故障选相 MATLAB 的系统仿真

密号研究生请勿填写学研究生课程考试答 题 纸姓 名 学 号 专 业 考 试 科 目 现代电网继电保护原理 考 试 时 间 2012.07.02注意：此半页研究生请勿填写现代电网继电保护课程总结（）经过半学期对现代电网继电保护原理课程的学习，对现代电网继电保护各个方面有了更新的学习和认识。

特别是在陈老师细心的讲解下，关于利用故障分量的继电保护原理、利用稳态故障分量的纵联保护原理、输电线路故障测距原理、自适应继电保护与自动重合闸原理、小电流接地系统故障监测与定位原理等方面有了更详细的了解。

继电保护的作用是及时切除电力系统发生故障的各种电气设备(如发电机、变压器、母线、线路和电动机等)，以防止故障设备本身的严重损坏和保证电力系统其它部分正常运行及安全供电。

继电保护的发展水平主要体现在三个方面:保护的原理和性能;保护的分析研究方法;保护装置的硬件及工艺.它们是相辅相成的。

1 利用故障分量的继电保护理论1.1 故障信息与故障分量从继电保护技术的特点来看，故障信息可以分为内部信息和外部信息两类。

它们都可用于保护装置。

既可单独使用，也可联合使用。

内部故障信息用于跳开故障设备;外部故障信息用于闭锁跳开非故障设备。

故障信息不存在于非故障状态中.设备发生故障时，可用叠加原理来研究故障信息的特征.即当系统中发生故障时，总可以视为非故障状态与故障附加状态的叠加.所谓的非故障状态，它包括正常负荷状态、系统振荡和两相运行等。

有关故障分量的主要特征是:(1).故障分量只存在于故障附加状态中，在非故障状态下不存在故障分量.(2).故障分量仍与系统运行方式有关。

(3).故障点的电压故障分量为最大，系统中性点的电压为零.(4).保护装设处的电压故障分量与电流故障分量间的幅值和相位关系与系统电势无关，它由保护装设处到系统中性点的阻抗决定，且不受故障点过渡电阻的影响.1.2 利用故障分量的电流元件及电流保护电流保护包括两个主要内容:过电流保护和电流速断。

前者必须躲过最大负荷电流，后者必须躲过外部故障的最大短路电流。

因此传统的电流保护受系统运行方式和故障类型的影响很大，有时会使灵敏度降低到无法应用的程度。

但当利用故障分量实现电流保护时，由于以下原因可使电流保护性能得到改善:(1).所用的电流元件可从原理上躲过最大负荷电流。

其定值只需躲过在非故障状态下电流元件中出现的不平衡电流，从而为提高过电流保护的灵敏度提供了可能性.(2).利用保护装设处电压和电流的故障分量可实时计算被保护线路背侧系统阻抗.根据系统阻抗、线路阻抗和故障类型，经计算可自动调整电流速断的定值，使保护范围达到最佳。

1.3 利用故障分量的方向元件利用故障分量的方向元件具有以下特点:(1).不受负荷状态的影响;(2).不受故障点过渡电阻的影响;(3).故障分量的电压、电流间相角由保护装设处到系统中性点的阻抗决定，方向性明确，(4).可消除电压死区;(5).在合闸到故障线路时，当电压互感器位于线路侧时，则方向元件拒动。

2 输电线路故障测距原理现代行波故障测距系统主要利用了线路故障本身所产生的暂态行波特征,并且可以分为D型双端和A型单端2种行波原理。

为了进一步提高行波故障测距的准确性,小波理论已经被越来越广泛地用于行波故障测距研究，并已有将Hilbert-Huang变换用于行波故障测距,以及将行波法与阻抗法结合的综合单端故障测距方案。

研究表明,A型单端行波测距原理由于算法不成熟而难以自动给出正确的测距结果,而D型双端行波测距原理的准确性则受时间同步系统(如全球定位系统(GPS))和线路长度等因素的影响。

