CN100391073C - 数字式继电保护反时限特性的实现方法 - Google Patents

Abstract

数字式继电保护反时限特性的实现方法，本发明属于继电保护装置过电流保护方法。它克服了现有的数字式继电保护反时限特性实现方法对保护装置的运算速度要求高、实时计算量大、难于实现等缺陷。其步骤是：继电保护装置上电；读取用户设置参数，将变量X₁、变量X₂置零；计算见右下式，并将其赋给变量X₁；间隔时间Δt采集电流I_j；计算I_j ^r并将其累加到变量X₂；将I_p ^r累加到变量X₁；判断变量X₂的值是否大于等于变量X₁的值；若是，则反时限保护动作，否则重新开始采样、计算、比较、判断。本方法将与实时电流无关的判据参量放在实时采样计算前进行计算，实时计算量小，降低了对继电保护装置运算速度的要求，且能全面地反映被保护对象的电流/时间特性，判断准确、使用方便，具有较大推广价值。

Description

数字式继电保护反时限特性的实现方法

技术领域

本发明属于继电保护装置过电流保护方法，具体涉及数字式继电保护装置的反时限特性的实现方法。

背景技术

继电保护装置反时限特性(电流/时间特性)动作时间的精确计算可保证电力设备或线路等被保护对象在故障情况下继电保护装置及时可靠的动作，对有效保护电力设备或线路具有重要意义。现有的数字式继电保护反时限特性的实现方法中，对反时限特性动作时间的计算往往采用被保护对象的实时电流与额定电流的比值作为计算基础来进行，这种方法存在的缺点是：实时计算量较大，对继电保护装置的运算速度要求较高，难于实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种对数字式继电保护装置的运算速度要求不高、实时计算量小、易于实现的数字式继电保护反时限特性的实现方法，以克服现有方法对继电保护装置的运算速度要求高、实时计算量大、难于实现等缺陷。本方法的步骤如下：继电保护装置上电101；读取用户设置的参数K、r、τ_p和I_p，K为设计常数，τ_p为时间常数，I_p为被保护对象额定电流值，r为反时限特性系数，将变量X₁、X₂置零102；分别计算I_p ^r、

的值103；将的值赋给变量X₁ 104；间隔时间Δt采集被保护对象的实时电流I_j  105；计算I_j ^r，然后将I_j ^r的数值累加到变量X₂中，同时将I_p ^r的数值累加到变量X₁中106；判断变量X₂的值是否大于等于变量X₁的值107；步骤107结果为否，则返回步骤105的起始端；步骤107结果为是，则反时限保护动作108。在步骤106中r＝0.02时I_j ^r的数值是这样计算的：判断I_j的数值满足I_j≤I_p、I_p＜I_j≤8I_p或8I_p＜I_j≤20I_p中的哪种情况601；如果I_j≤I_p，则判断I_j的数值是否在一号数据表中列出，一号数据表步长为0.01I_p 602；步骤602的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值603；步骤602的结果为否，则利用一号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值604；步骤601的结果为I_p＜I_j≤8I_p，则判断I_j的数值是否在二号数据表中列出，二号数据表步长为0.002I_p  605；步骤605的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值606；步骤605的结果为否，则利用二号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值607；步骤601的结果为8I_p＜I_j≤20I_p，则判断I_j的数值是否在三号数据表中列出，三号数据表步长为0.05I_p 608；步骤608的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值609；步骤608的结果为否，则利用三号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值610。本发明的保护方法优于现有方法之处在于：采用实时采样电流I_j本身作为保护的计算基础、采用新的分段查表与线性插值相结合的方法计算I_j ^r，将与实时电流无关的判据参数放在实时采样计算前进行计算，然后只进行简单的累加和判断，因此在继电保护装置的实时运行过程中计算简单，提高了继电保护装置的反应速度。本发明方法大大减少了数字式继电保护装置反时限特性的实时计算量，降低了对数字式继电保护装置运算速度的要求，因此非常适合于数字设备实现，而且在实现过程中考虑了被保护对象电流动态变化的影响，能真实全面地反映被保护对象的电流/时间特性(反时限特性)，且判断准确、使用方便，具有较大推广价值。

