电力系统综合实验阻抗保护实验报告.docx

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电力系统综合实验阻抗保护实验报告

实验二阻抗保护实验报告

1实验目的

1.加深对距离保护原理的理解。

2.掌握电力系统距离保护的整定及实现方法。

2实验内容

1.学习RTDS距离保护元件的使用方法。

2.根据实际系统参数对保护进行整定，并记录故障波形。

3.使用电力系统故障仿真专家进行故障分析。

3实验原理

距离I段的整定

距离保护一段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生断路故障时，应可靠不动作。

所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路整定：

距离II段的整定

按照以下两点原则进行整定（取两者中较小的）：

1）与相邻线路距离一段保护相互配合，并考虑分支系数braK（取相邻线路末端短路时可能出现的最小值）：

2）躲开线路末端变电站变压器低压侧出口处短路时的阻抗值：

由于没有变压器，所以我们采用第一种整定方法。

距离III段的整定

启动阻抗一般按躲开最小负荷阻抗

来整定

（备注：

本次实验不考虑阻抗三段）

RTDS中距离保护的使用方法：

图3.1RTDS中的距离保护

（1）如图3.1所示。

VA、VB、VC、IA、IB、IC为三相电压、电流的输入。

21-start输出的是一个5位的二进制字，其中，1表示一段启动，2表示二段启动，3表示三段启动，4表示二段延时启动，5表示三段延时启动。

1P/3PT同样是一个5位的二进制字，1表示A相跳闸，2表示B相跳闸，3表示C相跳闸，4则表示三相跳闸。

所以在距离保护设备后需要加上一个分相跳闸设备。

（2）跳闸设备的详细结构见图3.2。

该逻辑图实现了分相跳闸功能。

同时还利用SR触发器实现了跳闸信号的保持功能。

实验时可在输出信号AA1，AB1，AC1上加上跳闸状态指示灯，使得哪相跳闸了显得更加清晰。

图3.2分相跳闸逻辑图

（3）距离保护的设置

双击距离保护设备的图标后，出现如图3.3所示的设置界面。

图3.3距离保护的设置

首先需要将CONFIGURATION中的频率改为50Hz，再将SchTyp选项改为OFF。

之后只需关心PDIS和POS/ZEROSEQCOMP两个子选项即可。

其中POS/ZEROSEQCOMP子选项中需要输入线路的阻抗和阻抗角，不然无法自动计算测量阻抗，如果需要观察测量阻抗则只需要开启距离保护的monitor功能。

PDIS是距离保护的核心部分，具体设置整理为下图3.4

图3.4PDIS的具体设置对照图

Runtime界面中测量阻抗的观察方法：

如果需要观察保护设备侧的测量阻抗，首先要开启保护的monitor功能，然后在Runtime模块中进行如下操作。

右键点击空白处，加入一个新的plot。

在plot中选择测量阻抗虚部作为y轴，并在XAxis选项中将实部作为x轴。

之后在生成的plot上右键点击空白处选择RelayCharacteristics中的AddTransmissionLine加入线路阻抗以及线路阻抗角。

在此基础上便可以在plot中加入保护的动作圆，其方法是右键点击plot的空白处，选择RelayCharacteristics中的AddProtectiveZone，加入动作圆的半径大小即可。

