基于PSCAD线路距离保护的仿真分析
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关键词：PSCAD;距离保护；单相接地短路;三相短路;仿真
0 引言
在 现 代 社 会 ，电力系统承载着社会居民的日常生活以
及 各 行各 业 的 生 产 需 要 。缺 少 电 力 的 支 持 ，社会生活将陷
入 瘫 痪 ，因此，电力是日常生产和居民生活中必不可少的
资 源 ，采 用 科 学 的 方 法 对 电 力 系 统 进 行 维 护 至 关 重 要 。 而
Baidu Nhomakorabea
电压为Um=Uk，测量电流为故障电流Zm= l = i =Zk，这时 Im Ik
的 测 量 阻 抗 为 保 护 安 装 处 到 短 路 点 的 短 路 阻 抗 Zk，当短路 点在保护范围以外时，即 |Zm卜|Zs,t I时继电器不动。 当短 路点在保护范围内，即 |Zm |<|ZS(1 |时继电器动作。
相-相阻抗计算模块接线见图7;相-地阻抗计算元件 见 图 8。
第三部分： 逻辑处理模块见图9。 断路器控制，故障选择模块见图10 。 该部分的工作原理如下： B 1 :选 择 Relay相当于输入数字信号“0 ”
选 择 Closed相当于输入数字信号“1 ” B2 :选 择 Open相当于输入数字信号“0 ”
Zm，即 Im
在上 式 中 “Um”表示被保护线路母线的相电压，测量
条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合 电压“C 表示被保护线路的电流，测 量 电 流 ；“Zm”表示测 闸相配合[2]。 因此，在结构复杂的高压电力系统中，必须使 量电压与测量电流之比，测量阻抗。
用 性 能 更 好 的 电 力 保 护 装 置 ，比 如 距 离 保 护 装 置 。通常用
基金项目：银川能源学院科研项目（2015-IKY-Y-15 )。
第二部分：阻抗计算处理模块（见 图 6 )。
•140 •
内燃机与配件
图4 电压信号采集模块 图5 电流信号采集模块
图6 阻抗计算处理模块
其 中 阻 抗 计 算 处 理 模 块 又 有 两 部 分 ：相 - 相阻 抗 计 算 和相-地阻抗计算。
继 电 保 护 又 是 对 电 力 维 护 起 到 关 键 作 用 的 部 分 ，它的状态
与整个电力系统的运行状态息息相关。如何确保继电保护
设 施 稳 定 工 作 ，继 电 保 护 技 术 科 学 实 用 ，是电力维护 部门 始终关注的焦点问题。继电保护设施可以客观地反映出电 力 设 备 故 障 或 异 常 状 态 ，并 作 用 于 跳 闸 或 发 出 信 号 的 装 置 ，它的基本要求有可靠性、选择性、速动性和灵敏性，电
在 被 保 护 线 路 任 一 点 发 生 故 障 时 ，保 护安 装 处 的测 量
于输电线路保护的距离保护装置能够对从装配了保护装 置的部位到故障点的距离进行有效保护。
PSCAD是一种目前在国际社会广受好评的电力仿真 软件。 它具有简洁直观的可视化界面，通过可视化的形式 模 拟 任 意 大 小 的 交 直 流 系 统 ，展 示 出 电力 系 统中 复杂 的 部 分 ，同时可应用在实时数字仿真器的前置端。 当电网系统 中 突 然 出 现 断 路 器 操 作 、故 障 及 雷 击 过 电 压 时 ，通 过它 可
图 1 距离保护原理图 0 ;而保护外或反方向短路故障，工作电压大于0。
正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗
力 系 统 继 电 保 护 的 主 要 内 容 是 ：在 电 力系 统 出 现 故障 的 情 况 下 ，快 速 、精 确 且 有 选 择 性 的 切 断 故 障 电 路 ，以避免其波 及 其 它 正 常 运 行 的 线 路 或 元 件 ，保 证 故障点以外的线路和 电 力 元 件 正 常 工 作 ；对 异 常 工 作 状 态 ，基 于 现 场 运行 维护
2 距离保护模型的建立
以进行快速定位，并且可以模拟包含复杂非线性元件的大 ‘|卜3>0—I"" ^ ,
=
=
—s
型电力系统的全三相电力结构。
1 电力系统距离保护原理
距 离 保 护 装 置 ，即 根 据故 障点 到 装有 保 护 装 置的 部 位
之间的距离确定动作时限的继电保护装置。输电线路的长 度 和 阻 抗 基 本 是 正 比 的 关 系 ，在 其 范 围 内 任 何 一 点 故 障 ， 故 障 点 至 线 路 首 端 的 距 离 都 不 一 样 ，也 就 是 阻 抗 不 一 样 ，