附图说明

图1是本发明方法实施方式一的流程示意图，图2是实施方式二的流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式的步骤如下：继电保护装置上电101；读取用户设置的参数K、r、τ_p和I_p，将变量X₁、X₂置零102；分别计算I_p ^r、

的值103；将

的值赋给变量X₁104；间隔时间Δt采集被保护对象的实时电流I_j  105；计算I_j ^r，然后将I_j ^r的数值累加到变量X₂中，同时将I_p ^r的数值累加到变量X₁中106；判断变量X₂的值是否大于等于变量X₁的值107；步骤107结果为否，则返回步骤105的起始端；步骤107结果为是，则反时限保护动作108。

继电保护装置上电后，读取用户设置的参数K、r、τ_p和I_p，其中，K为设计常数，没有量纲，按照国际电工委员会(IEC255)和英国标准规范(BS142)的规定，K＝13.5(对应于r＝1)或K＝80(对应于r＝2)或K＝0.14(对应于r＝0.02)；τ_p为时间常数，一般取值范围为(0.05-40)s；I_p为被保护对象的额定电流值，对应的二次侧电流值为5A或1A；r为反时限特性系数。r根据不同使用场合取不同的值，如在被保护线路首端或末端短路而电流变化较小时，常采用定时限过电流保护，动作时间是一个定值，与r无关。在被保护线路首端或末端短路而电流变化较大时，则常采用非常反时限特性，即r＝1。通常输电线路采用一般反时限特性，即r＝0.02。反映过热状态的保护(如发电机转子、变压器、电缆及铁路架空线路等过热保护)，则采用特别反时限特性，即r＝2。根据读取的各参数计算I_p ^r和

的数值，其中，Δt是继电保护装置采集被保护对象实时电流的采样时间间隔。设立变量X₁及变量X₂分别表示 $\frac{{\mathrm{K\τ}}_p{I}_p^r}{\mathrm{\Δt}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_p^r$ 及

的值，在采样和累加计算前，将这两个变量置零，再将已计算出的

赋给变量X₁。然后开始采集被保护对象的电流I_j，计算I_j ^r，将计算得到的结果累加到变量X₂，同时将I_p ^r的值累加到变量X₁，比较变量X₁、X₂，如果变量X₂的值大于等于变量X₁的值，则反时限保护动作，否则重新开始采样、计算、累加、比较的过程。下面叙述作为本发明方法基础的数学模型：

(一)继电保护装置的反时限特性(电流/时间特性)数学模型为

$T=\frac{{\mathrm{K\τ}}_p}{{(I/I_p)}^r-1}---\left(1\right)$

式中，K为设计常数；τ_p为时间常数；I_p为被保护对象额定电流值；I为被保护对象电流；r为反时限特性系数；T为动作时间。对于数字式继电保护装置，每间隔时间Δt采集一次被保护对象电流。第j次采集的被保护对象的电流为I_j，则经过n次采样，当满足下式时，反时限保护动作：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j^r\≥\frac{{\mathrm{K\τ}}_p{I}_p^r}{\mathrm{\Δt}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_p^r---\left(2\right)$

式(2)反映了对被保护对象的电流I_j的实时采样及相应的累加、判断过程，因此充分考虑了保护对象电流动态变化对电流/时间特性的影响。

(二)对于式(2)左边，每间隔时间Δt采集一次被保护对象电流I_j，计算I_j ^r，对I_j ^r进行一次累加运算；式(2)右边所有参数均为已知，所以I_p ^r、

在步骤103中进行计算，在每间隔时间Δt实时采样后，只需对I_p ^r进行一次累加，这样即大大减小了实时计算量，降低了对继电保护装置运算速度的要求。所述的被保护对象为电动机、变压器、线路等电力设备或线路。

