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)代主流產品,被廣泛應用于高壓或特高壓電勢等級的電力系統(tǒng)中。根據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主導地位。

1電力系統(tǒng)距離保護原理

當線路長度一定,則其線路的阻抗一定。根據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側安裝阻抗繼電器,母線測量電壓值為Um,其經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)內設計的電壓互感器、電流互感器變比為1,那么還需要在系統(tǒng)內加入繼電器電壓、電流,即Um、Im。

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

此時系統(tǒng)阻抗繼電器的基礎工作電勢為Uop:

此時系統(tǒng)阻抗繼電器的基礎整定有效阻抗值為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,當故障發(fā)生在保護區(qū)內時,其系統(tǒng)工作電勢應小于0:而故障位于保護區(qū)外或屬于反方向時,系統(tǒng)工作電勢應大于0。

此時當系統(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|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|Zm|<|Zset|時,即短路點位于保護范圍內,距離保護繼電器發(fā)生動作。

2雙電源網絡系統(tǒng)結構設計

本次設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,雙側電源均采用R二L二C中性點接地的230kV、50Hz電源,其內部電阻為9.1860,電感為138mH。線路故障用三相故障數字控制器控制,不同的數字對應不同的故障,1表示A相接地故障,2表示AB兩相相間短路故障。對應的數字轉換開關對應一個故障狀態(tài)數字。

雙側電源網絡系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)左側為線路1,裝有斷路器B1和電壓電流互感器。系統(tǒng)右側為線路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仿真過程及結構分析

3.1區(qū)內故障

當設定1=0.2s時發(fā)生A相接地短路故障,故障持續(xù)時間0.05s對應的模擬仿真結果如圖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:

斷路器動作圖,在1=0.2s時故障發(fā)生,在0.05s故障結束后,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,即短路點位于保護范圍內,所以距離保護發(fā)生動作。

3.2區(qū)外故障

當改變阻抗整定值,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結語

本文主要對電力線路內距離保護的基本原理進行了具體介紹,并對系統(tǒng)相關參數進行了整定計算及對實驗參數進行了驗算。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、經濟性好、便于實施的距離保護裝置提供了參考。