第36卷 第17期 电力系统保护与控制 Vol.36 No.17 2008年9月1日 Power System Protection and Control Sep. 1, 2008
基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器的设计
荣雅君，刘 琳，贾 艳，高广峰
（燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004）
摘要：通过对四边形特性继电器在克服短路点过渡电阻的影响和躲过负荷阻抗等方面优良特性的分析，研究了四边形特性阻抗继电器的实现方法和特性。并介绍了虚拟仪器的概念，以图形化编程软件LabVIEW 为软件开发平台，开发的四边形特性继电器，具有界面友好、操作简单和较优良的抗过渡电阻和躲负荷的能力等优点，应用于实验室中取得了良好的效果。 关键词: 距离保护；四边形特性；虚拟仪器；LabVIEW
Design of impedance relay of quadrangle characteristic based on LabVIEW
RONG Ya-jun， LIU Lin ， JIA Yan ，GAO Guang-feng
(College of Electric Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)
Abstract: The realizable method and its specific property of impedance relay of quadrangle characteristic are studied. Impedance relay of quadrangle characteristic are discussed initially, aiming at analysis of the excellent specific properties that impedance relay of quadrangle characteristic helps to overcome the influence of transition resistance and load resistance. And the concept of virtual instruments is introduced, the system of quadrangle characteristic of relay based on LabVIEW graphical programming environment is developed. This system is excellent for friendly interface and simple operation and overcoming the influence of transition resistance and load resistance. The system has got a good verification in the lab. Key words: distance relay; quadrangle characteristic; virtual instrument; LabVIEW 中图分类号： TP773 文献标识码： B 文章编号： 1674-3415(2008)17-0079-03
0 引言
阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地之间的阻抗，并与整定值比较，以确定保护是否动作及动作时限。采用圆特性阻抗继电器，无论何种动作特性（全阻抗继电器、方向阻抗继电器、带偏移特性的方向阻抗继电器）都存在着两个显著缺点：当阻抗整定值较小时，阻抗继电器受短路点过渡电阻的影响较大且灵敏度较低；当阻抗继电器整定值较大时，阻抗继电器躲过负荷阻抗的能力较差。而采用四边形（或多边型）阻抗继电器，可以克服上述缺点，四边形阻抗继电器不仅具有较高的灵敏度而且抗过渡电阻的能力强[1]。
虚拟仪器VI （Virtual Instruments）技术是测量仪器发展史上的一次革命，从本质上讲，它是测量技术与计算机技术相结合的产物。本文在分析四边形继电器动作特性的基础上，采用虚拟仪器的思想，充分利用现代计算机技术，用软件的方法实现了虚拟的四边形阻抗继电器，经实验证明，其动作性能
可靠。
1 阻抗继电器的四边形特性
四边形阻抗继电器可以分为两类：一类是带方向性的；另一类是不带方向性的。方向性四边形继电器与不带方向的继电器相比，加设了故障方向判别元件，能够保证正向出口短路故障时可靠动作，反向短路故障时可靠不动作。带方向性的四边形阻抗继电器主要用于距离保护阻抗测量元件中，不带方向性的四边形阻抗继电器主要用于保护后备段阻抗测量或起动元件中。因为四边形阻抗继电器阻抗特性具有反映故障点过渡电阻能力强、躲负荷阻抗能力好，在微机保护中实现容易的特点，所以四边形阻抗继电器应用相当广泛。