实际应用表明,当给定线路长度存在较大误差或者时间同步系统工作不正常时,D型行波测距结果不可信。

此外,当线路发生电压过零故障时,由于故障暂态信号的幅度过于微弱,使得A型和D型原理均难以发挥作用。

重合闸暂态行波的产生断路器重合闸操作又称为故障性合闸操作。

当断路器重合线路时,在断路器触头合闸瞬间,由于触头间电压的突变,在线路上将出现暂态行波过程。

如果被重合的线路存在预伏故障,则在断路器动、静触头尚未接触前,在电源电压的作用下,触头间隙将会出现预击穿现象,并形成持续电弧[14]。

由于电弧电阻对重合闸暂态行波的传播特性没有本质性的影响,这里暂时不加考虑。

在线性电路的假设前提下,故障线路重合闸暂态行波的产生机理可以利用叠加原理来分析。

3 自适应继电保护与自动重合闸原理自适应保护是一种保护理论,根据这种理论,可允许对各种保护功能进行调节,使它们更适应实际的电力系统运行情况。

3.1 自适应继电保护原理的应用由于自适应继电保护的含义是保护必须适应于正在变化的系统情况,因此微机继电保护就必须有分层配置的通信线路与电力系统中的其它设备的计算机网络进行通信以交换信息。

就目前而言,光纤通信线路是应用于自适应继电保护大量信息传输和转换的最好媒介。

自适应继电保护系统分为3层：中央控制层、变电站控制层和继电保护层。

变电站的控制计算机将该变电站的各开关、负荷状态上传给中央计算机，中央计算机根据电力系统电源及上层网络状态以及各变电站上传的状态信息进行综合分析计算, 给出影响各种保护继电器的实际主要参数,从而给出具体整定值,再通过网络下传至各继电器。

各继电器就能以适合当前电力系统状态的整定值 (包括方向继电器的投、切), 在保证选择性的前提下获得最高的灵敏度和最快的动作速度。

3.2 自适应继电保护在微机线路保护中的应用微机保护在电力系统的广泛应用以及通讯技术的迅速发展,使得自适应继电保护技术的应用成为可能。

微机保护的硬件系统具有快速计算、强大的存储能力和逻辑判断能力,微机的这些特点正好为自适应继电保护提供了硬件基础。

3.3 自适应并联电抗器补偿对于超高压输电线路来说,电容电流对电流差动保护的影响很大,光纤分相差动保护的电流差动判据必须要考虑电容电流的影响。

PRS—753 光纤分相差动保护装置, 由软件实现了电容电流及并联电抗器补偿功能, 可根据具体情况选择投退。

对基于电流相量做判据的保护设置电容电流补偿功能(包括稳态量及突变量比差), 进一步提高了保护灵敏度。

对于有并联电抗器的线路, 装置可通过软件自动检测线路两端并联电抗器的投切状态, 做自适应的补偿处理,提高保护灵敏度。

3.4 微机型自动重合闸主要特点如下：（1）高可靠性：装置原理先进、判据正确，采用先进、可靠的微型处理器，在软件及硬件的设计上考虑很大的冗余度，确保不会出现误动作。

（2）高精度：装置在检定同步时要确保在相角差非常接近零度时完成重合闸操作。

捕捉零相角差采用严格的数学模型和控制算法，同时考虑影响电力系统运行的其他因素，在微型计算机处理器的软硬件上采取了相应的措施。

（3）高速度：提高自动重合闸的速度，能使瞬时性故障线路尽快恢复供电，以减少故障停电后造成的损失。

主要依靠软件实现精确的预测算法，在确保电压差和频率差满足要求后，能及时捕捉到第一次到来的零相角差时机进行重合闸。

（4）智能通信功能：重合闸装置作为计算机监控系统的一个智能终端，具有与上位机系统通信的功能，能满足以太网、RS-485、现场总线等多种型式的通信方式，以满足现代电站自动化监控与通信的要求。

