吳巧媚(廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院，廣東 廣州 510540)

1 引言

當(dāng)前，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置逐步代替了常規(guī)的模擬式繼電保護(hù)，在電力系統(tǒng)中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［1］。由于微機(jī)保護(hù)的原理是用軟件實(shí)現(xiàn)，我們難以得知繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部動(dòng)作行為，也難以直觀判斷保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置中究竟哪個(gè)模塊出現(xiàn)故障、或保護(hù)邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致了保護(hù)的不正確動(dòng)作。因此我們需要建立相應(yīng)的仿真模型，通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作行為進(jìn)行檢驗(yàn)。本文利用Matlab中的Simulink及SimPowerSystem工具箱建立變壓器差動(dòng)保護(hù)仿真模型，用S函數(shù)編寫保護(hù)算法。根據(jù)微機(jī)保護(hù)原理，實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)的閉環(huán)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明，該差動(dòng)保護(hù)各模塊均能正確實(shí)現(xiàn)其保護(hù)的功能，并且具有較好的可靠性與速動(dòng)性。

2 變壓器差動(dòng)保護(hù)

2.1 比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差而決定保護(hù)是否動(dòng)作的一種保護(hù)［2］。為保證保護(hù)正確動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于最大不平衡電流。但是，由于勵(lì)磁電流等原因，在正常運(yùn)行時(shí)及保護(hù)范圍外部故障時(shí)，流入差動(dòng)保護(hù)回路的不平衡電流較大，從而使保護(hù)的靈敏度降低。而比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流是隨外部短路電流按比率增大，既能保證外部短路不誤動(dòng)作，又能保證內(nèi)部短路有較高的靈敏度。

圖1 兩折線比率制動(dòng)特性

式中:S為BC為制動(dòng)斜率，即S=tanα。

本文中比率制動(dòng)參數(shù)整定方法亦參照文獻(xiàn)［2］。

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)仿真模型建立

3.1 一次系統(tǒng)建模

根據(jù)如圖2所示的電網(wǎng)接線圖，利用Matlab模塊庫(kù)建立變壓器保護(hù)一次仿真系統(tǒng)模型如圖3所示。其中，電源、變壓器參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)所給參數(shù)設(shè)置。輸電線路模塊采用分布參數(shù)模型，用電流、電壓測(cè)量模塊再配合一個(gè)增益模塊用以設(shè)置互感器的變比。斷路器用‘Three－Phase Breaker’模塊，設(shè)置“1”為斷路器閉合狀態(tài)，“0”為斷開狀態(tài)。

圖2 電網(wǎng)接線圖

3.2 二次系統(tǒng)建模

變壓器差動(dòng)保護(hù)二次系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)包括對(duì)一次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制以及保護(hù)功能，仿真模型如圖4所示。

CT:為電流互感器模塊。1.L和1.H分別是變壓器兩側(cè)的測(cè)量電流。

圖3 一次系統(tǒng)接線圖

圖4 二次系統(tǒng)接線圖

Converter:為變換器模塊。包含了變壓器低壓側(cè)(△型接線)、高壓側(cè)(Y型接線)電流的變換算法，相位校正采用文獻(xiàn)［3］所述的三角形側(cè)變換，同時(shí)還設(shè)置了零序電流的輸出，主要是用以進(jìn)行故障時(shí)的故障類型判斷。

Jibo和xiebo:為傅里葉級(jí)數(shù)變換模塊。該模塊直接用Simulink Library Browser自帶的模塊‘Fourier’，它輸出的是各相電流的直流分量或n次諧波分量的幅值I和相角φ。

GZXX:為故障選相模塊。用S函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)故障相的判別。S函數(shù)輸出值所表示的含義如表1所示。

表1 故障選相模塊輸出值含義表

CDSD:為差動(dòng)電流速斷模塊。此模塊用S函數(shù)編寫。

CTDX:為二次繞組斷線模塊。當(dāng)任一相差動(dòng)電流大于0.1IN，則啟動(dòng) CT斷線判別程序，滿足下列條件［5］:一本側(cè)三相電流中一相無(wú)電流;二其他兩相與啟動(dòng)前電流相等。即認(rèn)為是CT斷線。

CLYX:為差流越限警告模塊。用S函數(shù)編寫，用以監(jiān)視各相差動(dòng)電流。如果任一相差動(dòng)電流大于越限的啟動(dòng)門檻，發(fā)出告警信號(hào)。門檻值一般設(shè)為最小動(dòng)作電流的1/2。

4 仿真實(shí)例分析

為分析各種故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況，如圖3所示的系統(tǒng)，以下給出仿真系統(tǒng)參數(shù):

(1)兩折線比率制動(dòng)整定參數(shù):最小啟動(dòng)電流=1.0736A，最小制動(dòng)電流 =2.3857A，最大制動(dòng)電流 =8.5579A，最大不平衡電流 =2.5674A，斜率 =0.3668。

(2)二次諧波制動(dòng)系數(shù)K2=15%。

(3)差動(dòng)電流速斷的瞬時(shí)電流為12A;越限的啟動(dòng)門檻電流為0.5368A仿真中使用具有勵(lì)磁特性的變壓器模塊，同時(shí)在變壓器兩側(cè)增加另外增加兩個(gè)斷路器，模擬勵(lì)磁涌流情況。以下給出空載合閘及二次回路斷線情況下電流波形。

圖5 變壓器高壓側(cè)空載合閘的勵(lì)磁涌流

圖6 高壓側(cè)CT二次回路斷線

各運(yùn)行狀態(tài)下，斷路器動(dòng)作行為信號(hào)，故障選相，閉鎖信號(hào)見表2。

表2 各運(yùn)行狀態(tài)下，斷路器動(dòng)作行為信號(hào)，故障選相，閉鎖信號(hào)

5 結(jié)論

仿真結(jié)果表明，兩折線比率制動(dòng)能正確識(shí)別保護(hù)區(qū)內(nèi)故障電流，并迅速切除故障。同時(shí)對(duì)于保護(hù)區(qū)外部故障與系統(tǒng)中的不平衡電流，差動(dòng)保護(hù)能可靠不動(dòng)作。在識(shí)別勵(lì)磁涌流的問題上，使用了二次諧波綜合相制動(dòng)方式，較好的識(shí)別勵(lì)磁涌流，并且提高了保護(hù)的速動(dòng)性。至于變壓器兩側(cè)電流互感器二次回路斷線模塊利用S函數(shù)編寫，作為故障錄波的一部分，可以正確識(shí)別故障的類型與故障相的判別。

總體來(lái)說，該差動(dòng)保護(hù)各模塊均能正確實(shí)現(xiàn)其保護(hù)的功能，并且具有較好的可靠性與速動(dòng)性，為觀察微機(jī)變壓器保護(hù)中各模塊的動(dòng)作情況提供便利。

［1］徐建安.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008.

［2］張保會(huì).電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.2版.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［3］畢大強(qiáng)，王祥珩，楊恢宏，等.變壓器差動(dòng)保護(hù)中電流相位補(bǔ)償方式的分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，9:33 －37.

［4］何越，熊元新，姜山，等.變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流的仿真分析研究［J］.電力學(xué)報(bào)，2010，2:33 －36.

［5］徐明珠，岳圣將，楊志立，等.變壓器差動(dòng)保護(hù)CT二次回路斷線閉鎖分析［J］.電氣工程，2009，5:49 －51.