基于PSCAD/EMTDC的距離保護仿真分析

■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

繼電保護的作用是在電力系統中電氣元件發生故障時將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于遭受更大的破壞，并保證電力系統盡快恢復正常運行［1］。在輸電線路保護中通常配有距離保護，距離保護是利用短路時電壓、電流同時變化的特征，通過測量電壓與電流的比值來反映故障點到保護安裝處的距離而工作的保護;具有定值選擇、保護范圍以及靈敏度等受系統運行方式變化影響較小的優點。基于距離保護原理構成的保護裝置能否做到可靠動作，對電力系統的安全穩定運行具有重要的影響。本文就通過PSCAD/EMTDC對基于距離保護原理的保護在不同故障下的動作情況進行仿真，得出距離保護的一些特點。

1 距離保護的原理

在距離保護中，測量阻抗Zm定義為保護安裝處測量點電壓與測量電流之比，在電系統正常運行時近似為額定電壓為負荷電流，Zm為負荷阻抗，負荷阻抗的量值比較大而其阻抗角為數值較小的功率因素角;電力系統發生金屬性短路時，Zm變為短路點與保護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，數值較大且阻抗性質以電感性為主。根據測量阻抗Zm在上述不同情況下的差異就可以區分系統是否出現故障，故障發生在區內還是區外［2］。

2 仿真分析

在PSCAD/EMTDC環境下建立一個230 kV雙電源雙回線路的電力系統模型，如圖1所示，主要有電源、輸電線路、斷路器和故障點模塊。在保護裝置B1處提取ABC相正序電壓和正序電流，同時還提取零序電流，把他們作為如圖2所示的距離保護原理圖的輸入。在仿真過程中，以線路保護區域A相發生接地故障為例(其它類型的故障本模型也可以進行仿真)，來仿真斷路器B1的動作情況。

圖1 仿真模型

圖2 距離保護原理圖

保護區域F1處發生A相接地故障時，保護安裝處斷路器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A相發生接地故障時，A相電壓降低直至故障切除時恢復正常的值，而故障發生時A相電流突然增大，直至故障切除時變為0。表示故障開始時間和故障持續時間的fft波形如圖5所示，斷路器B1的動作情況如圖6所示，從圖6中可以看出基于距離保護原理的斷路器B1能夠可靠動作。同時從圖6中也可以看到，在t=0．2s時線路發生故障，t=0．22s時斷路器B1才跳開，動作帶一定的延時，對于速動性要求特別高的保護可能不太適應。在110kV電網中距離保護可以作為主保護，但在220kV及以上電壓等級電網中，距離保護不能作為主保護，只能做后備保護［3］。

圖3 保護安裝處A相電流波形

圖4 保護安裝處A相電壓波形

圖5 fft波形

圖6 斷路器動作波形

3 結論

本文借助PSCAD/EMTDC軟件對距離保護在雙電源模型中進行了仿真，通過在模型中分別設置三處故障來仿真斷路器B1的動作情況，獲得了仿真波形，經過分析可得出結論:

(1)基于距離保護原理的斷路器在所保護區域內發生故障時，能夠可靠動作;同時由于距離保護的定值選擇、保護范圍以及靈敏度等受系統運行方式變化的影響很小，因此在地區電網中獲得了廣泛的應用。

(2)采用距離保護的繼電器，在 t=0．2 s時發生故障，0．02 s后繼電器才動作，故障切除具有一定的延時，在對發生故障時需要瞬時切除故障的場合，距離保護因為不能滿足速動性要求只能作為后備保護使用，而不能作為主保護使用。

［1］賀家李，宋從矩．電力系統繼電保護原理［M］．增訂版．北京:中國電力出版社，2004．1-3．

［2］張保會，尹項根．電力系統繼電保護［M］．北京:中國電力出版社，2005．69．

［3］王慧芳．電網繼電保護整定技術及基于多agent的保護新方法研究［D］．浙江杭州:浙江大學，2006．11．