燕林滋 李 靜 馬金燕 白少峰

（銀川能源學(xué)院，銀川 750105）

基于PSCADX4雙電源距離保護(hù)的仿真分析

燕林滋 李 靜 馬金燕 白少峰

（銀川能源學(xué)院，銀川 750105）

本文主要就電力線路距離保護(hù)的基本原理、整定計(jì)算做了具體介紹，著重使用PSCADX4軟件對(duì) 單相短路接地、兩項(xiàng)短路、三相短路故障進(jìn)行仿真分析，以期更容易找到可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、便于實(shí)施的距離保護(hù)。

PSCADX4 距離保護(hù) 單相接地故障 三項(xiàng)接地故障 仿真

引言

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，容量大、電壓高、距離長(zhǎng)、負(fù)荷重和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)成為主流。這時(shí)，簡(jiǎn)單的電流、電壓保護(hù)就難以滿足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。例如，高壓長(zhǎng)距離、重負(fù)荷線路，由于負(fù)荷電流大，線路末端短路時(shí)短路電流值與負(fù)荷電流相差不大，故電流保護(hù)往往不能滿足靈敏度的要求。對(duì)于電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍受電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而變化，保護(hù)范圍不穩(wěn)定，某些情況下甚至無(wú)保護(hù)區(qū)。所以，有些情況下不能采用電流速斷保護(hù)。對(duì)于多電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，方向過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限往往不能按選擇性的要求整定，且動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)，難以滿足電力系統(tǒng)對(duì)保護(hù)快速性動(dòng)作的要求。因此，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，應(yīng)采用性能更加完善的保護(hù)裝置，而距離保護(hù)就是其中一種。距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離保護(hù)，主要用于輸電線路的保護(hù)。

PSCADX4是一種世界各國(guó)廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件。它使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化，且可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端，可模擬任意大小的交直流系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中斷路器操作、故障及雷擊時(shí)出現(xiàn)的過(guò)電壓，可對(duì)包含復(fù)雜非線性元件（如直流輸電設(shè)備）的大型電力系統(tǒng)進(jìn)行全三相的精確模擬。同時(shí)，它的輸入、輸出界面非常直觀、方便。

1 電力系統(tǒng)距離保護(hù)原理

輸電線路的長(zhǎng)度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范圍內(nèi)任何一點(diǎn)故障，故障點(diǎn)至線路首端的距離都不一樣即阻抗不一樣，都會(huì)小于總阻抗。

距離保護(hù)就是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動(dòng)作時(shí)限的一種繼電保護(hù)裝置。距離保護(hù)的核心元件為阻抗繼電器。圖1為距離保護(hù)原理圖。

圖1 距離保護(hù)原理圖

當(dāng)被保護(hù)線路上發(fā)生短路故障時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為Zm，阻抗繼電器的工作電壓為：

阻抗繼電器的整定阻抗Zset是指保護(hù)安裝處至保護(hù)末端的阻抗。

由此可見(jiàn)：保護(hù)區(qū)內(nèi)短路故障，工作電壓小于0；而保護(hù)外或反方向短路故障，工作電壓大于0。

正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的阻抗為負(fù)荷阻抗

Zm，即

2 距離保護(hù)模型的建立

如圖2所示，系統(tǒng)為雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)。在每條母線側(cè)均接有電壓互感器和電流互感器。在線路1上接有斷路器B1，在線路2上接有斷路器B2。在線路1與線路2的連接處，模擬發(fā)生兩類故障：?jiǎn)蜗喽搪方拥毓收虾腿喽搪饭收稀?/p>

圖2 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 系統(tǒng)整體的接線結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 系統(tǒng)接線圖及其原理

圖3為系統(tǒng)整體的接線結(jié)構(gòu)示意圖。

第一部分包括兩大模塊：電壓信號(hào)采集模塊和電流信號(hào)采集模塊。其中，圖4為電壓信號(hào)采集模塊，圖5為電流信號(hào)采集模塊。

圖4 電壓信號(hào)采集模塊

圖5 電流信號(hào)采集模塊

第二部分為阻抗計(jì)算處理模塊，如圖6所示。

圖6 阻抗計(jì)算處理模塊

其中，阻抗計(jì)算處理模塊又包括兩部分：相-相阻抗計(jì)算和相-地阻抗計(jì)算。圖7為相-相阻抗計(jì)算模塊接線，圖8為相-地阻抗計(jì)算元件。

