1、1/292022-7-28Xian University of Science and Technology主要内容8.1 8.1 仿真概述仿真概述8.2 8.2 三段式过流保护原理简介三段式过流保护原理简介8.3 8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立短路故障电磁暂态仿真模型建立8.4 8.4 三段式过流保护软件设计三段式过流保护软件设计8.5 8.5 仿真实验仿真实验 2/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.1 8.1 仿真概述仿真概述1.1.概述概述 1.1.仿真验证仿真验证微机保护验证方法微机保护验证方法 1.1.实
2、验室模拟实验实验室模拟实验 2.2.实验验证实验验证.2.2.挂网实验挂网实验在实际中，由于受系统的规模及故障复杂性的限制，许多继电保在实际中，由于受系统的规模及故障复杂性的限制，许多继电保护的实验很难进行；从安全角度讲，不允许进行实验。因此，微护的实验很难进行；从安全角度讲，不允许进行实验。因此，微机继电保护的仿真实验就显得尤为重要。机继电保护的仿真实验就显得尤为重要。3/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.1 8.1 仿真概述仿真概述2.2.微机继电保护的仿真类型：微机继电保护的仿真类型：a.a.电力系统故障的模拟仿真
3、电力系统故障的模拟仿真通过电磁暂态仿真，可以获得故障信号。通过电磁暂态仿真，可以获得故障信号。b.b.微机保护算法的仿真微机保护算法的仿真处理故障信号计算故障特征量，给出判断，发出命令。处理故障信号计算故障特征量，给出判断，发出命令。c.c.跳闸逻辑的仿真跳闸逻辑的仿真模拟跳闸策略。模拟跳闸策略。4/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.2.18.2.1 整定原则整定原则图图8-18-1是三段式电流保护的原理图是三段式电流保护的原理图,假设对假设对35kV35kV的线路的线路WL1WL1首端配置首端配置有三段式过流保护（保护
4、有三段式过流保护（保护1 1）。）。8.2 三段式过电流原理简介(1)(1)瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护在保护在保护1 1处安装三段式过流保护，对于保护处安装三段式过流保护，对于保护1 1处的瞬时电流速断保处的瞬时电流速断保护的整定值，应该整定得大于护的整定值，应该整定得大于k2k2点短路时可能出现的最大短路电点短路时可能出现的最大短路电流，亦即流，亦即 （8-18-1）图8-1 三段式电流保护原理图max.21.kactII5/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.2 三段式过电流原理简介引入可靠系数引入可靠系数 =1
5、.2 =1.21.31.3，则式（，则式（8-18-1）可以写为）可以写为（8-8-2 2）(2)(2)限时电流速断保护限时电流速断保护保护保护1 1的限时电流速断保护的整定值的限时电流速断保护的整定值 躲过，保护躲过，保护2 2的瞬时速断的瞬时速断保护的整定值保护的整定值 ，即：，即：（8-38-3）图8-1 三段式电流保护原理图max.21.krelactIKIrelK.2actI.1actI2.1.actactII6/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.2 三段式过电流原理简介(3)(3)定时限过电流保护定时限过电流
6、保护 设正常运行时的最大负荷电流为设正常运行时的最大负荷电流为 ,自起动系数自起动系数 （数值应该（数值应该大于大于1 1），自起动电流为），自起动电流为 :（8-58-5）为使定时限过电流保护返回电流为使定时限过电流保护返回电流 大于自启动电流大于自启动电流 ,引入可引入可靠系数靠系数 =1.25 =1.251.51.5，则，则:（8-68-6）若继电器的返回系数若继电器的返回系数 （一般取（一般取0.850.850.950.95），根据保护动作电），根据保护动作电流流 与返回电流与返回电流 的关系，的关系，则则定时限过电流保护的动作值为：定时限过电流保护的动作值为：（8-78-7）relK
7、.maxLIMsKmax.max.LMsMsIKI.maxMsIreI.m axM sImax.max.LMsrelMsrelreIKKIKIreK.1actIreI.1.max1actrelMsreLrereKKIIIKK7/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.2 三段式过电流原理简介8.2.28.2.2 三段式过流保护的特点三段式过流保护的特点（1 1）瞬时电流速断保护）瞬时电流速断保护仅靠动作电流值保证选择性；能无延时地保护本线路的一部分。仅靠动作电流值保证选择性；能无延时地保护本线路的一部分。（2 2）限时电流速断
