引言

距離保護裝置滿足了現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展及硬件技術(shù)改良換代的要求。距離保護裝置的研制最早源自20世紀20年代初,隨著技術(shù)發(fā)展,保護裝置的發(fā)展也越來越成熟。最初晶體管式的老舊產(chǎn)品逐漸被新式的集成式或微機式保護裝置替代,成為了現(xiàn)代主流產(chǎn)品,被廣泛應(yīng)用于高壓或特高壓電勢等級的電力系統(tǒng)中。根據(jù)目前距離保護裝置的發(fā)展趨勢不難發(fā)現(xiàn),先進的微機式距離保護裝置在未來將會占據(jù)主導(dǎo)地位。

1電力系統(tǒng)距離保護原理

當(dāng)線路長度一定,則其線路的阻抗一定。根據(jù)故障點至保護安裝處的距離不同,測得阻抗不同,但是測量阻抗一定小于整定阻抗。距離保護基本工作原理如圖1所示。

在線路M側(cè)安裝阻抗繼電器,母線測量電壓值為Um,其經(jīng)由母線流向被保護線路的輸入測量電流值為Im。如果系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計的電壓互感器、電流互感器變比為1,那么還需要在系統(tǒng)內(nèi)加入繼電器電壓、電流,即Um、Im。

當(dāng)被保護的供電線路發(fā)生短路故障后,此時系統(tǒng)內(nèi)的阻抗繼電器測量的系統(tǒng)阻抗有效值為Zm:

此時系統(tǒng)阻抗繼電器的基礎(chǔ)工作電勢為Uop:

此時系統(tǒng)阻抗繼電器的基礎(chǔ)整定有效阻抗值為Zset,也就是指該系統(tǒng)距離保護裝置的安裝處至本條線路末端的阻抗。

由此可見,當(dāng)故障發(fā)生在保護區(qū)內(nèi)時,其系統(tǒng)工作電勢應(yīng)小于0:而故障位于保護區(qū)外或?qū)儆诜捶较驎r,系統(tǒng)工作電勢應(yīng)大于0。

此時當(dāng)系統(tǒng)處于正常運行時,對于處于保護安裝處可測量到的有效阻抗值應(yīng)為系統(tǒng)負荷的有效阻抗值Zm,即:

式中,Um為被保護線路母線的相電勢:Im為被保護線路的實際輸出電流:Zm為系統(tǒng)的測量阻抗,ZL為系統(tǒng)負荷有效阻抗。

當(dāng)發(fā)生故障時,系統(tǒng)實測電壓為Um=Uk,實測故障電流為Ik,此時系統(tǒng)短路有效阻抗值Zk:

當(dāng)|Zm|>|Zset|時,即短路點處于系統(tǒng)距離保護的范圍外,距離保護繼電器不發(fā)生動作:當(dāng)|Zm|<|Zset|時,即短路點位于保護范圍內(nèi),距離保護繼電器發(fā)生動作。

2雙電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次設(shè)計的模型是雙電源供電系統(tǒng),本輸電線路配備的主保護是距離保護,雙側(cè)電源均采用R二L二C中性點接地的230kV、50Hz電源,其內(nèi)部電阻為9.1860,電感為138mH。線路故障用三相故障數(shù)字控制器控制,不同的數(shù)字對應(yīng)不同的故障,1表示A相接地故障,2表示AB兩相相間短路故障。對應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換開關(guān)對應(yīng)一個故障狀態(tài)數(shù)字。

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)左側(cè)為線路1,裝有斷路器B1和電壓電流互感器。系統(tǒng)右側(cè)為線路2,裝有斷路器B2和電壓電流互感器。在線路中間裝有模擬發(fā)生故障裝置。

3仿真過程及結(jié)構(gòu)分析

3.1區(qū)內(nèi)故障

當(dāng)設(shè)定1=0.2s時發(fā)生A相接地短路故障,故障持續(xù)時間0.05s對應(yīng)的模擬仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3從上到下依次為電壓波形圖、電流波形圖、斷電器動作圖和繼電器波形圖。

電壓波形圖,在1=0.2s時發(fā)生A相短路接地事故,A相電勢降低:在持續(xù)0.02s后電勢恢復(fù)正常:

電流波形圖,在發(fā)生接地故障時,A相電流急劇增大,0.02s后恢復(fù):

斷路器動作圖,在1=0.2s時故障發(fā)生,在0.05s故障結(jié)束后,斷路器閉合:

圖3A相短路接地故障仿真圖

繼電器波形圖,在故障發(fā)生后大約0.02*檢測到故障,發(fā)出動作信號。

A相短路接地阻抗軌跡如圖A所示。

圖4A相短路接地阻抗軌跡示意圖

從圖A可以看出,阻抗軌跡在圈內(nèi),即短路點位于保護范圍內(nèi),所以距離保護發(fā)生動作。

3.2區(qū)外故障

當(dāng)改變阻抗整定值,使得保護范圍發(fā)生變化時,再用同樣的方法模擬s相接地短路區(qū)外故障,對應(yīng)距離保護不動作,得到區(qū)外故障阻抗軌跡如圖5所示。

圖5區(qū)外阻抗軌跡示意圖

從圖5可以看出,阻抗軌跡在圈外,即短路點位于保護范圍外,所以距離保護不動作。

圖4為保護動作信號圖,可以看出斷電器沒有接收到跳閘信號,因而距離保護在區(qū)外不動作。

圖6保護動作信號圖

4結(jié)語

本文主要對電力線路內(nèi)距離保護的基本原理進行了具體介紹,并對系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行了整定計算及對實驗參數(shù)進行了驗算。利用PSCSD仿真平臺,對單相短路接地故障進行了仿真分析,為選擇可靠性高、經(jīng)濟性好、便于實施的距離保護裝置提供了參考。