煤矿井下采区无人值守变电所微机保护系统的研究

要进行保护。煤矿井下大多数电气设备，如变压器、电动机等，都具有一定的允许过载能力，时间越短，允许通过的过载电流越大。因此，为了充分发挥被保护元件的效益，又不至于因长时间过热而造成损坏，对过载的保护应具有反时限特性。

为了适应井下电网在不同负载条件下对过载保护的要求，本保护装置可以选择如图1所示的7条不同的反时限过载保护特性曲线。

2 综合保护系统所用算法

算法是微机保护研究的重点之一。目前已提出的算法有很多种，例如两点乘积算法、导数算法、傅里叶算法、沃尔什函数算法、解微分方程算法以及最小二乘算法等。分析和评价各种不同算法优劣的标准是精度和速度。人们已经进行了大量的研究，提出了许多适用于微机保护的算法[1][2]，各种算法各有其应用价值，具体选择哪一种算法需根据对保护功能的要求、应用场合来具体确定。

2.1 故障检测算法

故障检测算法要尽量简单并且运算量小，又要能对所监视范围内的故障做出灵敏的反应。电力系统正常运行与故障状态的区别，特别体现在故障前后电流的变化上。因此采用电流故障分量来检测故障具有足够的灵敏度[3]。电流故障分量的提取可采用以下算法：

△i(t)=i(t)-(-1)ni(t-nT/2)    (3)

式（3）中：△i(t)为电流故障分量；i(t)为实测电流；T工频周期；n=±1,±2,…

将式（3）离散化可得：

△i(k)=i(k)-(-1)ni(k-nN/2)    (4)

其中N为每工频周期采样点数。

这种算法虽不精确，但基本上能满足要求，且简单易行。采用电流故障分量作为故障检测方法时，具有下列优点：

(1) 在稳定状态下电流中的谐波分量被自然滤出，△i(t)中不平衡输出小；

(2)输出△i(t)存在时间是固定的，不随故障电流的大小而变化；

(3)输出△i(t)的波形没有衰减。

    令式(4)中的n分别为1和2，就可得到半周比较法和周-周比较法。但无论是周-周比较法还是半周比较法，都存在一个问题，那就是在电网频率波动时，会产生一定的不平衡电流。因此为了消除电网频率波动所带来的误差，可采用双周比较法和双半周比较法。

双周比较法防止了因频率偏移引起的误动作，但它需要较长的数据窗(两个工频周期)，使数据存储量增大，并且它仍受系统频率的影响，当振荡周期很小时仍有可能误动作。为了缩短数据窗，本系统采用式(4)所示的双半周比较法：

△i(k)=│i(k)+i(k-N/2)│-│i(k-N/2)+i(k-N)│ (5)

式(5)中i(k)为某一瞬间的相电流采样值，i(k-N/2)为半周期前同一相电流采样值，i(k-N)为一周期前同一相电流采样值。该方法数据窗短，计算简单。取整定值ε为正数，则故障检测元件判别式为：

│△i(k)│≥ε (6)

当满足式(6)时，故障检测元件动作。ε的选择原则是在保证可靠检测出所监测范围内所有故障的前提下，尽量使非故障扰动(如负荷波动)时不起动。此外，为提高抗干扰能力，程序设计中当有连续三次│△i(k)│≥ε时才确认有故障发生，从而保证了保护起动的准确性。

2.2 滤序算法

煤矿井下低压电网中的负载大多是起动电流很大的鼠笼型电动机，这就使得保护装置需要区分线路末端的短路电流和大型电动机的起动电流。对于三相短路电流，可以利用相敏保护原理加以区分；

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