方向性四边形阻抗继电器的动作特性如图1所示，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为不动作区。在双端电源线路上，考虑经过渡电阻短路时，始端故障时的附加测量阻抗比末端故障时小，所以α小于线路阻抗角，如取60°～65°；为保证正向出口经过渡电阻短路时的可靠动作，β应有一
- 80 - 电力系统保护与控制
定大小，一般取值在20°～30°之间；为保证被保护线路发生金属性短路故障时可靠动作，γ可取105°～120°之间；为防止保护区末端经过渡电阻短路时可能出现超范围动作，δ可取7°～10°之间[2]。
由图1可以看出要确定四边形还需确定直线AB 与X 轴的交点X dz 和直线BC 与R 轴的交点
D 元件动作条件为：
−900+θ≤arg
U I
••
≤900+θ （4）
对于直线AO 而言，式（4）中θ取γ−900；对于直线OC 而言，式（4）中θ取900−β，两条动作特性直线相与即为折线AOC 的动作特性。 2.2 四边形阻抗继电器的算法实现
采用传统的方法如：采用晶体管或集成电路构成四边形阻抗继电器其结构复杂，且若想改变某个参数，须重新设计电路，实现比较困难。而在微机保护中则很容易实现四边形阻抗继电器，且改变参数时只需调整程序中的某个变量值。
继电保护中的电压、电流、电阻、电抗等电气量是通过微机将采集来的各电气量的瞬时值经A/D转换、数字滤波等处理后的数字信号进行数字运算、逻辑运算，并进行分析、判断，最后输出跳闸命令、信号命令或计算结果，以实现各种继电保护功能[4]。这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法就是微机保护算法。算法是微机保护的一个重要组成部分，它直接决定着保护的性能，因此选择合适的算法至关重要。
两点乘积算法是一种常用的算法，它计算简单、可靠，广泛应用于微机保护中。设两个被比较量G 和H ，比较二者的相位，当它们的相位差在1800内时，比相器动作
−900≤arg
G H
••
•
R dz 。其中，X dz 为继电器整定阻抗中的电抗部分。R dz 的整定原则是躲过系统的负荷阻抗，考虑0.7倍的可靠系数，其计算公式为：
U 2
R dz =0.35 （1）
P
式（1）中：U 为系统电压，P 为系统有功功率[3]。
当阶段式距离保护采用四边形特性时，AO 、OC 、BC 段是各段共用的，仅AB 段不同，它由各段的整定阻抗中的电抗确定。
图1 四边形动作边界图
Fig.1 Operation boundary of the quadrangle
•
2 四边形阻抗继电器的实现
2.1 四边形阻抗继电器的动作特性分析
四边形阻抗的继电器可以实现距离测量、方向判别、躲负荷三种功能。在图1中直线AB 可以由电抗元件（X 元件）来实现，它实现了四边形继电器的测距功能；直线BC 可由电阻元件（R 元件）来实现，它实现了四边形继电器的躲负荷功能；折线AOC 可由动作范围小于180°的方向元件（D 元件）来实现，它实现了四边形继电器的方向判别的功能。
三种元件的动作判据如下： X 元件的动作条件为：
−90°≤arg
I ∗X zd cos δ−U I X zd cos δ
••
•
≤900 （5）
采用两点乘积算法来实现式（5）的计算公式如下：
⎧g 2h 2+g 1h 1≥0
（6） ⎨
g h h g −≥0⎩1212
式（6）中，g 1、g 2、h 1、h 2分别为两个相隔1/4周期采样时刻t 1、t 2时的G 和H 的采样数据。
X 元件和R 元件的动作条件与式（5）相似，可以按式（6）的形式来实现；D 元件的动作条件与式（5）不同，对于动作条件如式（4）的比相器，利用两点乘积算法实现的计算公式如下：
(g 2h 2+g 1h 1) cos θ−(g 1h 2−g 2h 1) sin θ≥0 (7) 分别计算出X 元件、R 元件和D 元件的动作条件，再将三者相与即可实现微机保护中四边形阻抗继电器。
•
•
≤90° （2）
R 元件的动作条件为：
−900≤arg
I ∗R zd cos α−U I R zd cos α
••
•
≤900 （3）
3 虚拟四边形阻抗继电器
荣雅君，等 基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器的设计 - 81 -
3.1 虚拟仪器简介
虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和硬件，让使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件只是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件，很方便地改变仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”的说法。
虚拟仪器的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能是相同的，它们之间的不同体现在灵活性方面：虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由地组合计算机平台、硬件、软件以及各种完成应用系统所需要的附件，而这种灵活性在由供应商定义、功能固定的传统仪器上是达不到的[5]。 3.2 虚拟仪器开发环境
LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engin- eering Workbench）是目前最为成功、应用最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。它是美国国家仪器公司开发的基于图形编译语言的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW 的功能十分强大，主要包括：数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、输入输出控制等。与传统文本编程语言相比，此种编程具有界面更加生动灵活、性能更加可靠的优点；而且它面向的是没有编程经验的用户而不是编程专家，尤其适合于从事科研开发的科学家、工程师技术人员，
[6]
被誉为工程师和科学家的语言。
3.3 基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器设计
虚拟保护是对继电保护的仿真。本文设计的虚拟四边形阻抗继电器就是虚拟距离保护中的核心元件，使用者可以根据自己的需要输入参数以实现不同的虚拟四边形继电器。虚拟继电器的输入是数据采集卡采集的线路电压和电流信号，按照一定的算法，对输入的电压和电流信号进行计算，最后确定继电器是否应该动作。
利用LabVIEW 设计的虚拟四边形阻抗继电器前面板如图2所示。
由图2可知，此虚拟仪器前面板由：采集按钮、动作按钮、参数设置区和图形显示区四部分组成。采集按钮控制信号采集的开通与关断；动作按钮显示继电器是否动作。参数设置区中的采集参数用于设置采集卡的参数，本系统采用阿尔泰公司的USB2002数据采集卡，该卡是USB 总线兼容的数据采集板，具有体积小、即插即用等优点。卡上装有14Bit 分辨率的A/D转换器，为用户提供32路单端模拟信号输入、16路双端的模拟输入通道、16
路开关量输入、16路开关量输出。模拟电压输入范围为±5 V，±10 V，最大采样速率：400 kb/s。本系统用它来实现对三相线路电压和电流的采集，它将采集的模拟信号转换成数字信号并输出到计算机中，以便在计算机中对信号进行处理、分析。滤波采用的是巴特沃思数字滤波器，它将信号中高次谐波滤除，只保留基波分量。存储区参数设置指定了存储的位置，它将采样的数据，转换成LabVIEW 特有的波形文件，然后存放在计算机的磁盘中，以便对采集信号做进一步的分析或处理。图形显示区可以按照设定的参数显示对应的四边形特性图形，这样可以让使用者更加清晰、直观地看到设定的四边形特性的形状。
图2 虚拟四边形阻抗继电器
Fig.2 Virtual impedance relay of quadrangle characteristic
4 结论
基于虚拟仪器的四边形阻抗继电器经过实际测试，能够满足要求并且具有人机界面友好、操作简便、实时性好、精度高、可扩展性强等优点。虚拟继电器不仅能够实现传统继电器不易实现的复杂结构，而且可以有效地降低成本并缩短开发周期，能够被广泛应用于新型继电器研发及测试实验。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机在国内已基本普及，这为虚拟仪器的发展奠定了基础，用虚拟仪器代替传统仪器具有广阔的发展前景。 参考文献
[1] 邰彬，文劲宇，王李东．三段式阻抗继电器动作边界
测试方法的研究[J]．继电器，2005，33（6）：32-35． TAI Bin，WEN Jin-yu，WANG Li-dong．Study of Test Method about Operation Characteristic of Impedance Relay with Three Sections[J]．Relay ，2005，33（6）： 32-35．
（下转第99页 continued on page 99）
叶文德 主变保护启动失灵电流回路的探讨 - 99 -
如图3所示。
024
025
图3 290旁路保护启动失灵保护回路图
Fig.3 290 bypass protection starting failure protection
circuit diagram
能导致失灵保护拒动或者误动，因此我们在设计时，要认真考虑现场可能出现的各种情况，使用更准确代表开关分合状态的电流作为相电流判据，所以本人建议现场将失灵电流判据改用开关CT 的二次绕组电流。在220 kV 双母线配置的线路间隔中，每个CT 均有4个二次绕组是给保护用的，其中母差保护用2个，线路保护用2个，失灵启动装置与其中一套线路保护共用。在主变间隔中，由于第二套差动保护使用套管CT，这样还剩余一个保护级别的绕组给失灵判据使用。因此建议现场尽快整改。 参考文献
[1] 毛锦庆.电力系统继电保护规程汇编[M].北京： 中
国电力出版社,2000.
