继电保护仿真实验报告.docx

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继电保护仿真实验报告

继电保护数字仿真

实验报告

姓名：

班级：

班

学号：

一．线路距离保护数字仿真实验

1.实验预习

电力系统线路距离保护的工作原理，接地距离保护与相间距离保护的区别，距离保护的整定。

2.实验目的

仿真电力系统线路故障和距离保护动作。

3.实验步骤

（1）将dist_protection拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开dist_protection;

（3）认识各个模块作用，找到接地距离保护和相间距离保护部分；

（4）运行。

4.实验记录

（1）断路器B1处保护的包括故障瞬间及断路器断开瞬间的三相测量电压、电流；

如图一所示：

其中蓝、绿、红分别为A、B、C三相电压，单位为kV

图一

如图二所示：

其中蓝、绿、红分别为A、B、C三相电流，单位为kA

图二

（2）各个接地距离、相间距离保护测量阻抗的变化。

在dist_relay模块中找到显示接地距离、相间距离保护测量阻抗和整定阻抗的两个XY_Plot，利用Plot右侧的滑竿可以清楚看到测量阻抗与整定阻抗的关系。

注意记录的Plot要显示整个运行期间测量阻抗与整定阻抗的关系。

A-G接地距离保护：

图三图四

5.实验分析

（1）dist_protection所设是何故障，由何种距离保护动作；

答：

由图可知，图三中的a相测量阻抗轨迹线和整定阻抗圆相交，图四中两条测量阻抗轨迹线和整定阻抗圆不相交。

应该是a相接地故障，而且由接地距离保护动作。

（2）示例中整定阻抗是否与教材所授一致，整定阻抗的阻抗角是否为线路阻抗角;

答：

不一致，由线路参数可得线路阻抗角为

85.98。

6.进一步思考

（1）按教材所授重新设置I段整定阻抗，要求整定阻抗的阻抗角为线路阻抗角；

（2）改变线路故障位置，使B1断开。

要求上交满足

（1）

（2）项的仿真示例。

（1）重新设置1段整定阻抗：

设为r=50的全阻抗圆，即圆心位于原点处：

图五

图六

（2）改变线路故障位置：

B1closed，B2Relay

图七

图八

图九图十

二．变压器的励磁涌流数字仿真实验

1.实验预习

产生励磁涌流的原因，单相变压器与三相变压器励磁涌流的区别联系。

2.实验目的

通过仿真清楚励磁涌流的产生原因，找到影响其形状和大小的因素，进行傅立叶分析分析其构成。

3.实验步骤

（1）将Current_in_rush拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开Current_in_rush;

（3）认识各个模块作用，

a.知道怎么通过下面模块设置合闸角，初始设为0，如图1所示；

b.

图1.合闸角设置

c.改变下面模块的设置时间从而改变空载合闸时的剩磁（断路器跳开外部电源后，磁通将随时间衰减），

图2.变压器与外接电源断开时间设置

（4）按初始条件运行，观察并记录变压器三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化；

（5）使控制角为90度运行，观察并记录仿真结果；

（6）增大断路器断开时间（参见（3）b.），使断路器重新合上时的剩磁约为0，运行，观察并记录仿真结果。

4.实验记录

各种运行条件下的三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化。

（注意，将图粘贴在所交实验报告上，要求图形清晰可见，与实验分析结合能说明问题。

为此，可取某变量的部分时间段曲线，而不是整个运行期间的。

）

1.初始条件运行结果

图十一

图十二

图十三

2.使控制角为90度运行

图十四

图十五

3.增大断路器断开时间

图十六

图十七

图十八

图十九

5.实验分析

（1）由图形简单分析单相励磁涌流的特点；

答：

单项励磁涌流的波形不穿过时间轴，并含有很多的非周期分量和高次谐波（以二次谐波为主）。

间断角越小，二次谐波也越大。

（2）由图形简单分析两相励磁涌流之差的特点；

答：

两相励磁涌流之差随着合闸角的变化而变化，且没有全部偏离时间轴的一侧。

而且波形出现间断且含有大量非周期分量。

6.进一步思考

在PSCAD元件库中找到FFT元件，对单相励磁电流进行傅立叶分析，找到间断角与各次谐波含量的关系，绘制表格，类似于教材179页表6.1。

图二十

间断角

非周期分量

基波

二次谐波

三次谐波

四次谐波

207.32

75.02

100

79.95

61.11

42.56

180.90

73.05

100

82.58

65.56

47.32

167.94

73.20

100

82.15

62.24

41.42

三．变压器纵差动保护

1.实验预习

变压器纵差动保护的基本原理和接线方式，及其整定计算原则，习题6.5求解。

2.实验目的

清楚

（1）双绕组Yd11接线三相变压器模拟式纵差动保护原理接线，

（2）如何根据采用的差动保护继电器、电流互感器变比整定动作电流。

参见《电力系统继电保护习题集》习题6.5。

3.实验步骤

（1）将Transformer_protection拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开Transformer_protection;

