輸電線路距離保護(hù)研究

引言

距離保護(hù)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(hù)裝置的研制最早源自20世紀(jì)20年代初,隨著技術(shù)發(fā)展,保護(hù)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(jī)式保護(hù)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(shì)等級(jí)的電力系統(tǒng)中。根據(jù)目前距離保護(hù)裝置的發(fā)展趨勢(shì)不難發(fā)現(xiàn),先進(jìn)的微機(jī)式距離保護(hù)裝置在未來將會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。

1電力系統(tǒng)距離保護(hù)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(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離不同,測(cè)得阻抗不同,但是測(cè)量阻抗一定小于整定阻抗。距離保護(hù)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(cè)量電壓值為Um,其經(jīng)由母線流向被保護(hù)線路的輸入測(cè)量電流值為Im。如果系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)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(hù)的供電線路發(fā)生短路故障后,此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的阻抗繼電器測(cè)量的系統(tǒng)阻抗有效值為Zm:

此時(shí)系統(tǒng)阻抗繼電器的基礎(chǔ)工作電勢(shì)為Uop:

此時(shí)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(hù)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(hù)區(qū)內(nèi)時(shí),其系統(tǒng)工作電勢(shì)應(yīng)小于0:而故障位于保護(hù)區(qū)外或?qū)儆诜捶较驎r(shí),系統(tǒng)工作電勢(shì)應(yīng)大于0。

此時(shí)當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行時(shí),對(duì)于處于保護(hù)安裝處可測(cè)量到的有效阻抗值應(yīng)為系統(tǒng)負(fù)荷的有效阻抗值Zm,即:

式中,Um為被保護(hù)線路母線的相電勢(shì):Im為被保護(hù)線路的實(shí)際輸出電流:Zm為系統(tǒng)的測(cè)量阻抗,ZL為系統(tǒng)負(fù)荷有效阻抗。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)實(shí)測(cè)電壓為Um=Uk,實(shí)測(cè)故障電流為Ik,此時(shí)系統(tǒng)短路有效阻抗值Zk:

當(dāng)|Zm|>|Zset|時(shí),即短路點(diǎn)處于系統(tǒng)距離保護(hù)的范圍外,距離保護(hù)繼電器不發(fā)生動(dòng)作:當(dāng)|Zm|<|Zset|時(shí),即短路點(diǎn)位于保護(hù)范圍內(nèi),距離保護(hù)繼電器發(fā)生動(dòng)作。

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

本次設(shè)計(jì)的模型是雙電源供電系統(tǒng),本輸電線路配備的主保護(hù)是距離保護(hù),雙側(cè)電源均采用R二L二C中性點(diǎn)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(duì)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(duì)應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換開關(guān)對(duì)應(yīng)一個(gè)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(shí)發(fā)生A相接地短路故障,故障持續(xù)時(shí)間0.05s對(duì)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(dòng)作圖和繼電器波形圖。

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

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

斷路器動(dòng)作圖,在1=0.2s時(shí)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(cè)到故障,發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

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(diǎn)位于保護(hù)范圍內(nèi),所以距離保護(hù)發(fā)生動(dòng)作。

3.2區(qū)外故障

當(dāng)改變阻抗整定值,使得保護(hù)范圍發(fā)生變化時(shí),再用同樣的方法模擬s相接地短路區(qū)外故障,對(duì)應(yīng)距離保護(hù)不動(dòng)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(diǎn)位于保護(hù)范圍外,所以距離保護(hù)不動(dòng)作。

圖4為保護(hù)動(dòng)作信號(hào)圖,可以看出斷電器沒有接收到跳閘信號(hào),因而距離保護(hù)在區(qū)外不動(dòng)作。

圖6保護(hù)動(dòng)作信號(hào)圖

4結(jié)語

本文主要對(duì)電力線路內(nèi)距離保護(hù)的基本原理進(jìn)行了具體介紹,并對(duì)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了整定計(jì)算及對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)算。利用PSCSD仿真平臺(tái),對(duì)單相短路接地故障進(jìn)行了仿真分析,為選擇可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、便于實(shí)施的距離保護(hù)裝置提供了參考。