8、保护）限时电流速断保护保护范围大于本段线路全长，依靠动作电流值和动作时间保证选保护范围大于本段线路全长，依靠动作电流值和动作时间保证选择性；与第择性；与第段构成主保护，兼作第段构成主保护，兼作第段的后备保护。段的后备保护。（3 3）定时限过电流保护）定时限过电流保护第第段的电流值比第段的电流值比第、段小，灵敏度比第段小，灵敏度比第、段高；后备段高；后备保护时灵敏系数和动作时限配合可保证选择性；保护范围是本线保护时灵敏系数和动作时限配合可保证选择性；保护范围是本线路和相邻下一线路全长。路和相邻下一线路全长。8/292022-7-288.3.18.3.1仿真主系统结构仿真主系统结构（1）系统结构）
9、系统结构图图8-2是某是某35kV配电网络接线图，仿真系统的网络结构和参配电网络接线图，仿真系统的网络结构和参数依据该实际的系统设定数依据该实际的系统设定，该，该系统母线上有系统母线上有4条馈出线路，其条馈出线路，其中馈出支路中馈出支路1有有WL1和和WL2两段。两段。Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立 图8-2某35kV配电网络系统9/292022-7-28（2）保护）保护1的三段式过流保护动作值的整定计算的三段式过流保护动作值的整定计算电源阻抗电源阻抗 ,线路线路WL1阻抗阻抗Z1及线路及线路WL2的阻抗的
10、阻抗Z2为：为：（8-8）（8-9）（8-10）Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立 .m axsjX.max6sjXj10.17243140.001224(4.089.04)Zjj20.17583140.001258(9.8621.85)Zjj10/292022-7-28k2点及点及k4点的短路电流为：点的短路电流为：（8-11）（8-12）Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立Xian University of Science
11、and Technology 2.max2237/31.37kA4.08(9.046)kI4.max2237/3541.69A(4.089.86)(69.0421.85)kI11/292022-7-28保护保护1处瞬时电流速断保护的整定值为（取可靠系数处瞬时电流速断保护的整定值为（取可靠系数 =1.2）：）：（8-12）保护保护2处瞬时电流速断保护的整定值为处瞬时电流速断保护的整定值为(取可靠系数取可靠系数 =1.2)：（8-13）保护保护1处限时电流速断保护的整定值为（取可靠系数处限时电流速断保护的整定值为（取可靠系数 =1.1）：）：（8-14）Xian University of Sci
12、ence and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立 relK.12.max1.2 1.371.644kAactrelkIKIrelK.24.max1.2 541.69605.03AactrelkIK I relK.1.21.1 605.03715.03AactrelactIKI12/292022-7-28保护保护1限时电流速断保护的动作时限限时电流速断保护的动作时限 与保护与保护2瞬时电流速段保护的瞬时电流速段保护的时限时限 配合，即：配合，即：（8-15）WL1的最大负荷电流的最大负荷电流 是是150A，则当取则当取 =1.1，=1.3，=1.9则保护则保护1的定时限
13、过电流保护的整定值为：的定时限过电流保护的整定值为：（8-16）Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立ssttt5.05.002 1MsKmax.LI relKreKA2.238 1rerelMsKKKIact。1t2t13/292022-7-28保护保护1定时限过电流保护的动作时限定时限过电流保护的动作时限 应与保护应与保护2定时限过电流保护定时限过电流保护的动作时限的动作时限 配合，且已知保护配合，且已知保护2定时限过电流保护的动作时限定时限过电流保护的动作时限 =2.2s，故，故：（8-17）Xian Uni
14、versity of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立Xian University of Science and Technologyssttt7.25.02.2 2 1 1t 2t 2t14/292022-7-288.2.3 8.2.3 仿真模型的建立仿真模型的建立1.1.仿真模型仿真模型Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立Xian University of Science and Technology 15/292022-7-28a.a.第一条出线作为模拟三