3 图 2 系统仿真图
都会小于总阻抗。距离保护的核心元件阻抗继电器。 在 被 保 护 线 路 在 突 然 短 路 的 情 况 下 ，阻抗继电器的测
量阻抗为 Zm，我们用1)„1= 1)„-1 „2 «来表示阻抗继电器的工 作电压。 阻 抗 继电器的整定阻抗 Z„t是指保护安装处至 保护末端的阻抗。
由 上 述 分 析 可 知 ：保 护 区 内 短 路 故 障 ，工 作电压小于
Internal Combustion Engine & Parts
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基 于 PSCAD线路距离保护的仿真分析
燕 林 滋 ;马 金 燕 ;李 静 ；白少峰
(银川能源学院，银川750105)
摘要：本文主要就电力线路的距离保护做了具体介绍，主要包括距离保护的基本原理、整定计算，阻抗继电器的动作特性、实现 方法。并利用PSCAD软件对单相短路接地，三相短路接地故障进行仿真，并把仿真结果和理论计算进行了比较，因此更容易找到可靠 性高，经济性好，便于实施的距离保护。
选 择 Close相当于输入数字信号“1 ” 故障类型选择：
1 :无故障 2 :A 相短路接地 3 :B - C 相短路 4 :三相短路 5 :B - C 两相接地短路 6 :三相短路接地 3 仿真波形 3.1 A 相短路接地故障分析：B 1= 1，B2=1 参数设置： 断 路 器 B 1:开 路 阻 抗 Z= 1 .0e6n ，闭合阻抗：Z=0 .in 断 路 器 B 2 :开 路 阻 抗 Z= 1 .0e6n ，闭合阻抗:Z=0 .in 波形分析： 图 1 1 ( a )为电压波形图，在 t=0.2 s 时 发 生 A 相短路接 地事故，A 相电压降低。在持续大约0.05s 后电压经过小幅 快速震荡后恢复正常。 图 1 1 (b )为 电 流 波 形 图 ，在 发 生 接 地 故 障 时 ，A 相电
图 2 为双电源网络系统。从该图来看，在两条母线侧 都连接着电压互感器、电流互感器以及断路器B 1、B2。在 线 路 1 与线路2 的连接处对单相短路接地故障和三相短 路故障进行仿真模拟。
系统接线图和工作原理见图3。 第一部分：主要由电压信号采集模块（详 见 图 4)和电 流信号采集模块（详 见 图 5)构成。
0 引言
在 现 代 社 会 ，电力系统承载着社会居民的日常生活以
及 各 行各 业 的 生 产 需 要 。缺 少 电 力 的 支 持 ，社会生活将陷
入 瘫 痪 ，因此，电力是日常生产和居民生活中必不可少的
资 源 ，采 用 科 学 的 方 法 对 电 力 系 统 进 行 维 护 至 关 重 要 。 而
Baidu Nhomakorabea
电压为Um=Uk，测量电流为故障电流Zm= l = i =Zk，这时 Im Ik
的 测 量 阻 抗 为 保 护 安 装 处 到 短 路 点 的 短 路 阻 抗 Zk，当短路 点在保护范围以外时，即 |Zm卜|Zs,t I时继电器不动。 当短 路点在保护范围内，即 |Zm |<|ZS(1 |时继电器动作。
相-相阻抗计算模块接线见图7;相-地阻抗计算元件 见 图 8。
第三部分： 逻辑处理模块见图9。 断路器控制，故障选择模块见图10 。 该部分的工作原理如下： B 1 :选 择 Relay相当于输入数字信号“0 ”
选 择 Closed相当于输入数字信号“1 ” B2 :选 择 Open相当于输入数字信号“0 ”
Zm，即 Im
在上 式 中 “Um”表示被保护线路母线的相电压，测量
条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合 电压“C 表示被保护线路的电流，测 量 电 流 ；“Zm”表示测 闸相配合[2]。 因此，在结构复杂的高压电力系统中，必须使 量电压与测量电流之比，测量阻抗。
用 性 能 更 好 的 电 力 保 护 装 置 ，比 如 距 离 保 护 装 置 。通常用
基金项目：银川能源学院科研项目（2015-IKY-Y-15 )。
第二部分：阻抗计算处理模块（见 图 6 )。
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内燃机与配件
图4 电压信号采集模块 图5 电流信号采集模块
图6 阻抗计算处理模块
其 中 阻 抗 计 算 处 理 模 块 又 有 两 部 分 ：相 - 相阻 抗 计 算 和相-地阻抗计算。