[2] DL 400-91,继电保护和安全自动装置技术规程[S]. 收稿日期：2007-11-26； 修回日期：2008-01-13 作者简介： 叶文德（1975-），男，本科，工程师，研究方向为继电保护。 E-mail ：[email protected]
主变保护动作后，会作用于290开关操作箱的TJR 继电器，如果290开关任何一相失灵，290开关该相的失灵电流判别触点就会动作，这样就可以通过TJR 继电器的触点启动失灵保护了。同时290开关也配置有自己的保护，当主变间隔有故障时，290开关的保护也会动作，从而完成启动失灵的功能。
4 总结和整改建议
从以上的分析知道，主变启动失灵的电流判据如果使用变压器套管CT，那么在一定的条件下，可
（上接第81页 continued from page 81）
[2] 董艺．四边形原理距离保护中电阻分量的研究[J]．继
电器，2007，35（14）：63-65．
DONG Yi．Research of Resistance Components in Quadrilateral Characteristic Distance Relay[J] ．Relay ，2007，35（14）：63-65．
[3] 张太升，罗承廉，杜凌，等．四边形特性距离保护躲
负荷性能分析[J]．继电器，2004，32（1）：28-31． ZHANG Tai-sheng，LUO Cheng-lian，DU Ling，et al. Relation between Load Impedance and Distance Relay with Quadrilateral Characteristics[J]．Relay ，2004，32（1）：28-31．
[4] 连晶晶，赵志英．四边形特性阻抗继电器探讨[J]．南作者简介：
昌水专学报，1997，16（1）：53-56．
荣雅君(1957- )，女，硕士，教授，主要研究方向为电
LIAN Jing-jing，ZHAO Zhi-ying．Research on
力系统继电保护，E-mail ：[email protected]
Impedance Relay of Quadrangle
刘 琳(1982- )，女，硕士研究生，主要研究方向为电Characteristic[J]．Journal of Nanchang College of Water ：Conservancy and Hydroelectric Power，1997，16（1）
53-56．
[5] 艾欣，杨以涵，周孝信．虚拟仪器技术及其在电力系
统中的应用[J]．电力系统自动化，2001，25（15）：（上接第96页 continued from page 96） 收稿日期：2007-11-27 作者简介：
赵晓明(1976-)，男，工程师，从事电力系统继电保护
力系统继电保护；
贾 艳(1980- )，女，硕士研究生，主要研究方向为电力系统稳定器。
54-57．
AI Xin，YANG Yi-han，ZHOU Xiao-xin．Virtual Instrument Technology and Its Application to Power System[J]．Automation of Electric Power Systems，2001，25（15）：54-57．
[6] 杨乐平，李海涛，肖相生，等．LabVIEW 程序设计与
应用[M]．北京：电子工业出版社，2001．
YANG Le-ping，LI Hai-tao，XIAO Xiang-sheng，et al. LabVIEW Program Design and Application[M]. Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2001． 收稿日期：2007-11-26； 修回日期：2008-01-14
研究和试验工作；E-mail:[email protected]
黄晓明(1969-)，男，高级工程师，长期从事电力系统继电保护研究和管理工作。
第36卷 第17期 电力系统保护与控制 Vol.36 No.17 2008年9月1日 Power System Protection and Control Sep. 1, 2008
基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器的设计
荣雅君，刘 琳，贾 艳，高广峰
（燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004）
摘要：通过对四边形特性继电器在克服短路点过渡电阻的影响和躲过负荷阻抗等方面优良特性的分析，研究了四边形特性阻抗继电器的实现方法和特性。并介绍了虚拟仪器的概念，以图形化编程软件LabVIEW 为软件开发平台，开发的四边形特性继电器，具有界面友好、操作简单和较优良的抗过渡电阻和躲负荷的能力等优点，应用于实验室中取得了良好的效果。 关键词: 距离保护；四边形特性；虚拟仪器；LabVIEW
Design of impedance relay of quadrangle characteristic based on LabVIEW