具体实施方式二：本实施方式是关于实施方式一在步骤106中I_j ^r数值计算方法的。I_j ^r数值计算方法分为两种情况，若r＝1或r＝2，则继电保护装置直接进行数学计算即可；若r＝0.02，继电保护装置直接进行数学计算比较困难，因此采用查表与分段线性插值相结合的方法。下面结合图2具体说明r＝0.02时实施方式一在步骤106中I_j ^r数值的计算过程：判断该时刻I_j的数值满足I_j≤I_p、I_p＜I_j≤8I_p或8I_p＜I_j≤20I_p中的哪种情况601；如果I_j≤I_p，即被保护对象的实际电流为(0-1)I_p，则判断I_j的数值是否在一号数据表中列出，一号数据表步长为0.01I_p，共计101个数值，这101个I_j ^r的数值分别对应于从0到I_p的数值区间内均匀步长的101个I_j的数值602；步骤602的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值603；步骤602的结果为否，则利用一号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值604；步骤601的结果为I_p＜I_j≤8I_p，即被保护对象的实际电流为(1-8)I_p，则判断I_j的数值是否在二号数据表中列出，因此时反时限保护起主要作用，故二号数据表步长应最小，这里设为0.002I_p，共计3501个数值，这3501个数值分别对应于从I_p到8I_p的数值区间内均匀步长的3501个I_j的数值605；步骤605的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值606；步骤605的结果为否，则利用二号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值607；步骤601的结果为8I_p＜I_j≤20I_p，即被保护对象的实际电流为(8-20)I_p，则判断I_j的数值是否在三号数据表中列出，因此时通常速断保护会动作，故三号数据表步长可较大，这里设为0.05I_p，共计241个数值，这241个数值分别对应于从8I_p到20I_p的数值区间内均匀步长的241个I_j的数值608；步骤608的结果为是，则读取相应的I_j ^r的数值609；步骤608的结果为否，则利用三号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值610。三个数据表容量总计近4K，一般数字式继电保护装置是容易满足的。

Claims (1)

1.一种数字式继电保护反时限特性的实现方法，其特征在于它通过以下步骤完成：步骤101：继电保护装置上电；步骤102：读取用户设置的参数K、r、τ_p和I_p，K为设计常数，τ_p为时间常数，I_p为被保护对象额定电流值，r为反时限特性系数，将变量X₁、X₂置零；步骤103：分别计算I_p ^r、

的值；步骤104：将

的值赋给变量X₁；步骤105：间隔时间Δt采集被保护对象的实时电流I_j；步骤106：计算I_j ^r，将I_j ^r的数值累加到变量X₂中，同时将I_p ^r的数值累加到变量X₁中；步骤107：判断变量X₂的值是否大于等于变量X₁的值；步骤107结果为否，则返回步骤105的起始端；步骤107结果为是，则执行步骤108：反时限保护动作；

在步骤106中r＝0.02时I_j ^r的数值是这样计算的：

步骤601：判断I_j的数值满足I_j≤I_p、I_p＜I_j≤8I_p或8I_p＜I_j≤20I_p中的哪种情况；如果I_j≤I_p，则执行步骤602：判断I_j的数值是否在一号数据表中列出，一号数据表步长为0.01I_p；步骤602的结果为是，则执行步骤603：读取相应的I_j ^r的数值；步骤602的结果为否，则执行步骤604：利用一号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值；步骤601的结果为I_p＜I_j≤8I_p，则执行步骤605：判断I_j的数值是否在二号数据表中列出，二号数据表步长为0.002I_p；步骤605的结果为是，则执行步骤606：读取相应的I_j ^r的数值；步骤605的结果为否，则执行步骤607：利用二号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值；步骤601的结果为8I_p＜I_j≤20I_p，则执行步骤608：判断I_j的数值是否在三号数据表中列出，三号数据表步长为0.05I_p；步骤608的结果为是，则执行步骤609：读取相应的I_j ^r的数值；步骤608的结果为否，则执行步骤610：利用三号数据表，用线性插值的方法求得I_j ^r的数值。

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