微機繼電保護課程報告

1、微機繼電保護課程報告基于暫態(tài)能量法原理選線的諧振接地保護0 引言經消弧線圈接地的電網又稱為補償電網。補償電網中單相接地故障率比較高，由于其不影響負荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘。但單相接地后非故障相電壓會升高，長時帶故障運行將影響系統(tǒng)的安全。因此，需要在接地故障后迅速準確地選出故障線路。為了研究諧振接地系統(tǒng)上述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)特性，現用MATLAB/simulink軟件搭建一個38.5/10的諧振接地配網系統(tǒng)。結合仿真波形對故障時零序電流、零序電壓的特性進行了認識，仿真驗證了文獻1提出的采用暫態(tài)能量法原理的正確性。1暫態(tài)能量法選線原理在諧振接地電網中，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，接地點的電容電流得到消弧線圈

2、感性電流的補償，使得故障點殘余電流很小，有利于接地電弧熄滅。同時，因消弧線圈的補償作用，故障線路的零序電流方向和非故障線路的方向相同，不易選線。但此時零序電流中的阻性分量與補償無關，即故障線路的零序電流的阻性分量與非故障線路的零序電流的阻性分量方向相反，且故障線路零序電流阻性分量的絕對值最大。如果能夠從線路零序電流中分解出阻性電流分量，則就可利用此值進行選線。但從零序電流中分解阻性分量勢必涉及功率定義和電流分解問題?？紤]到電網中電容和電感只存儲能量而不消耗能量，則零序電流與電壓乘積在一定時間內的積分值就是零序電流中阻性分量所消耗的能量。此能量同樣具有零序阻性電流的特點，可以作為選線的判據。為了

3、使選線判據在間歇性電弧接地和瞬間接地時同樣有效，以暫態(tài)量作為研究對象，所以此時定義的零序電流不再是傳統(tǒng)意義上的三序電流中的零序分量，而是零序電流的暫態(tài)量，同樣，零序電壓也為零序電壓的暫態(tài)量。考慮到實際工程中出線電流互感器相互特征不對稱的影響，工頻量與負荷關系很大，實際系統(tǒng)是不對稱的，該暫態(tài)量獲取方法為：用數字陷波器去掉故障后暫態(tài)總響應中的50Hz工頻分量，剩下衰減分量和各次諧波，本文稱之為故障后的暫態(tài)分量，并由此構造暫態(tài)能量。該數字陷波器實現方法為:啟動元件啟動后記錄下故障后5個周期的各出線零序電流和母線零序電壓，用故障發(fā)生后第1個周期數據對應減去故障發(fā)生后第5個周期數據。研究和仿真表明，對應

4、實際諧振接地系統(tǒng)，一般在故障發(fā)生后的3個4個周期其暫態(tài)分量已很小，可認為電磁動態(tài)過程幾乎結束。定義線路i的零序暫態(tài)能量為：（1）式中：為出線始端的零序電壓暫態(tài)量；為第j調出線的零序電流暫態(tài)量；T為電網工頻周期。電網發(fā)生單相接地故障后，根據疊加原理，可以假定系統(tǒng)由2個子系統(tǒng)疊加構成:一個由三相電壓和傳輸網絡及負載組成的正常運行系統(tǒng)；另一個由發(fā)生故障后故障點假定電壓源和傳輸網絡組成的故障系統(tǒng)，此時式（1）定義的能量即為故障系統(tǒng)中線路在一個工頻周期內的暫態(tài)能量。電感和電容只是儲能元件，在整數倍工頻周期內能量積分為0，只有線路的電阻和對地導納上才消耗能量，所以是第條線路上的零序能量。根據零序電流的參考

5、方向和零序阻性電流的特點，則可得故障線路的能量為負，非故障線路的能量為正，且故障線路的能量絕對值最大。從物理意義上講，就是在故障系統(tǒng)中故障線路提供了零序能量，而非故障線路(包括母線和消弧線圈)消耗了零序能量，所以故障線路的能量為負值，且絕對值等于所有非故障線路能量絕對值之和。因此，所有健全線路暫態(tài)能量與故障線路暫態(tài)能量之差，則是最小值。2故障選線方法如上文所述，諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障線路的暫態(tài)能量最大。其選線步驟如下：1)當母線電壓瞬時值大于一定裕度值時，故障選線裝置立即啟動，記錄下故障前兩個周期和故障后5個周期的各出線零序電壓和零序電流。2)以一個周期的零序電壓為一組，對相鄰數

6、據點做差，找出故障前相鄰數據間最大的差值Ux，循環(huán)做差，直到差值Up>Kux（K根據實際情況選擇），即認為此時刻發(fā)生故障，記錄此時刻為tf。（實際電力系統(tǒng)由于線路換位不完全，造成線路參數不對稱，接地點有一定的點位偏移，仿真時，沒有設定此電壓偏移，所以在檢測tf時，統(tǒng)一將Kux設定為一個值） 3）從tf開始取用故障后所有零序電流、零序電壓5個周期的采樣值，并用故障后零序電流、零序電壓第1個周期的采樣值對應減去故障后第5個周期的采樣值，形成故障電流、電壓暫態(tài)分量，然后使用式(3)計算各線路暫態(tài)能量的大??；4）選出這些暫態(tài)能量中的前3個最大值，并按大小順序排列為，根據進行故障判別，如果不滿足，

