基于PSCAD/EMTDC的距离保护仿真分析

■王 荣，高 健，喻亮亮，王 云 ■南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211100

继电保护的作用是在电力系统中电气元件发生故障时将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭受更大的破坏，并保证电力系统尽快恢复正常运行［1］。在输电线路保护中通常配有距离保护，距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，通过测量电压与电流的比值来反映故障点到保护安装处的距离而工作的保护;具有定值选择、保护范围以及灵敏度等受系统运行方式变化影响较小的优点。基于距离保护原理构成的保护装置能否做到可靠动作，对电力系统的安全稳定运行具有重要的影响。本文就通过PSCAD/EMTDC对基于距离保护原理的保护在不同故障下的动作情况进行仿真，得出距离保护的一些特点。

1 距离保护的原理

在距离保护中，测量阻抗Zm定义为保护安装处测量点电压与测量电流之比，在电系统正常运行时近似为额定电压为负荷电流，Zm为负荷阻抗，负荷阻抗的量值比较大而其阻抗角为数值较小的功率因素角;电力系统发生金属性短路时，Zm变为短路点与保护安装处之间的线路阻抗Zk，线路阻抗的阻抗角等于输电线路得阻抗角，数值较大且阻抗性质以电感性为主。根据测量阻抗Zm在上述不同情况下的差异就可以区分系统是否出现故障，故障发生在区内还是区外［2］。

2 仿真分析

在PSCAD/EMTDC环境下建立一个230 kV双电源双回线路的电力系统模型，如图1所示，主要有电源、输电线路、断路器和故障点模块。在保护装置B1处提取ABC相正序电压和正序电流，同时还提取零序电流，把他们作为如图2所示的距离保护原理图的输入。在仿真过程中，以线路保护区域A相发生接地故障为例(其它类型的故障本模型也可以进行仿真)，来仿真断路器B1的动作情况。

图1 仿真模型

图2 距离保护原理图

保护区域F1处发生A相接地故障时，保护安装处断路器B1的A相电压和A相电流波形如图3和图4所示，从图3和图4中可知，当A相发生接地故障时，A相电压降低直至故障切除时恢复正常的值，而故障发生时A相电流突然增大，直至故障切除时变为0。表示故障开始时间和故障持续时间的fft波形如图5所示，断路器B1的动作情况如图6所示，从图6中可以看出基于距离保护原理的断路器B1能够可靠动作。同时从图6中也可以看到，在t=0．2s时线路发生故障，t=0．22s时断路器B1才跳开，动作带一定的延时，对于速动性要求特别高的保护可能不太适应。在110kV电网中距离保护可以作为主保护，但在220kV及以上电压等级电网中，距离保护不能作为主保护，只能做后备保护［3］。

图3 保护安装处A相电流波形

图4 保护安装处A相电压波形

图5 fft波形

图6 断路器动作波形

3 结论

本文借助PSCAD/EMTDC软件对距离保护在双电源模型中进行了仿真，通过在模型中分别设置三处故障来仿真断路器B1的动作情况，获得了仿真波形，经过分析可得出结论:

(1)基于距离保护原理的断路器在所保护区域内发生故障时，能够可靠动作;同时由于距离保护的定值选择、保护范围以及灵敏度等受系统运行方式变化的影响很小，因此在地区电网中获得了广泛的应用。

(2)采用距离保护的继电器，在 t=0．2 s时发生故障，0．02 s后继电器才动作，故障切除具有一定的延时，在对发生故障时需要瞬时切除故障的场合，距离保护因为不能满足速动性要求只能作为后备保护使用，而不能作为主保护使用。

［1］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理［M］．增订版．北京:中国电力出版社，2004．1-3．

［2］张保会，尹项根．电力系统继电保护［M］．北京:中国电力出版社，2005．69．

［3］王慧芳．电网继电保护整定技术及基于多agent的保护新方法研究［D］．浙江杭州:浙江大学，2006．11．