15、段式电流保护的故障支路，第一条第一条出线作为模拟三段式电流保护的故障支路，第一条出线含出线含WL1WL1和和WL2WL2两段。将两段。将WL1WL1和和WL2WL2均用两个均用两个型等效电路型等效电路来等效；通过修改来等效；通过修改型等效电路的长度，可以实现型等效电路的长度，可以实现WL1WL1的的60%60%、WL1WL1末端、末端、WL2WL2的的50%50%等不同位置的三相短路故障，验等不同位置的三相短路故障，验证三段式保护的动作特性。证三段式保护的动作特性。b.b.在在WL1WL1和和WL2WL2的首端设置三相电压电流测量模块，分别测取的首端设置三相电压电流测量模块，分别测取不同故障点
16、的电压和电流信号，然后通过不同故障点的电压和电流信号，然后通过.mat.mat文件将数据文件将数据载入到程序中，以便于实现全面的三段式电流保护。载入到程序中，以便于实现全面的三段式电流保护。Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立16/292022-7-282.2.模块功能及参数设置模块功能及参数设置a.a.Three-Phase Source1Three-Phase Source1模块：相当于电力系统的电源，作用模块：相当于电力系统的电源，作用是给电力系统提供电能。是给电力系统提供电能。b.b.Three-Phas
17、e V-I MeasurementThree-Phase V-I Measurement模块：相当于电力系统的电模块：相当于电力系统的电压互感器和电流互感器，作用是测量线路的电压和电流的数压互感器和电流互感器，作用是测量线路的电压和电流的数值大小值大小。c.c.ScopeScope模块：相当于电力系统测量中用到的示波器和录波器模块：相当于电力系统测量中用到的示波器和录波器，把电气量参数以图表的形式表示出来。，把电气量参数以图表的形式表示出来。d.d.matmat模块：相当于电力系统中的数据采集单元，作用是把电模块：相当于电力系统中的数据采集单元，作用是把电力系统的数据导入到控制单元。力系统的数
18、据导入到控制单元。Xian University of Science and Technology8.3 短路故障电磁暂态仿真模型建立17/292022-7-288.4.28.4.2主程序主程序Xian University of Science and Technology8.4 三段式过流保护软件设计 18/292022-7-288.4.38.4.3有效值计算有效值计算本系统利用全波傅里叶算法来计算本系统利用全波傅里叶算法来计算A A相短路电流的有效值，流相短路电流的有效值，流程图如图程图如图8-138-13所示所示。Xian University of Science and Tech
19、nology8.4 三段式过流保护软件设计 19/292022-7-288.5.1 WL18.5.1 WL1的的60%60%处故障仿真处故障仿真本算例在本算例在k1k1点处设置三相短路故障进行仿真，点处设置三相短路故障进行仿真，k1k1点即点即WL1WL1的的60%60%处。处。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 00.020.040.060.080.10.12-3000-2000-100001000200030004000t/si1/A图8-14 k1点故障时系统的三相短路故障电流保护保护1 1瞬时速断保护动作，限时速断保护和定
20、时限过电流保护不动作瞬时速断保护动作，限时速断保护和定时限过电流保护不动作如图如图8-158-15所示。所示。20/292022-7-28当保护当保护1 1的瞬时速断保护失灵时，保护的瞬时速断保护失灵时，保护1 1的限时速断保护延时的限时速断保护延时0.5s0.5s动作，定时限过电流保护不动作，如图动作，定时限过电流保护不动作，如图8-168-16所示。所示。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图8-15 k1点故障时保护1瞬时速断保护正确动作结果00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1处 瞬 时 电 流
21、 速 断 保 护 动 作00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1处 限 时 电 流 速 断 保 护 不 动 作00.511.522.5300.511.5t/s线 路 WL1保 护 1处 定 时 限 过 电 流 保 护 不 动 作21/292022-7-28当保护当保护1 1的瞬时速断和限时速断保护同时失灵时，保护的瞬时速断和限时速断保护同时失灵时，保护1 1的定的定时限过电流保护作为近后备保护动作，如图时限过电流保护作为近后备保护动作，如图8-178-17所示。所示。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图
