基于PSCAD/EMTDC的距離保護(hù)仿真分析

■王 榮，高 健，喻亮亮，王 云 ■南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100

繼電保護(hù)的作用是在電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障時(shí)將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于遭受更大的破壞，并保證電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行［1］。在輸電線路保護(hù)中通常配有距離保護(hù)，距離保護(hù)是利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，通過(guò)測(cè)量電壓與電流的比值來(lái)反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離而工作的保護(hù);具有定值選擇、保護(hù)范圍以及靈敏度等受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響較小的優(yōu)點(diǎn)?；诰嚯x保護(hù)原理構(gòu)成的保護(hù)裝置能否做到可靠動(dòng)作，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的影響。本文就通過(guò)PSCAD/EMTDC對(duì)基于距離保護(hù)原理的保護(hù)在不同故障下的動(dòng)作情況進(jìn)行仿真，得出距離保護(hù)的一些特點(diǎn)。

1 距離保護(hù)的原理

在距離保護(hù)中，測(cè)量阻抗Zm定義為保護(hù)安裝處測(cè)量點(diǎn)電壓與測(cè)量電流之比，在電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)近似為額定電壓為負(fù)荷電流，Zm為負(fù)荷阻抗，負(fù)荷阻抗的量值比較大而其阻抗角為數(shù)值較小的功率因素角;電力系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路時(shí)，Zm變?yōu)槎搪伏c(diǎn)與保護(hù)安裝處之間的線路阻抗Zk，線路阻抗的阻抗角等于輸電線路得阻抗角，數(shù)值較大且阻抗性質(zhì)以電感性為主。根據(jù)測(cè)量阻抗Zm在上述不同情況下的差異就可以區(qū)分系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外［2］。

2 仿真分析

在PSCAD/EMTDC環(huán)境下建立一個(gè)230 kV雙電源雙回線路的電力系統(tǒng)模型，如圖1所示，主要有電源、輸電線路、斷路器和故障點(diǎn)模塊。在保護(hù)裝置B1處提取ABC相正序電壓和正序電流，同時(shí)還提取零序電流，把他們作為如圖2所示的距離保護(hù)原理圖的輸入。在仿真過(guò)程中，以線路保護(hù)區(qū)域A相發(fā)生接地故障為例(其它類型的故障本模型也可以進(jìn)行仿真)，來(lái)仿真斷路器B1的動(dòng)作情況。

圖1 仿真模型

圖2 距離保護(hù)原理圖

保護(hù)區(qū)域F1處發(fā)生A相接地故障時(shí)，保護(hù)安裝處斷路器B1的A相電壓和A相電流波形如圖3和圖4所示，從圖3和圖4中可知，當(dāng)A相發(fā)生接地故障時(shí)，A相電壓降低直至故障切除時(shí)恢復(fù)正常的值，而故障發(fā)生時(shí)A相電流突然增大，直至故障切除時(shí)變?yōu)?。表示故障開(kāi)始時(shí)間和故障持續(xù)時(shí)間的fft波形如圖5所示，斷路器B1的動(dòng)作情況如圖6所示，從圖6中可以看出基于距離保護(hù)原理的斷路器B1能夠可靠動(dòng)作。同時(shí)從圖6中也可以看到，在t=0．2s時(shí)線路發(fā)生故障，t=0．22s時(shí)斷路器B1才跳開(kāi)，動(dòng)作帶一定的延時(shí)，對(duì)于速動(dòng)性要求特別高的保護(hù)可能不太適應(yīng)。在110kV電網(wǎng)中距離保護(hù)可以作為主保護(hù)，但在220kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)中，距離保護(hù)不能作為主保護(hù)，只能做后備保護(hù)［3］。

圖3 保護(hù)安裝處A相電流波形

圖4 保護(hù)安裝處A相電壓波形

圖5 fft波形

圖6 斷路器動(dòng)作波形

3 結(jié)論

本文借助PSCAD/EMTDC軟件對(duì)距離保護(hù)在雙電源模型中進(jìn)行了仿真，通過(guò)在模型中分別設(shè)置三處故障來(lái)仿真斷路器B1的動(dòng)作情況，獲得了仿真波形，經(jīng)過(guò)分析可得出結(jié)論:

(1)基于距離保護(hù)原理的斷路器在所保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，能夠可靠動(dòng)作;同時(shí)由于距離保護(hù)的定值選擇、保護(hù)范圍以及靈敏度等受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響很小，因此在地區(qū)電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

(2)采用距離保護(hù)的繼電器，在 t=0．2 s時(shí)發(fā)生故障，0．02 s后繼電器才動(dòng)作，故障切除具有一定的延時(shí)，在對(duì)發(fā)生故障時(shí)需要瞬時(shí)切除故障的場(chǎng)合，距離保護(hù)因?yàn)椴荒軡M足速動(dòng)性要求只能作為后備保護(hù)使用，而不能作為主保護(hù)使用。

［1］賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］．增訂版．北京:中國(guó)電力出版社，2004．1-3．

［2］張保會(huì)，尹項(xiàng)根．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2005．69．

［3］王慧芳．電網(wǎng)繼電保護(hù)整定技術(shù)及基于多agent的保護(hù)新方法研究［D］．浙江杭州:浙江大學(xué)，2006．11．