基于PSCADX4双电源距离保护的仿真分析

燕林滋 李 静 马金燕 白少峰

（银川能源学院，银川 750105）

基于PSCADX4双电源距离保护的仿真分析

燕林滋 李 静 马金燕 白少峰

（银川能源学院，银川 750105）

本文主要就电力线路距离保护的基本原理、整定计算做了具体介绍，着重使用PSCADX4软件对 单相短路接地、两项短路、三相短路故障进行仿真分析，以期更容易找到可靠性高、经济性好、便于实施的距离保护。

PSCADX4 距离保护 单相接地故障 三项接地故障 仿真

引言

在现代电力系统中，容量大、电压高、距离长、负荷重和结构复杂的网络成为主流。这时，简单的电流、电压保护就难以满足电网对保护的要求。例如，高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端短路时短路电流值与负荷电流相差不大，故电流保护往往不能满足灵敏度的要求。对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式的变化而变化，保护范围不稳定，某些情况下甚至无保护区。所以，有些情况下不能采用电流速断保护。对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难以满足电力系统对保护快速性动作的要求。因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，而距离保护就是其中一种。距离保护是反应保护安装处至故障点的距离保护，主要用于输电线路的保护。

PSCADX4是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件。它使电力系统复杂部分可视化，且可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统，可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压，可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟。同时，它的输入、输出界面非常直观、方便。

1 电力系统距离保护原理

输电线路的长度是一定的，其阻抗也基本一定。在其范围内任何一点故障，故障点至线路首端的距离都不一样即阻抗不一样，都会小于总阻抗。

距离保护就是反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。距离保护的核心元件为阻抗继电器。图1为距离保护原理图。

图1 距离保护原理图

当被保护线路上发生短路故障时，阻抗继电器的测量阻抗为Zm，阻抗继电器的工作电压为：

阻抗继电器的整定阻抗Zset是指保护安装处至保护末端的阻抗。

由此可见：保护区内短路故障，工作电压小于0；而保护外或反方向短路故障，工作电压大于0。

正常运行时，保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗

Zm，即

2 距离保护模型的建立

如图2所示，系统为双侧电源网络。在每条母线侧均接有电压互感器和电流互感器。在线路1上接有断路器B1，在线路2上接有断路器B2。在线路1与线路2的连接处，模拟发生两类故障：单相短路接地故障和三相短路故障。

图2 双侧电源网络系统结构示意图

图3 系统整体的接线结构示意图

2.1 系统接线图及其原理

图3为系统整体的接线结构示意图。

第一部分包括两大模块：电压信号采集模块和电流信号采集模块。其中，图4为电压信号采集模块，图5为电流信号采集模块。

图4 电压信号采集模块

图5 电流信号采集模块

第二部分为阻抗计算处理模块，如图6所示。

图6 阻抗计算处理模块

其中，阻抗计算处理模块又包括两部分：相-相阻抗计算和相-地阻抗计算。图7为相-相阻抗计算模块接线，图8为相-地阻抗计算元件。

第三部分包括逻辑处理模块和断路器控制、故障选择模块。其中，图9为逻辑处理模块，图10为断路器控制、故障选择模块。

图7 相-相阻抗计算模块接线

图8 相-地阻抗计算元件

图9 逻辑处理模块

图10 断路器控制、故障选择模块

工作原理：

B1：选择Relay相当于输入数字信号“0”；选择Closed相当于输入数字信号“1”。

B2：选择Open相当于输入数字信号“0”；选择Close相当于输入数字信号“1”。

故障类型选择：

1：无故障；2：A相短路接地；3：B-C相短路；4：三相短路；5：B-C两相接地短路；6：三相短路接地。

3 仿真波形

3.1 A相短路接地故障分析

图11为A相短路接地故障仿真图。

图11 A相短路接地故障仿真 图

参数设置：

首端电源参数：U=230V，Z1=9.186+j138Ω

线路LINE1：L=45km，Z1=1.56+j19.05Ω

线路LINE2：L=45km，Z2=1.56+j19.05Ω

末端电源参数：U=230V，Z1=9.186+j138Ω

故障参数设置：t=0.2s时发生故障，故障持续时间0.05s

波形分析：

图11从上到下依次为电压波形图、电流波形图、断电器动作图和继电器波形图。

电压波形图，在t=0.2s时发生A相短路接地事故，A相电压降低； 在持续0.02s后电压恢复正常。

电流波形图，在发生接地故障时，A相电流急剧增大，0.02s后恢复。

断路器动作图，在t=0.2s故障发生，在0.05s的故障结束后，断路器闭合。

继电器波形图，在故障发生后大约0.02s检测到故障，发出动作信号。

3.2 两相短路接地故障分析

图12为两相短路的仿真图。

图12 两相短路接地故障仿真图

参数设置：

基本参数不变。

断路器B1：开路阻抗Z=1.0e6Ω，闭合阻抗Z=0.1Ω

断路器B2：开路阻抗Z=1.0e6Ω，闭合阻抗Z=0.1Ω

波形分析：

图12从上到下依次为电压波形图、电流波形图、断电器动作图和继电器波形图。

电压波形图中，在t=0.2s时发生两相短路故障；经过0.02s后继电器检测到故障，发出动作信号；断路器断开，电压波形恢复。

电流波形图，在故障发生到故障切除，两相电流均急剧增高。

断路器动作图，在t=0.2s故障发生，在0.05s的故障结束后，断路器闭合。

继电器波形图，在故障发生后大约0.02s检测到故障，发出动作信号。

3.3 三相短路接地故障分析

图13为三相短路接地故障仿真图。

图13 三相短路接地故障仿真图

参数设置：

基本参数不变。

断路器B1：开路阻抗Z=1.0e6Ω，闭合阻抗Z=0.1Ω；断路器B2：开路阻抗Z=1.0e6Ω，闭合阻抗Z=0.1Ω。波形分析：

图13从上到下依次为电压波形图、电流波形图、断电器动作图和继电器波形图。

电压波形图，在t=0.2s时发生三相短路故障；经过0.02s后继电器检测到故障，发出动作信号；断路器断开，电压波形恢复。

电流波形图，在故障发生到故障切除，三相电流均急剧增高。

断路器动作图，在t=0.2s故障发生，在0.05s的故障结束后，断路器闭合。

继电器波形图，在故障发生后大约0.02s检测到故障，发出动作信号。

4 结论

本文利用PSCADX4软件搭建了简单双电源电力系统距离保护的模型，并对模型进行仿真分析，能够正确反映保护范围内的各种相间故障和接地故障。结果表明，PSCADX4软件对距离保护仿真有良好的效果。

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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

银川能源学院科学研究项目（2015-KY-Y-15）。