第三部分包括邏輯處理模塊和斷路器控制、故障選擇模塊。其中，圖9為邏輯處理模塊，圖10為斷路器控制、故障選擇模塊。

圖7 相-相阻抗計(jì)算模塊接線

圖8 相-地阻抗計(jì)算元件

圖9 邏輯處理模塊

圖10 斷路器控制、故障選擇模塊

工作原理：

B1：選擇Relay相當(dāng)于輸入數(shù)字信號(hào)“0”；選擇Closed相當(dāng)于輸入數(shù)字信號(hào)“1”。

B2：選擇Open相當(dāng)于輸入數(shù)字信號(hào)“0”；選擇Close相當(dāng)于輸入數(shù)字信號(hào)“1”。

故障類型選擇：

1：無(wú)故障；2：A相短路接地；3：B-C相短路；4：三相短路；5：B-C兩相接地短路；6：三相短路接地。

3 仿真波形

3.1 A相短路接地故障分析

圖11為A相短路接地故障仿真圖。

圖11 A相短路接地故障仿真 圖

參數(shù)設(shè)置：

首端電源參數(shù)：U=230V，Z1=9.186+j138Ω

線路LINE1：L=45km，Z1=1.56+j19.05Ω

線路LINE2：L=45km，Z2=1.56+j19.05Ω

末端電源參數(shù)：U=230V，Z1=9.186+j138Ω

故障參數(shù)設(shè)置：t=0.2s時(shí)發(fā)生故障，故障持續(xù)時(shí)間0.05s

波形分析：

圖11從上到下依次為電壓波形圖、電流波形圖、斷電器動(dòng)作圖和繼電器波形圖。

電壓波形圖，在t=0.2s時(shí)發(fā)生A相短路接地事故，A相電壓降低； 在持續(xù)0.02s后電壓恢復(fù)正常。

電流波形圖，在發(fā)生接地故障時(shí)，A相電流急劇增大，0.02s后恢復(fù)。

斷路器動(dòng)作圖，在t=0.2s故障發(fā)生，在0.05s的故障結(jié)束后，斷路器閉合。

繼電器波形圖，在故障發(fā)生后大約0.02s檢測(cè)到故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

3.2 兩相短路接地故障分析

圖12為兩相短路的仿真圖。

圖12 兩相短路接地故障仿真圖

參數(shù)設(shè)置：

基本參數(shù)不變。

斷路器B1：開路阻抗Z=1.0e6Ω，閉合阻抗Z=0.1Ω

斷路器B2：開路阻抗Z=1.0e6Ω，閉合阻抗Z=0.1Ω

波形分析：

圖12從上到下依次為電壓波形圖、電流波形圖、斷電器動(dòng)作圖和繼電器波形圖。

電壓波形圖中，在t=0.2s時(shí)發(fā)生兩相短路故障；經(jīng)過(guò)0.02s后繼電器檢測(cè)到故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)；斷路器斷開，電壓波形恢復(fù)。

電流波形圖，在故障發(fā)生到故障切除，兩相電流均急劇增高。

斷路器動(dòng)作圖，在t=0.2s故障發(fā)生，在0.05s的故障結(jié)束后，斷路器閉合。

繼電器波形圖，在故障發(fā)生后大約0.02s檢測(cè)到故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

3.3 三相短路接地故障分析

圖13為三相短路接地故障仿真圖。

圖13 三相短路接地故障仿真圖

參數(shù)設(shè)置：

基本參數(shù)不變。

斷路器B1：開路阻抗Z=1.0e6Ω，閉合阻抗Z=0.1Ω；斷路器B2：開路阻抗Z=1.0e6Ω，閉合阻抗Z=0.1Ω。波形分析：

圖13從上到下依次為電壓波形圖、電流波形圖、斷電器動(dòng)作圖和繼電器波形圖。

電壓波形圖，在t=0.2s時(shí)發(fā)生三相短路故障；經(jīng)過(guò)0.02s后繼電器檢測(cè)到故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)；斷路器斷開，電壓波形恢復(fù)。

電流波形圖，在故障發(fā)生到故障切除，三相電流均急劇增高。

斷路器動(dòng)作圖，在t=0.2s故障發(fā)生，在0.05s的故障結(jié)束后，斷路器閉合。

繼電器波形圖，在故障發(fā)生后大約0.02s檢測(cè)到故障，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

4 結(jié)論

本文利用PSCADX4軟件搭建了簡(jiǎn)單雙電源電力系統(tǒng)距離保護(hù)的模型，并對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，能夠正確反映保護(hù)范圍內(nèi)的各種相間故障和接地故障。結(jié)果表明，PSCADX4軟件對(duì)距離保護(hù)仿真有良好的效果。

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Simulation Analysis of Dual Power Supply Dista nce Protection Based on PSCADX4

YAN Linzi,LI Jing,MA Jinyan,BAI Shaofeng
(Yinchuan Energy Institute, Yinchuan 750105)

in this paper, the basic principle of distance protection of power line, setting calculation are introduced in detail, emphasizes on the use of software PSCADX4 to singlephase short circuit to ground, two short circuit, three-phase short circuit fault are simulated and the simulation results were analyzed, so a lot easier to find high reliability, good economy, facilitate the implementation of distance protection.

PSCADX4, distance protection, single phase earth fault, three ground faults, simulation

銀川能源學(xué)院科學(xué)研究項(xiàng)目（2015-KY-Y-15）。