继电保护测试仪的知识讲解

　　熟知微机继电保护算法的原理，足矣有效的保障我们在使用微机继电保护测试仪检测继保装置时更加得心应手。传统的继电保护是直接或经过电压形成回路把被测信号引入保护继电器，继电器按照电磁感应、比幅、比相等原理作出动作与否的判断。而微机继电保护测试仪是把经过数据采集系统量化的数字信号经过数字滤波处理后，通过数学运算、逻辑运算，并进行分析、判断，以决定是否发出跳闸命令或信号，以实现各种继电保护功能。这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法称为微机保护算法。

　　分析和评价各种不同的算法优劣的标准是精度和速度。速度有包括两方面：一是算法所要求的采样点数（或称数据窗长度）；二是算法的运算工作量。所谓算法的计算精度是指用离散的采样点计算出的结果与信号的实际值的逼真程度。如果精度低，则说明计算结果的准确度差，这将直接影响保护的正确判断。算法所用的数据窗直接影响保护的动作速度。因为电力系统继电保护应在故障后迅速做出动作与否的判断，而要做出正确的判断必须用故障后的数据计算。一个算法采用故障后的多少采样点才能计算出正确的结果，这就是算法的数据窗。但是，半周傅氏算法不能滤除偶次谐波和恒温直流分量，在信号中存在非周期分量和偶次谐波的情况下，其精度低于全周傅氏算法。而全周傅氏算法的数据窗要长，保护的动作速度慢。显然精度和数据窗之间存在矛盾。一般地，算法用的数据窗越长，计算精度越高，而保护动相对较慢，反之，计算精度越低，但保护的动作速度相对较快。

　　目前，在微机继电保护测试仪中采用的算法基本上可以分为两类。一类是直接由采样值经过某种运算，求出被测信号的实际值再与定值比较。例如，在距离保护装置中，利用故障后电压和电流的采样值直接求出测量阻抗或求出故障后保护安装处到故障点的R、X，然后与定值进行比较。在电流、电压保护中，则直接求出电压、电流的有效值，与保护的整定值比较。另一类算法是依据继电器的动作方程，将采样值带入动作方程，转换为运算式的判断。同样对于距离保护，这种算法不需要求出测量阻抗，而只是用故障后的采样值带入动作方程进行判断。

　　微机继电保护测试仪对计算机速度的要求特别高。由于反映工频电气量的保护设有滤波环节，前置模拟滤波系统中也有延时，各种保护的算法都需要时间，因此在其他条件相同的情况下，尽量提高算法的计算速度，缩短响应时间，可以提高保护的动作速度。在满足精度的条件下，在算法中通常采用的计算速度，缩短响应时间，可以提高以减小计算工作量，或采用兼有多种功能（例如滤波功能）的算法以节省时间等措施来缩短响应时间，提高速度。

　　在一套具体的微机继电保护测试仪中，采用何种算法，应视保护的原理以及对计算精度和动作快速性的要求合理选择。继电保护的种类很多，按保护对象分有元件保护、线路保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护和电压、电流保护等。然而不管哪一类保护的算法，其核心问题归根结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流等的有效值和相位以及阻抗等，或者算出它们的序量值、基波分量、某次基波分量的大小和相位等。有了这些基本电气量的计算值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。可以说，只要找出任何能够区分正常与短路的特征量，微机保护就可以予以实现。

　　计算精度是保护测量元件的一个总要指标，高精度与快速动作之间存在着矛盾，一般要求根据实际需要进行协调以得到最合理的结果。在选用准确度的数学模型及合理的数据窗长度的前提下，计算精度与有限字长有关，其误差表现为量化误差和舍入误差两个方面。为了减小微机继电保护测试仪量化误差，在保护中通常采用的A/D芯片至少是12位的，而减小舍入误差则要增加字长。