距离保护PSCAD仿真要点.docx

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距离保护PSCAD仿真要点

第三章距离保护仿真构建

3.1一次系统模型

本次距离保护模型采用双电源供电的长距离输电线路配备主保护是距离保护，双侧电源均采用R-L-C中性点接地的230kV，50Hz的电源，其内部电阻9.186Ω，电抗是138mH。

通过万用表确定电压电流信号，加断路器B1配置距离保护通过长距离输电线路与另一侧相接，在线路中加上故障。

系统模型

加上三相故障数字控制器不同的数字对应不同的故障。

0表示没故障，1表示A相接地故障，2表示B相接地故障,3表示C相接地故障，4表示AB两相接地故障，5表示AC两相接地故障，6表示BC两相接地故障,7表示ABC三相接地故障，8表示AB两相相间短路故障，9表示AC两相相间短路故障,10表示BC两相相间短路故障,11表示ABC三相相间短路故障。

对应的数字转换开关有1-6个数，每个数对应一个故障状态数字

3.1.1电源模型

这个组件模型一个三相交流电压源,源阻抗可以指定为理想（即无限总线）。

这个源可能是控制通过固定、内部参数或变量的外部信号。

本次模型定义为采用R-L-C中性点接地的230kV，50Hz的首段电源，其内部电阻9.186Ω，电抗是138mH。

双击电源模型选项一：

配置选项，可以确定电源名称source1，电源阻抗类型R-L-C，中性点是否接地YES，模型显示单线路。

选项二：

信号参数，可以确定是否有外控电压NO，外控频率NO，电压230kV，电压启动时间0.05s，频率50Hz，相移0。

选项三：

终端条件可以不用设置。

选项四：

电阻设定无。

选项五：

阻抗R/R-L设定无。

选项六：

阻抗R-L-C设定9.186ohm，138mH，0uF。

选项七：

电感设定。

选项八：

电容设定。

选项九：

检测信号设定。

3.1.2线路模型

架空线路的配置组件用于定义的基本性质与导体的传输通道在空气,以及提供访问TLine/电缆配置编辑器。

本次设计架空线路总长100kM，分为90kM和10kM两端，接线形式一直在分界处加故障进行模拟。

双击线路模型，依次线路命名LINE1，稳定频率50Hz，线路长度90kM，导体数量3，终端型号直接连接，下面还可以详细编辑线路模型。

对于线路阻抗的计算可以采用此模型：

读出Ia的数值根据电源电压通过公式：

可以计算出线路阻抗通过计算可以得出每千米阻抗为0.3欧姆。

3.1.3断路器模型

这个组件的模拟三相断路器操作。

在（关闭）或关闭（打开）电阻的断路器必须一起指定其初始状态。

该组件是通过一个名为输入信号控制（默认是BRK）。

他有两个状态0表示on断路器是闭合的，1表示off断路器是打开的。

断路器控制可以配置自动通过定时开关逻辑组件,或定序器组件。

断路器也可以手动控制通过使用在线控制,或通过一个更为详细的控制方案。

双击断路器模型，参数详细设置，选项一：

配置选项，是否单极操作No，是否开放电流No，是否使用超前电阻No，电流截断限制0kA，图形显示单线线路，是否展现电力潮流No。

选项二：

断路器主要参数，断路器命名B1，断路器开通电阻1.0e6ohm，断路器关断电阻0.1ohm。

选项三：

超前嵌入数据无。

选项四：

内部输出，电路器三相电流加零序电流，断路器三相状态，无功功率。

选项五：

激励状态，有功功率22.18MW，无功功率4.184MVAR。

3.1.4故障模型

这部分有三块组成，最左边的组件是控制故障的开始和结束，类似转盘的组件是旋转开关可以选择不同的输出状态，最右边的是简单地故障模型。

三者组合在一起形成一个多功能故障装换器。

双击定时故障逻辑，故障开始时间0.2s，故障持续时间0.05s。

双击旋转开关，命名开关FaultType，组名Faults，是否呈现在图形上No，装盘位置数6，起始位置数2，对应位置1（0.0），位置2（1.0），位置3（6.0），位置4（7.0），位置5（10.0），位置6（11.0）。