（3）认识各个模块作用,

a.故障设置模块，如何设置不同类型故障；

b.电流互感器变比设置、接线（用差计算实现）和测量；

c.计算流入继电器的电流；

d.继电器动作电流的整定；

e.变压器纵差动保护是否动作的判定。

4.实验记录

1.变压器外部的三相最大短路电流，并求出工频有效值；有效值为0.85

图二十一

2.变压器外部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）；

图二十二

3.变压器内部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）

图二十三

5.实验分析

（1）求取4

（1）的作用是什么；

答：

求出最大短路电流和最大不平衡电流，用于选取合适容量的电流互感器以及差动继电器动作电流的整定。

（2）由4

（2）分析变压器外部短路时纵差动保护不动作的原因；

答：

因为在变压器外部短路时差动继电器中的电流同为正方向，导致合成的电流小于纵差动保护的动作电流，所以纵差动保护不动作。

（3）由4（3）分析变压器内部短路时纵差动保护动作的原因。

答：

因为在变压器外部短路时差动继电器中的电流不同为正方向，导致合成的电流大于纵差动保护的动作电流，所以纵差动保护动作。

四.同步发电机的准同期并列操作及调节功率

同步发电机励磁系统可分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统、静止励磁系统（发电机自并励系统）；励磁控制系统承担电压控制、改变发电机无功等任务；调速系统承担调频和有功控制。

发电机的并列操作是使待并发电机满足并列条件并入电网运行的一系列动作。

具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。

1.实验预习

清楚同步发电机准同期并列的概念和原理；清楚励磁系统和调速系统的原理和作用。

2.实验目的

了解数字仿真软件中发电机组的构成，对同步发电机数字式准同期并列操作仿真；仿真励磁系统和调速系统的部分作用。

3.实验步骤

（1）将仿真示例copy到电脑。

进入PSCAD界面，打开sync_in_paralell_4us;

（2）运行case，发电机组成功投入电网运行；（Solutiontimestep的设置时间是4uS，所以运行时间较长）

（3）运行期间，读懂case。

a.清楚电压检测、频率检测、相角差检测、逻辑控制各个模块的作用；（具体请参考王葵《电力系统自动化》19～22页）

b.清楚main界面上断路器与控制信号BRK的关系；

c.点右键，再点Projectsetting,再点Runtime，注意Timesetting三个参数的设置；

（4）打开单机带负荷示例sync_exciter_governor，运行。

4.实验记录

（1）sync_in_paralell_4us的运行结果，包括：

a.两侧电压的整形方波，异或门输出的矩形波；

b.在Case的main界面找到BRK控制信号、改变参考电压和参考转速的Timer元件由零变为1的时间（前者是断路器合上，后者是调有功、无功的时间），记下右侧各个输出变量（有功、无功、角速度、机械转矩、励磁电流、励磁电压、机端电压）在各个时间点的变化。

（在图形上点右键再选copy）

（2）sync_exciter_governor的运行结果，即找到BRK1控制信号、改变参考电压和参考转速的Timer元件由零变为1的时间，记下右侧各个输出变量在各个时间点的变化。

注意，将图粘贴在所交实验报告上，要求图形清晰可见，与实验分析结合能说明问题。

为此，可取某变量的部分时间段曲线，而不是整个运行期间的。

5.实验分析

（1）sync_in_paralell_4us

a.找到相当于可编程定时计数器的部分，说明计数脉冲频率如小于设置频率125000Hz会有什么影响；

答：

如果设置频率小于125000Hz（不满足采样定理）脉冲将会出现交叉重叠的现象，，计数器的计数出现失误。

b.求取越前相角Ryq的原因;

答：

准同期并列中，由于断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，需要稍稍提前于UG与UX两向量重合的瞬间合闸时间。

c.结合实验记录4

（1）b.和所学专业知识言简意赅地说明各个变量在各个时间点发生何种变化及变化的原因。

答：

同步电机（忽略并联前状态）并联以后由于机端电压与系统电压的相角关系改变而造成有功和无功的输出与输入的不断改变。

功率的值也在不断的改变最终达到稳定以后才稳定下来。

励磁电流和励磁电压也因为并联时电压向电力系统电压进行靠拢，最终保持相同，不断改变，因此励磁电压与电流也不断改变满足电压要求。

（2）sync_exciter_governor

结合实验记录4

（2）和所学专业知识言简意赅地说明各个变量在各个时间点发生何种变化及变化的原因。

答：

改变参考电压和参考转速的元件时间，无功功率先下降后上升，功率保持上升，电磁转矩增大，但是转速下降，励磁电流和励磁电压增大，机端电压略有上升。

6.进一步思考

（1）sync_in_paralell_4us电力系统中，可否调励磁从而调机端电压？

可否改变参考转速从而调频？

请简单说明原因。

答：

不能调励磁从而调机端电压，也不能改变参考转速从而调频。

因为大电网的电压和频率是维持恒定，这种操作会导致同步机的机端电压和频率与电力系统的电压和频率相同最后达到同步，并入的发电机转子运动受大电网牵动，不能通过仅调节其励磁或参考转速来改变机端电压和频率。

（2）sync_exciter_governor电力系统中，可否调励磁从而调机端电压？

可否改变参考转速从而调频？

请简单说明原因。

答：

可以调励磁从而调机端电压，也可以改变参考转速从而调频。

因为当发电机与负荷并接时，负荷的有功和无功受机端电压影响，而其电抗参数受频率影响。

继电保护仿真实验感想与总结

继电保护仿真实验是大学期间做的最难的实验之一了，因为他需要比较强的专业知识。

也正是因此，在几次实验之后，我对继电保护这门课程的内容又再一次得到了加深。

特别是学会了通过了分析各种故障下的仿真波形，从而解释各种实际问题。

建议每次实验能在继电保护课上完之后就立即开始上课。