RONG Ya-jun， LIU Lin ， JIA Yan ，GAO Guang-feng
(College of Electric Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)
Abstract: The realizable method and its specific property of impedance relay of quadrangle characteristic are studied. Impedance relay of quadrangle characteristic are discussed initially, aiming at analysis of the excellent specific properties that impedance relay of quadrangle characteristic helps to overcome the influence of transition resistance and load resistance. And the concept of virtual instruments is introduced, the system of quadrangle characteristic of relay based on LabVIEW graphical programming environment is developed. This system is excellent for friendly interface and simple operation and overcoming the influence of transition resistance and load resistance. The system has got a good verification in the lab. Key words: distance relay; quadrangle characteristic; virtual instrument; LabVIEW 中图分类号： TP773 文献标识码： B 文章编号： 1674-3415(2008)17-0079-03
0 引言
阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地之间的阻抗，并与整定值比较，以确定保护是否动作及动作时限。采用圆特性阻抗继电器，无论何种动作特性（全阻抗继电器、方向阻抗继电器、带偏移特性的方向阻抗继电器）都存在着两个显著缺点：当阻抗整定值较小时，阻抗继电器受短路点过渡电阻的影响较大且灵敏度较低；当阻抗继电器整定值较大时，阻抗继电器躲过负荷阻抗的能力较差。而采用四边形（或多边型）阻抗继电器，可以克服上述缺点，四边形阻抗继电器不仅具有较高的灵敏度而且抗过渡电阻的能力强[1]。
虚拟仪器VI （Virtual Instruments）技术是测量仪器发展史上的一次革命，从本质上讲，它是测量技术与计算机技术相结合的产物。本文在分析四边形继电器动作特性的基础上，采用虚拟仪器的思想，充分利用现代计算机技术，用软件的方法实现了虚拟的四边形阻抗继电器，经实验证明，其动作性能
可靠。
1 阻抗继电器的四边形特性
四边形阻抗继电器可以分为两类：一类是带方向性的；另一类是不带方向性的。方向性四边形继电器与不带方向的继电器相比，加设了故障方向判别元件，能够保证正向出口短路故障时可靠动作，反向短路故障时可靠不动作。带方向性的四边形阻抗继电器主要用于距离保护阻抗测量元件中，不带方向性的四边形阻抗继电器主要用于保护后备段阻抗测量或起动元件中。因为四边形阻抗继电器阻抗特性具有反映故障点过渡电阻能力强、躲负荷阻抗能力好，在微机保护中实现容易的特点，所以四边形阻抗继电器应用相当广泛。
方向性四边形阻抗继电器的动作特性如图1所示，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为不动作区。在双端电源线路上，考虑经过渡电阻短路时，始端故障时的附加测量阻抗比末端故障时小，所以α小于线路阻抗角，如取60°～65°；为保证正向出口经过渡电阻短路时的可靠动作，β应有一
- 80 - 电力系统保护与控制
定大小，一般取值在20°～30°之间；为保证被保护线路发生金属性短路故障时可靠动作，γ可取105°～120°之间；为防止保护区末端经过渡电阻短路时可能出现超范围动作，δ可取7°～10°之间[2]。
由图1可以看出要确定四边形还需确定直线AB 与X 轴的交点X dz 和直线BC 与R 轴的交点
D 元件动作条件为：
−900+θ≤arg
U I
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≤900+θ （4）
对于直线AO 而言，式（4）中θ取γ−900；对于直线OC 而言，式（4）中θ取900−β，两条动作特性直线相与即为折线AOC 的动作特性。 2.2 四边形阻抗继电器的算法实现
采用传统的方法如：采用晶体管或集成电路构成四边形阻抗继电器其结构复杂，且若想改变某个参数，须重新设计电路，实现比较困难。而在微机保护中则很容易实现四边形阻抗继电器，且改变参数时只需调整程序中的某个变量值。