4 小电流接地系统故障监测与定位原理我国配电网广泛采用中性点非直接接地方式，这种中性点接地方式系统在发生单相接地故障时故障电流很小，故称之为小电流接地系统。

小电流接地系统在发生单相接地时，故障电流很小且仍然可以保持线电压的对称性，不影响供电，可以提高配电网的供电可靠性。

因此，电力系统规程规定，小电流接地系统发生单相接地故障后仍然可以继续运行 1 ～ 2 个小时。

但这种单相接地故障很容易发展成多相短路，同时接地所引起的弧光过电压会损坏电力设备，因此应尽快找出接地故障线路并予以切除。

近几十年来，广大学者对小电流接地系统接地选线技术进行了大量的研究，提出了很多接地选线的方法。

随着配电网的迅速发展，这些接地选线方法在实际运行中的效果并不理想。

根据小电流接地系统接地选线原理的不同，可以大体将接地选线法分为：零序电流幅值法、零序电流方向法、零序电流有功分量法、五次谐波幅值和方向法、零序导纳法、残留增量法、首半波原理、小波变换法等。

对于小电流接地选线，今后的研究可在以下几方面进行突破: ( 1) 小电流接地系统单相接地故障的准确建模，研究接地故障产生的形成、发展过程及其外部影响因素; ( 2) 各种选线方法的融合，通过多重判别的方式提高选线的精度。

总结,通过对以上各方面的理解与掌握，为我们今后专业课的学习起到了重要的指导性作用，并给我们指明了行将研究的方向，同时为将到来的实习树立了更好的学习目标。

故障选相作业1 输电线路的故障选相与测距高压输电线路分布范围广，穿越地形复杂，气候条件多变，是电力系统中发生故障最多的地方。

尤其是闪络等瞬时性故障约占 90%~95%左右，而这类故障造成的局部绝缘损伤有时没有明显的痕迹，给故障点的查找带来极大的困难。

在故障测距出现以前，往往通过人工巡线去查找故障点的位置。

如果输电线路穿越的地形复杂，气候恶劣，或是线路的短路损伤情况不明显，都会给工人的巡线查找增加难度。

故障测距为输电线路故障点的查找提供了重要依据，准确的故障测距不仅大大减轻了人工巡线的艰辛工作，减少了排除故障的时间，而且能够查出人们难以发现的故障，排除绝缘隐患，避免同类事故的再度发生。

这对于及时修复线路，保证可靠供电，保证电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。

因此，它给电力生产部门带来的社会经济效益是难以估计的。

长期以来，故障测距技术一直受到国内外的关注，经过几十年的发展，此项技术已有了长足的进步。

受到科技和生产力发展水平的限制，早期的故障测距装置主要是针对单相接地故障的，精度并不高，并且需要非常丰富的实际操作经验才能做出判断。

70 年代中期以来，随着计算机技术在电力系统中的应用，尤其是微机保护装置的开发和大量投入，给高压输电线路故障测距的研究注入了新的活力，加速了此项技术实用化的进程。

而随着故障分析系统的发展，完全可以在不增加硬件设备而只增加部分软件的情况下实现故障测距。

这样就使故障测距技术和故障分析系统有机的结合起来，从而赋予了故障分析系统新的功能。

从目前已有的故障测距方法来看，在测距准确性，可靠性以及硬件投入等方面，还不能满足电力系统运行和管理部门的要求，有必要做进一步的研究。

综上所述，对适应于现代化电力系统的精确故障测距算法的研究具有非常重要的意义和工程实用价值。

1.1 故障选相故障选相在电力系统中有重要的作用。

故障测距装置启动，故障测距前，都需要对故障线路、故障类型进行判别，判断是单相接地还是相间故障等等。

在我们的分析软件中进行故障相别的判断，以便运行人员更详细的了解故障情况，从而快速的排除故障。