22、8-16 k1点故障时保护1瞬时速断保护失灵时动作结果00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1处 瞬 时 电 流 速 断 保 护 失 灵00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1限 时 电 流 速 断 保 护 延 时 0.5动 作00.511.522.5300.511.5t/s线 路 WL1保 护 1处 定 时 限 过 电 流 保 护 不 动 作22/292022-7-28当保护当保护1 1的瞬时速断和限时速断保护同时失灵时，保护的瞬时速断和限时速断保护同时失灵时，保护1 1的定的定时限过电流保护作为近后备保护动作，如图时限过电流保护作为近后备
23、保护动作，如图8-178-17所示。所示。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图8-17k1点故障时保护1瞬时速断和限时速断保护同时失灵时动作结果00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1处 瞬 时 电 流 速 断 保 护 失 灵00.511.522.5300.511.5线 路 WL1保 护 1处 限 时 电 流 速 断 保 护 失 灵00.511.522.5300.511.5t/s线 路 WL1保 护 1处 定 时 限 过 电 流 作 为 近 后 备 保 护 动 作23/292022-7-288.5.3
24、WL28.5.3 WL2的的50%50%故障仿真故障仿真本算例在本算例在k3k3点处设置三相短路故障进行仿真，点处设置三相短路故障进行仿真，k3k3点即点即WL2WL2的的50%50%处。处。故障后，保护故障后，保护2 2的瞬时速断保护动作，限时速断保护和定时限过的瞬时速断保护动作，限时速断保护和定时限过电流保护不动作，如图电流保护不动作，如图8-228-22所示。所示。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图8-21 k3点故障时系统的三相故障电流00.020.040.060.080.10.12-1500-1000-5000500
25、10001500t/si2/A24/292022-7-28当保护当保护2 2的瞬时速断保护失灵时，保护的瞬时速断保护失灵时，保护1 1的定时限过电流保护的定时限过电流保护作为远后备保护延时作为远后备保护延时2.7s2.7s动作，如图动作，如图8-238-23所示。所示。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图8-22 k3点故障时保护2瞬时速断保护正确动作结果00.511.522.5300.511.5线 路 WL2保 护 2处 瞬 时 电 流 速 断 保 护 动 作00.511.522.5300.511.5线 路 WL2保 护 2处
26、 限 时 电 流 速 断 保 护 不 动 作00.511.522.5300.511.5t/s线 路 WL2保 护 2处 定 时 限 过 电 流 保 护 不 动 作25/292022-7-28Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 图8-23 k3点故障时保护2瞬时速断保护失灵保护1定时限过流保护动作00.511.522.5300.511.5线 路 WL2保 护 2处 瞬 时 电 流 速 断 保 护 失 灵00.511.522.5300.511.5t/s线 路 WL1保 护 1处 定 时 限 过 电 流 保 护 延 时 2.7s作 为
27、远 后 备 保 护 动 作26/292022-7-288.5.4 8.5.4 算例分析算例分析故障点设置在故障点设置在k1k1、k2k2、k3k3点，仿真的结果与理论分析结果一点，仿真的结果与理论分析结果一致，说明致，说明该该三段式电流保护的模型建立、算法设计正确。三段式电流保护的模型建立、算法设计正确。表8-1三段式电流保护仿真结果Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验 备注：1表示动作，0表示不动作，1（+0.5s）表示延时0.5s动作，0（拒）表示拒动。故障点WL1动作段WL2动作段k1100000k1（拒）1+0.5s）000
28、0k10（拒）0（拒）1000k201（+0.5s）0000k200（拒）1（近）000k3000100k3001（远）0（拒）0027/292022-7-288.5.58.5.5仿真过程小结仿真过程小结三段式过流保护的仿真过程为三段式过流保护的仿真过程为：（1 1）理解三段式电流保护原理及其整定计算。）理解三段式电流保护原理及其整定计算。（2 2）利用）利用matlabmatlab建立模型，建立模型，对对模型参数进行设置。模型参数进行设置。（3 3）利用）利用matlabmatlab语言编写全波傅里叶算法和三段式电流保护语言编写全波傅里叶算法和三段式电流保护的算法。的算法。（4 4）将不同的故障点数据导入到微机保护的算法程序中，计）将不同的故障点数据导入到微机保护的算法程序中，计算出不同故障点时的电流有效值，将有效值再与各段整定值算出不同故障点时的电流有效值，将有效值再与各段整定值进行比较，然后相应的保护动作进行比较，然后相应的保护动作。Xian University of Science and Technology8.5 仿真实验