继 电 保 护 又 是 对 电 力 维 护 起 到 关 键 作 用 的 部 分 ，它的状态
与整个电力系统的运行状态息息相关。如何确保继电保护
设 施 稳 定 工 作 ，继 电 保 护 技 术 科 学 实 用 ，是电力维护 部门 始终关注的焦点问题。继电保护设施可以客观地反映出电 力 设 备 故 障 或 异 常 状 态 ，并 作 用 于 跳 闸 或 发 出 信 号 的 装 置 ，它的基本要求有可靠性、选择性、速动性和灵敏性，电
在 被 保 护 线 路 任 一 点 发 生 故 障 时 ，保 护安 装 处 的测 量
于输电线路保护的距离保护装置能够对从装配了保护装 置的部位到故障点的距离进行有效保护。
PSCAD是一种目前在国际社会广受好评的电力仿真 软件。 它具有简洁直观的可视化界面，通过可视化的形式 模 拟 任 意 大 小 的 交 直 流 系 统 ，展 示 出 电力 系 统中 复杂 的 部 分 ，同时可应用在实时数字仿真器的前置端。 当电网系统 中 突 然 出 现 断 路 器 操 作 、故 障 及 雷 击 过 电 压 时 ，通 过它 可
图 1 距离保护原理图 0 ;而保护外或反方向短路故障，工作电压大于0。
正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗
力 系 统 继 电 保 护 的 主 要 内 容 是 ：在 电 力系 统 出 现 故障 的 情 况 下 ，快 速 、精 确 且 有 选 择 性 的 切 断 故 障 电 路 ，以避免其波 及 其 它 正 常 运 行 的 线 路 或 元 件 ，保 证 故障点以外的线路和 电 力 元 件 正 常 工 作 ；对 异 常 工 作 状 态 ，基 于 现 场 运行 维护
2 距离保护模型的建立
以进行快速定位，并且可以模拟包含复杂非线性元件的大 ‘|卜3>0—I"" ^ ,
=
=
—s
型电力系统的全三相电力结构。
1 电力系统距离保护原理
距 离 保 护 装 置 ，即 根 据故 障点 到 装有 保 护 装 置的 部 位
之间的距离确定动作时限的继电保护装置。输电线路的长 度 和 阻 抗 基 本 是 正 比 的 关 系 ，在 其 范 围 内 任 何 一 点 故 障 ， 故 障 点 至 线 路 首 端 的 距 离 都 不 一 样 ，也 就 是 阻 抗 不 一 样 ，
3 图 2 系统仿真图
都会小于总阻抗。距离保护的核心元件阻抗继电器。 在 被 保 护 线 路 在 突 然 短 路 的 情 况 下 ，阻抗继电器的测
量阻抗为 Zm，我们用1)„1= 1)„-1 „2 «来表示阻抗继电器的工 作电压。 阻 抗 继电器的整定阻抗 Z„t是指保护安装处至 保护末端的阻抗。
由 上 述 分 析 可 知 ：保 护 区 内 短 路 故 障 ，工 作电压小于
Internal Combustion Engine & Parts
•139 •
基 于 PSCAD线路距离保护的仿真分析
燕 林 滋 ;马 金 燕 ;李 静 ；白少峰
(银川能源学院，银川750105)
摘要：本文主要就电力线路的距离保护做了具体介绍，主要包括距离保护的基本原理、整定计算，阻抗继电器的动作特性、实现 方法。并利用PSCAD软件对单相短路接地，三相短路接地故障进行仿真，并把仿真结果和理论计算进行了比较，因此更容易找到可靠 性高，经济性好，便于实施的距离保护。
选 择 Close相当于输入数字信号“1 ” 故障类型选择：
1 :无故障 2 :A 相短路接地 3 :B - C 相短路 4 :三相短路 5 :B - C 两相接地短路 6 :三相短路接地 3 仿真波形 3.1 A 相短路接地故障分析：B 1= 1，B2=1 参数设置： 断 路 器 B 1:开 路 阻 抗 Z= 1 .0e6n ，闭合阻抗：Z=0 .in 断 路 器 B 2 :开 路 阻 抗 Z= 1 .0e6n ，闭合阻抗:Z=0 .in 波形分析： 图 1 1 ( a )为电压波形图，在 t=0.2 s 时 发 生 A 相短路接 地事故，A 相电压降低。在持续大约0.05s 后电压经过小幅 快速震荡后恢复正常。 图 1 1 (b )为 电 流 波 形 图 ，在 发 生 接 地 故 障 时 ，A 相电
图 2 为双电源网络系统。从该图来看，在两条母线侧 都连接着电压互感器、电流互感器以及断路器B 1、B2。在 线 路 1 与线路2 的连接处对单相短路接地故障和三相短 路故障进行仿真模拟。
系统接线图和工作原理见图3。 第一部分：主要由电压信号采集模块（详 见 图 4)和电 流信号采集模块（详 见 图 5)构成。