继电保护中的电压、电流、电阻、电抗等电气量是通过微机将采集来的各电气量的瞬时值经A/D转换、数字滤波等处理后的数字信号进行数字运算、逻辑运算，并进行分析、判断，最后输出跳闸命令、信号命令或计算结果，以实现各种继电保护功能[4]。这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法就是微机保护算法。算法是微机保护的一个重要组成部分，它直接决定着保护的性能，因此选择合适的算法至关重要。
两点乘积算法是一种常用的算法，它计算简单、可靠，广泛应用于微机保护中。设两个被比较量G 和H ，比较二者的相位，当它们的相位差在1800内时，比相器动作
−900≤arg
G H
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R dz 。其中，X dz 为继电器整定阻抗中的电抗部分。R dz 的整定原则是躲过系统的负荷阻抗，考虑0.7倍的可靠系数，其计算公式为：
U 2
R dz =0.35 （1）
P
式（1）中：U 为系统电压，P 为系统有功功率[3]。
当阶段式距离保护采用四边形特性时，AO 、OC 、BC 段是各段共用的，仅AB 段不同，它由各段的整定阻抗中的电抗确定。
图1 四边形动作边界图
Fig.1 Operation boundary of the quadrangle
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2 四边形阻抗继电器的实现
2.1 四边形阻抗继电器的动作特性分析
四边形阻抗的继电器可以实现距离测量、方向判别、躲负荷三种功能。在图1中直线AB 可以由电抗元件（X 元件）来实现，它实现了四边形继电器的测距功能；直线BC 可由电阻元件（R 元件）来实现，它实现了四边形继电器的躲负荷功能；折线AOC 可由动作范围小于180°的方向元件（D 元件）来实现，它实现了四边形继电器的方向判别的功能。
三种元件的动作判据如下： X 元件的动作条件为：
−90°≤arg
I ∗X zd cos δ−U I X zd cos δ
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≤900 （5）
采用两点乘积算法来实现式（5）的计算公式如下：
⎧g 2h 2+g 1h 1≥0
（6） ⎨
g h h g −≥0⎩1212
式（6）中，g 1、g 2、h 1、h 2分别为两个相隔1/4周期采样时刻t 1、t 2时的G 和H 的采样数据。
X 元件和R 元件的动作条件与式（5）相似，可以按式（6）的形式来实现；D 元件的动作条件与式（5）不同，对于动作条件如式（4）的比相器，利用两点乘积算法实现的计算公式如下：
(g 2h 2+g 1h 1) cos θ−(g 1h 2−g 2h 1) sin θ≥0 (7) 分别计算出X 元件、R 元件和D 元件的动作条件，再将三者相与即可实现微机保护中四边形阻抗继电器。
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≤90° （2）
R 元件的动作条件为：
−900≤arg
I ∗R zd cos α−U I R zd cos α
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≤900 （3）
3 虚拟四边形阻抗继电器
荣雅君，等 基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器的设计 - 81 -
3.1 虚拟仪器简介
虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和硬件，让使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件只是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件，很方便地改变仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”的说法。
虚拟仪器的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能是相同的，它们之间的不同体现在灵活性方面：虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由地组合计算机平台、硬件、软件以及各种完成应用系统所需要的附件，而这种灵活性在由供应商定义、功能固定的传统仪器上是达不到的[5]。 3.2 虚拟仪器开发环境
LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engin- eering Workbench）是目前最为成功、应用最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。它是美国国家仪器公司开发的基于图形编译语言的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW 的功能十分强大，主要包括：数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、输入输出控制等。与传统文本编程语言相比，此种编程具有界面更加生动灵活、性能更加可靠的优点；而且它面向的是没有编程经验的用户而不是编程专家，尤其适合于从事科研开发的科学家、工程师技术人员，