双击三相故障，选项一：

配置选项，故障控制外部控制，是否清空可能电流No，是否接地Yes，图像显示单线线路，截断电流限制0kA。

选项二：

故障电阻，导通电阻0.01ohm，关断电阻1.0E6ohm。

选项三：

故障类型不用设置。

选项四：

电流故障命名无。

选项五：

激励选项无。

3.2二次系统模型

距离保护具体仿真构建分为两个模块：

1、信号处理模块，2、保护动作模块。

3.2.1信号处理模块：

在系统模型中我们已经用万用表采集到电压电流信号，在信号处理模块，我们要将电流电压信号处理已获得我们想要的数据。

首先将电压与电流信号通过傅里叶变化这里主要取七次谐波对应分解出ABC三相对应电压电流的幅值与相位，如图

傅里叶变换

这是一个在线快速傅里叶变换（FFT）,可以确定谐波大小和相位的输入信号作为时间的函数。

输入信号的第一个取样前分解成谐波成分。

提供了选项来使用一个、两个或三个输入。

对于三个输入,组件可以提供输出序列组件的形式。

双击傅里叶变换，选项一：

配置选项，类型3相，谐波数量7，基频50Hz，震级输出RMS,相位输出单位弧度，相位输出波形余弦波。

选项二：

频率输出变量无。

通过傅里叶变换得到三相的幅值与相角通过正序、负序零序三相分解得到对应的正序、负序零序三相幅值与相角，如图

三序分解

这个序列滤波器计算相位序列的组件,能计算出大小和相位角度。

双击三序分解可以设定输入输出的单位皆选弧度。

通过得到的三序分量将其合并得到对应输入保护动作的输入量。

3.2.2保护动作模块

将数据处理模块得到的数据送到保护动作对于接地故障采用

可以得到对应相的阻抗值，如图

单相接地故障计算

这个组件计算线路接地阻抗眼中的接地阻抗继电器。

输出阻抗是在矩形格式（R和X）,优化了使用距离继电器——苹果多边形特征、距离继电器特征或姆欧圆继电器特征。

双击单相接地故障元件，选项一：

主要数据，K的常数1.6，相角为弧度。

选项二：

初始化设置，初始时间0.1s，输出电阻R为458.8ohm，输出电抗X为56.7ohm。

对于相间短路故障采用

可以得到对应的阻抗值，如图

相间短路故障计算

这个组件计算相间阻抗眼中的接地阻抗继电器。

输出阻抗是在矩形格式（R和X）,优化了使用距离继电器——苹果多边形特征、距离继电器特征或姆欧圆继电器特征。

双击相间短路故障计算元件，设置和接地故障计算元件一样

计算输入的数据得到对应的阻抗值，将阻抗值输到姆欧阻抗继电器中与设定值比较通过图像可以观察动作区域，

姆欧继电器

姆欧圆的组件被划分为一个“阻抗区元素”,检查是否存在一个点被输入R和X,躺在一个指定区域的阻抗平面。

R和X代表电阻和活性部位的监视阻抗,可以输入在单位或欧姆。

请注意但是,单元组件的输入参数应该搭配R和X输入。

组件产生一个输出'1'如果点定义为R和X是在指定的区域,否则输出将'0'。

双击姆欧阻抗继电器元件，选项一：

配置选项，坐标选项选择（X,Y），圆的半径32。

选项二：

中心的XY坐标，X为5.5，Y为31.5。

选项三：

Z的设定无。

经过这样的构建，一个距离保护的保护动作模块基本搭建完成，对具体参数具体设置即可运行，观察图像，得到相应的结果。

这两个模块搭建完成就具体距离保护动作仿真模型已经建立好。

如图

第一个模块是信号处理模块，第二个是保护动作模块。

通过这个模型可以很好地观察距离保护仿真的现象。

第四章仿真结果

仿真参数如下：

双侧电源均采用R-L-C中性点接地的230kV，50Hz的电源，其内部电阻9.186Ω，电抗是138mH。

对于保护1采用距离保护，运用姆欧继电器进行保护动作判断。

仿真总时间0.5s，故障0.2s发生，持续0.05s。

4.1相间短路故障仿真

4.1.1区内故障

在建立模型时，已经计算出线路阻抗每千米0.3欧姆，当故障发生BC相间短路在距离保护处90kM处时，姆欧继电器设定的整定阻抗以（5.5，,31.5）为圆心半径32，故障距离阻抗27欧姆在圆内，对应模拟仿真出的结果。

故障处信号图：

保护安装处电流图：

电压图：

对应姆欧继电器动作图：

可以观察到故障时有段线在圈内，此时继电器动作将故障跳开。

保护动作信号图：

4.1.2区外故障

改变姆欧继电器参数圈内动作时圆心为（x，y）=（5,31.5）半径为32通过公式

作出上图区内动作。

如果改变圆心（x，y）=（5,5）半径为10通过公式计算可以得到圈外故障继电器不动作。

对应保护动作信号图：

可以看出在区外保护不动作。

4.2接地故障仿真

4.2.1区内故障

在建立模型时，已经计算出线路阻抗每千米0.3欧姆，当故障发生A相接地短路在距离保护处90kM处时，姆欧继电器设定的整定阻抗以（5.5，,31.5）为圆心半径32，故障距离阻抗27欧姆在圆内，对应模拟仿真出的结果。

故障信号图：

保护安装处电压图：

保护安装处电流图：

姆欧继电器动作图：

可以看出，阻抗轨迹在圈内所以动作。

保护动作信号图：

4.2.2区外故障

和相间短路故障类似改变姆欧继电器设定参数我们可以得到区外故障继电器记录情况

对应保护不动作：

可以看出在区外保护不动作。

参考文献

[1]韩笑,赵景峰,邢素娟.《电网微机保护测试技术》，中国水利水电出版社，2005年3月出版。

[2]韩笑,宋丽群.《电气工程专业毕业设计指南继保分册（第二版）》，中国水利水电出版社，2008年8月出版。

[3]韩笑,向前,邢素娟.《电厂微机保护测试技术》，中国水利水电出版社，2010年6月出版。

[4]韩笑.《电力系统继电保护》，机械工业出版社，2011年8月出版。

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[6]张保会，尹项根.《电力系统继电保护》，中国电力出版社，2010年3月出版。

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[8]宋丽群.《微机型保护测试装置与测试技术》，南京工程学院报（自然学科般）。

2006年3月。

[9]朱育熹.《基于PSCAD的距离保护仿真分析》，企业技术开发，2011年2月。

[10]陈明，张涛《基于R-L模型算法的距离保护研究与PSCAD仿真》电力学报，2010年4月。