图3.5Runtime界面中的测量阻抗

4实验步骤

4.1建立如下图110kV电力系统模型

图4.1距离保护仿真的拓扑结构图

图4.2距离保护仿真

两段线路分别长200KM，100KM。

CT的变比取600：

1，PT的变比取110000：

100。

线路末端负荷：

30MW，20MVar。

分别在线路1的中间位置，线路1末端，线路2的中间位置，线路2末端设置故障。

4.2计算整定值

参考实验原理及继电保护原理教材，根据线路参数计算整定值，完成各线路之间距离保护的配合。

可只整定I段与II段距离保护。

基本要求：

当线路1中间相间故障时，保护1瞬时切除故障

当线路1末端相间故障时，保护1延时切除故障

当线路2任意故障时，保护2瞬时切除故障

要求保护对相间故障、接地故障都能准确动作，并具有一定抗过渡电阻能力

4.3更改故障位置，检测可靠性

更改不同故障位置，测试保护是否会误动、拒动。

加入10-30ohm的过渡电阻，观察保护动作情况。

根据故障波形进行录波，使用电力系统故障专家观察波形及测量阻抗轨迹阻抗。

5实验数据及整定

5.1Runtime界面

图5.1runtime操作界面

1-跳闸回路控制。

0为未开启跳闸，1为开启

2-故障控制回路。

0为未开启故障，1为启动故障

3-故障位置选点。

1~4分别代表两段线路的中点和末端

4-保护复位。

使保护复位，进行下一次故障判断

5-断路器状态指示灯。

亮灯表示导通，熄灭表示断开

6-跳闸信号状态灯。

亮灯表示跳闸信号置高，熄灭表示无

7-故障类型选择。

0为未开启，1为开启，前三个分别代表AB、BC、AC相间短路，后三个分别代表AG、BG、CG接地短路

8-测量阻抗模块。

分别测量AG和AB的一段、二段线路的测量阻抗的实部和虚部

9-测量阻抗轨迹图。

分别显示一段和二段线路的AB测量阻抗轨迹。

5.2参数设定

基本参数设定在与实验一相同，主要介绍阻抗保护模块PN_21的设置。

图5.2PN_21基本设置图

图5.3需要输入线路的正序、零序阻抗值及阻抗角，用于后续测量阻抗的计算分析，如测量单相阻抗时需要零序补偿系数K等。

线路阻抗值由线路模型提供，线路模型在后面的分段中有介绍。

图5.3线路阻抗设定

最后一个需要设定的是保护相关的整定值和段数，这部分由于第一、二段线路有所差别，在后面分段整定中逐一介绍。

5.3外部接线与阻抗特性

参考实验PPT，有教材标准接线和简化接线。

简化接线考虑到本次实验不论短路类型，均采用三相全跳的原则，所以可以利用一条总线。

我们采用教材标准的接线。

具体接线方法如下。

图5.4保护模块标准接线图

故障控制模块依然采用电流保护的方式，其中

fault表示是否开启故障；

SW1到SW3表示AB、BC、AC相间短路；

SW4到SW6表示AG、BG、CG单相接地短路。

接线如图5.5

图5.5故障控制模块接线图

至于阻抗特性的选择，我们采用方向阻抗圆，其可以在双电源时有效区别区内区外故障，缺点是存在动作死区。

图5.6方向阻抗特性圆

5.4第一段线路整定

第一段线路长度200km，由RLC模型仿真，线路参数如图5.7

图5.7第一段线路参数图

末端相间短路

将图5.1的3拨到”2”（一段线路末端），1,2调到”0”，7的第一个拨盘拨到”1”，其余调到”0”，连接到rack后，将2调至”1”，可以观察到8和9中的Zab1的变化，如图5.8：

图5.8一段末端短路界面图

根据刻度盘的读数，由前面第三部分实验原理提供的的整定原则，得出整定值：

一段：

=33.64

二段：

=46.87

（

在后面二段线路中计算）

填入保护模块相应部分，如下图：

图5.9线路1的一段和二段整定值

整定完成之后，重新编译后再次进入runtime界面，相应的在plot中画出阻抗圆。

连接rack并触发短路，可以看到阻抗轨迹由外部进入二段阻抗圆，跳闸信号在延时0.5是后点亮（末端短路时二段启动），因为没有开启跳闸回路，所以断路器并未断开，如图5.9所示：

图5.9一段末端相间短路动作情况

中间相间短路

将图5.1中的3拨到”1”，其余不变。

连接rack后，将2调到”1”，线路中间短路时，保护一段速动，如图5.10

图5.10一段中间相间短路动作情况

5.5第二条线路整定

第二段线路长度100km，由RLC模型仿真，线路参数如图5.11

图5.11第二段线路参数图

末端相间短路

将图5.1的3拨到”4”（一段线路末端），1,2调到”0”，7的第一个拨盘拨到”1”，其余调到”0”，连接到rack后，将2调至”1”，可以观察到8和9中的Zab2的变化，如图5.11：

图5.11二段末端短路界面图

根据刻度盘的读数，由前面第三部分实验原理提供的的整定原则，二段线路由于是末端线路，所以必须保证全线速动，所以理论上没有二段保护。

整定如下：

=24.81

填入保护模块相应部分，如图5.12

图5.12线路2的一段整定值

整定完成之后，重新编译后再次进入runtime界面，相应的在plot中画出阻抗圆。

连接rack并触发短路，可以看到阻抗轨迹由外部进入二段阻抗圆，跳闸信号瞬时动作，因为没有开启跳闸回路，所以断路器并未断开，如图5.13所示

图5.13二段末端相间短路动作情况

中间相间短路

将图5.1中的3拨到”3”，其余不变。

连接rack后，将2调到”1”，线路中间短路时，保护一段速动，如图5.14

图5.14二段中间相间短路动作情况

5.6测量整定值汇总

最后，将测量及整定结果表格汇总，方便查阅。

表5.1实验数据表

Line1

2.417

41.98

42.04952

86.70483

33.63962

46.87201

Line2

1.213

20.64

20.67561

86.63663

24.81074

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