[6]
被誉为工程师和科学家的语言。
3.3 基于LabVIEW 的四边形阻抗继电器设计
虚拟保护是对继电保护的仿真。本文设计的虚拟四边形阻抗继电器就是虚拟距离保护中的核心元件，使用者可以根据自己的需要输入参数以实现不同的虚拟四边形继电器。虚拟继电器的输入是数据采集卡采集的线路电压和电流信号，按照一定的算法，对输入的电压和电流信号进行计算，最后确定继电器是否应该动作。
利用LabVIEW 设计的虚拟四边形阻抗继电器前面板如图2所示。
由图2可知，此虚拟仪器前面板由：采集按钮、动作按钮、参数设置区和图形显示区四部分组成。采集按钮控制信号采集的开通与关断；动作按钮显示继电器是否动作。参数设置区中的采集参数用于设置采集卡的参数，本系统采用阿尔泰公司的USB2002数据采集卡，该卡是USB 总线兼容的数据采集板，具有体积小、即插即用等优点。卡上装有14Bit 分辨率的A/D转换器，为用户提供32路单端模拟信号输入、16路双端的模拟输入通道、16
路开关量输入、16路开关量输出。模拟电压输入范围为±5 V，±10 V，最大采样速率：400 kb/s。本系统用它来实现对三相线路电压和电流的采集，它将采集的模拟信号转换成数字信号并输出到计算机中，以便在计算机中对信号进行处理、分析。滤波采用的是巴特沃思数字滤波器，它将信号中高次谐波滤除，只保留基波分量。存储区参数设置指定了存储的位置，它将采样的数据，转换成LabVIEW 特有的波形文件，然后存放在计算机的磁盘中，以便对采集信号做进一步的分析或处理。图形显示区可以按照设定的参数显示对应的四边形特性图形，这样可以让使用者更加清晰、直观地看到设定的四边形特性的形状。
图2 虚拟四边形阻抗继电器
Fig.2 Virtual impedance relay of quadrangle characteristic
4 结论
基于虚拟仪器的四边形阻抗继电器经过实际测试，能够满足要求并且具有人机界面友好、操作简便、实时性好、精度高、可扩展性强等优点。虚拟继电器不仅能够实现传统继电器不易实现的复杂结构，而且可以有效地降低成本并缩短开发周期，能够被广泛应用于新型继电器研发及测试实验。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机在国内已基本普及，这为虚拟仪器的发展奠定了基础，用虚拟仪器代替传统仪器具有广阔的发展前景。 参考文献
[1] 邰彬，文劲宇，王李东．三段式阻抗继电器动作边界
测试方法的研究[J]．继电器，2005，33（6）：32-35． TAI Bin，WEN Jin-yu，WANG Li-dong．Study of Test Method about Operation Characteristic of Impedance Relay with Three Sections[J]．Relay ，2005，33（6）： 32-35．
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叶文德 主变保护启动失灵电流回路的探讨 - 99 -
如图3所示。
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图3 290旁路保护启动失灵保护回路图
Fig.3 290 bypass protection starting failure protection
circuit diagram
能导致失灵保护拒动或者误动，因此我们在设计时，要认真考虑现场可能出现的各种情况，使用更准确代表开关分合状态的电流作为相电流判据，所以本人建议现场将失灵电流判据改用开关CT 的二次绕组电流。在220 kV 双母线配置的线路间隔中，每个CT 均有4个二次绕组是给保护用的，其中母差保护用2个，线路保护用2个，失灵启动装置与其中一套线路保护共用。在主变间隔中，由于第二套差动保护使用套管CT，这样还剩余一个保护级别的绕组给失灵判据使用。因此建议现场尽快整改。 参考文献
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主变保护动作后，会作用于290开关操作箱的TJR 继电器，如果290开关任何一相失灵，290开关该相的失灵电流判别触点就会动作，这样就可以通过TJR 继电器的触点启动失灵保护了。同时290开关也配置有自己的保护，当主变间隔有故障时，290开关的保护也会动作，从而完成启动失灵的功能。
4 总结和整改建议
从以上的分析知道，主变启动失灵的电流判据如果使用变压器套管CT，那么在一定的条件下，可
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研究和试验工作；E-mail:[email protected]
黄晓明(1969-)，男，高级工程师，长期从事电力系统继电保护研究和管理工作。