输电线路三段式电流保护的MATLAB仿真与分析

孙浩 张志远 徐天启

摘要：在MATLAB的Simulink仿真平台上建立输电线路三段式电流保护模型，设置不同的故障点和故障类型进行仿真和分析，验证了三段式电流保护的行为特性，表明MATLAB软件具有强大的仿真功能，为继电保护的学习和研究提供了有效的方法和平台。

关键词：输电线路；电流保护；MATLAB

中图分类号：TM773.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0098-02

继电保护装置是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全和可靠运行的重要技术措施之一。电力系统中以电力线路规模巨大，电力线路的电流保护是电力系统继电保护中最基本，也是最重要的保护，三段式电流保护简单、经济、可靠，广泛应用于35kV及以下电压等级的电网[1]。电流保护原理虽然比较简单，但却比较抽象，不易理解[2]，因此本文利用MATLAB软件建立三段式电流保护的仿真模型进行仿真与分析，不仅有利于正确理解电流保护的保护范围、动作时间的配合以及保护的动作特性，更便于复杂保护的学习和研究。

1 三段式电流保护仿真建模

1.1 电力系统的仿真模型

以图1所示单电源辐射型输电网络为例进行三段式电流保护的仿真，已知电源电压为35kV，系统最大和最小等值电抗分别为6Ω、4Ω，线路单位电抗为0.4Ω/km，线路AB的最大负荷电流为100A，线路BC的过电流保护动作时限为1s。

电力系统的Simulink仿真模型如图2所示。

为便于设置故障点，将线路AB分成Line1和Line2，用三相电压电流测量模块仿真系统母线，设负荷的功率因数为1，根据系统已知数据设置各模块参数，仿真算法采用Ode23tb。

1.2 电流保护的仿真模型

三段式电流保护的仿真模型如图3所示。

模型中的“增益”k设置为0.707，是将获取的三相电流幅值转换为有效值。电流保护的Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的仿真模型构成基本相同，图4为电流Ⅱ段的仿真模型[3]。通过改变整定电流值和动作时间，该模型同样适用于电流Ⅰ段和Ⅲ段保护。

2 仿真结果及分析

可以通过改变线路的长度来模拟线路不同段故障，在距离A母线10km处设置三相短路故障，发生故障的时刻为t=0.2s，运行仿真，得到流经保护1处的电流及保护的动作情况如图5所示。

从图5中可见，线路在0.2s发生故障，产生一个较大的短路电流流经保护1，其电流仿真值为1.724kA，大于電流Ⅰ段的整定值0.89kA，故障发生在电流Ⅰ段保护范围内，继电器瞬时动作切除故障。

在AB线路末端设置两相短路故障，发生故障的时刻为 t=0.2s，仿真结果如图6所示。

从图6中可见，流经保护1处的电流仿真值为0.698kA，大于电流Ⅱ段的整定值0.51kA，故障发生在电流Ⅱ段保护范围内，继电器经过0.5s延时后动作切除故障。

3 结语

本文在MATLAB软件的Simulink仿真平台搭建三段式电流保护的仿真模型，在不同保护范围内设置故障，得出短路电流和保护动作信号波形并进行分析，通过仿真可直观地感受电流保护的保护范围、动作时间的配合以及保护的动作特性，表明了MATLAB具有强大的仿真功能，是继电保护学习和研究强有力的仿真工具。

参考文献

[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]李秀琴.输电线路电流保护仿真实验软件设计[J].实验室科学，2010，13（05）：65-68.

[3]于群，曹娜.电力系统继电保护原理及仿真[M].北京：机械工业出版社，2015.