间,对装置的硬件提出了更高的要求。 

  本文从软件的角度出发,提出一种用二次函数曲线拟合的方法,从软件上来拟合反时限特性曲线, 文中分析了拟合结果带来的误差,最后给出了采样处理程序中反时限继电器的程序流程框图。 来源:输配电设备网 

2 反时限特性曲线的拟合实现 

2.1 三种反时限继电器统一动作判据公式  
  
  将式(1)~(3)合并为一个统一的公式: 
     
  其中: 
       
  将时间t进行n等分,每一等分的时间间隔为采样时间间隔Δt,Δt=1.25ms(设每周期采样点数为16点),则上式可以进一步简化为: 
        
           
  从式(10)可得:当电流I大于反时限启动电流Ip时,保护装置CPU仅需在采样中断程序中对式(10)的左边进行累加,当累加值大于等于右边的定值时,反时限过流继电器动作出口。 

  因此,保护装置的实际动作方程为: 

来源:http://tede.cn


      
2.2 二次曲线系数的求取 
  对比公式(8),对应于三种不同的反时限特性曲线,其对应的a、b、c三个系数的求取如下: 

  (1)非常反时限 

  对比公式(8),可以得到a、b、c三个系数的值为a=-1,b=1,c=0。 

  (2)极端反时限 

  对比公式(8),可以得到a、b、c三个系数的值为a=-1,b=0,c=1。 

  (3)一般反时限 

  根据I/Ip的比值,将曲线分成七个区段,对应于不同的区段,特性曲线的变化率也不同,为保证拟合的精度,每一区段中步长的选取也不相同,在曲线变化快的区段,选取的步长小,在曲线变化平缓的区段,选取的步长较长。根据最小二乘法原理,应用Visul C++语言编程,对应于不同的区段,利用二次曲线函数(式(8))拟合,最后求得的a、b、c三个系数的值如表1所示。 
            
2.3 拟合曲线的误差分析 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息 

  为简化起见,本文只对表1中七个区段的中间值进行分析,经过理论计算和拟合计算所得的分析结果见表2所示。 

  从表2中可以看出,通过利用二次曲线拟合,并结合最小二乘算法,理论计算值和拟合计算得出的值之间的误差很小。因此,该算法具有较高的计算精度。 
              
3 装置的硬件及软件设计 

  根据上述原理设计了包含反时限过流继电器的微机线路保护装置,为了使装置具有通用性,除设置有三种反时限曲线特性的过电流保护外;还设有一段电流定值、时间定值可分别整定的定时限过电流保护;分散的低周减载功能,可以经控制字选择低电压闭锁和滑差闭锁功能;三相一次重合闸,重合闸有保护启动和开关位置不对应启动两种方式;可以用控制字选择的重合闸前加速或后加速功能;同时,为配合变电站综合自动化的需要,保护装置还具有遥测、遥信、遥控等功能。 

3.1 装置的硬件设计 

  保护装置采用以Motorola 32位单片机68F333作为CPU,该芯片内部集成RAM、ROM、定时器等,具有总线不出芯片(All-in-one-chip)的特点,并且CPU主板采用四层印制板,大部分的芯片采用贴片式封装,应用波峰焊工艺,使得装置的抗干扰性能得到了极大的提高。 来源:http://tede.cn 

  交流输入部分选用高精度的PT、CT,测量CT和保护CT分开,A/D转换器采用14位A/D转换,具有很高的分辨率。 

  装置与上位机之间设置有两种通讯接口,RS485和CAN-BUS方式,通讯规约采用IEC-105-103规约。 
   
  装置的开入、开出部分全部采用光电隔离技术,提高了抗干扰能力。出口部分采用三极管放大回路,提高了出口的驱动能力。 

  保护装置采用全汉化的液晶界面,人机对话方便。同时还配备有笔记本电脑维护的RS-232接口。 

3.2 软件设计方案 

  软件采用模块化的设计思想,整个程序分为主程序、采样中断程序、故障处理程序、通信接口程序。程序具有完善的自检功能,自检程序定时对装置的硬件进行循环自检,一旦发现装置的硬件故障,闭锁保护出口电源,同时发装置告警信号,并通过网络上传。 

装置中设置有硬件和软件Watchdog电路,一旦程序由于干扰跑飞,通过硬件和软件将程序复位,防止保护装置误动或拒动。 

  采样中断中反时限过流保护的软件流程框图如图1所示。 
          
  对于反时限过流保护,在程序的处理上有以下几个需要说明的地方: 

  (1)反时限计算的电流值为三相电流中的最大值; 

  (2)反时限的累加计算在中断中进行,每周期按照16点(Δt125 ms)计算;满足返回条件后,将累加计数器清零立即返回; 

  (3)当计算得出的最大相电流有效值大于11Ip(启动电流)时,反时限过流继电器才开始累加计时,如果最大相电流有效值小于11Ip持续20次以上, 反时限将累加计数器单元清零后返回; 

  (4)当IIp≥20时,保护按照定时限过流继电器出口动作; 

  (5)反时限继电器的最长动作时间为80 s(满足启动条件后,80 s仍不动作,立即跳闸)。 

4 结论 来源:http://tede.cn 

  通过将(IIpr用二次函数进行拟合,从保护软件的计算量来看,并没有增加,但是,利用这种方法却节省了大量的ROM空间,通过对利用该原理研制成的微机线路保护装置的测试结果来看,精度较高,在动作时间小于等于1 s时,误差在±15 ms之内;动作时间大于1 s时,误差不大于±15%;因此具有较高的工程应用价值。


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