7、則說明線路、的暫態(tài)能量相差不大，則為母線故障；如果滿足，則轉為對故障出線的判別，利用式計算各線路的，選出上述暫態(tài)能量之差最小值所對應的線路即為故障線路。3諧振接地系統(tǒng)仿真為了研究諧振接地系統(tǒng)上述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)特性，現用MATLAB/simulink軟件搭建一個38.5/10的諧振接地配網系統(tǒng)。如圖1所示圖1 simulink仿真圖圖2 故障線路零序電流圖3非故障線路零序電流圖4零序電壓圖5 測得故障時接地電感電流4 仿真驗證結果在線路L2不同故障位置、不同過渡電阻、不同故障合閘角的情況下，故障的選線結果如表故障位置Km接地電阻合閘角/選線結果L1L2L3L4L1L2L3L41200154.8481

8、.1109.1148.0584.069.7675.6597.6正確30116.0379.581.7111.045670.3524.8466.2正確6038.6191.127.733.6213.291.7236.3223.2正確900.2104.70.050.24104.8104.2105.0104.7正確65000131.4382.992.3107.8451.751.3529.8498.8正確3082.9440.658.251.9467.9247.4517.2529.9正確6017.9516.112.512.6523.3473.1533.9533.9正確901.96.91.26.512.92.

9、814.13.4正確母線故障時，接地電阻和故障合閘角的不影響選線結果一下僅列出Rf/J選線結果LiLjLk200154.8109.1148.0正確30116.081.7111.0正確6038.627.133.6正確9010.312.718.6正確5000132.993.4110.5正確3084.856.859.6正確6019.513.013.7正確907.95.311.5正確分析上述驗證結果，文章提出的暫態(tài)能量選線法能夠正確判斷故障發(fā)生在母線還是在饋線出，故障發(fā)生在饋線時能正確判斷出那條線路故障。但是通過表中數據可以看出，當在相電壓較小時發(fā)生故障且接地電阻大時，所計算的暫態(tài)能量值較小，選線準確

10、性將接受極大的挑戰(zhàn)。5總結對于諧振接地電網，故障線路與健全線路的暫態(tài)能量之差為最小值。本課程論文仿真驗證了文章1提出的暫態(tài)能量自適應選線新方法。此方法利用健全線路暫態(tài)能量與故障線路暫態(tài)能量之差獲得最小值的原理構造故障選線的自適應方法。該方法能克服負荷、系統(tǒng)不平衡電流、電弧、噪聲干擾的影響，而且在短線故障時，該方法可以克服健全長線電容電流的影響，無需整定也不涉及極性和方向的判斷，而且不需要傳統(tǒng)保護的整定值，具有自適應性，能進一步改善保護的性能。但是該方法在判斷相電壓過零點時發(fā)生故障且接地電阻大時選線靈敏度不足，需要改進。參考文獻1束洪春，劉娟，土超，等.諧振接地電網故障暫態(tài)能量自適應選線新方法J

11、.電力系統(tǒng)自動化，2006, 30(11):72-76.附錄選線程序（1）仿真是過程中實現了采樣，采樣數據中可能會引入各種噪聲，所以需要濾波，matlab FDA工具箱可以用來設計濾波器，獲取濾波器的權系數，并保存到workspace，且matlab提供了filter函數可以用以filter（filtercoef，1，x）；其中x為輸入信號，filter為濾波器權系數。經過濾波處理的數據可以直接應用暫態(tài)能量法進行數據處理選線。（2）選線程序N=1024; U=U0(:,2);Ux=U'M=length(Ux);%實際仿真結果保存的數據量。%補零a=mod(M,N);b=N*(M-a)/

12、N+1)-M;%需要補零的點數Ux(M+1:N*(M-a)/N+1)=zeros(1,N*(M-a)/N+1)-M);%對采樣數據補零，得到的Ux的點數是N的整數倍。%2、循環(huán)判斷短路點x=zeros(1,N);%初始化p=10;%實際線路由于換位不完全中性點會有一個偏移電壓，根據偏移電壓在此處設置一個裕度值。此處暫設為10for n=1:1024:N*(M-a)/N+1) x=Ux(n:(n+1024-1); d=diff(x); P1=max(abs(d);%如果這一組數據中相鄰元素的差大于一定的裕度，確定故障點在這一數據對應的時間點tf if P1>=p x0=find(d>

13、p|d<-p);%所有絕對值大于p的下標放在x0中，x0第一個坐標對應的時間點即可認為是故障點 %找出故障點，以此為起點選兩個周期的波形，第一周期的波形和第5周期的波形，已知采樣率即每個周波的采樣點數 tf=U0(n+x0(1);%得到故障的時間點(已驗證，可以很好的判斷出故障時間） break; else continue; endendt1=find(U0(:,1)>=tf&U0(:,1)<=tf+0.02);%第一個周波對應的下標t=U0(t1,1);%與下標對應的時間點，留作積分用m=length(t1);%一個周波的點數m1=t1(1)+m*4;%t6=U0(M-m+1:M,);%確定下標%求各個暫態(tài)量Is1=I1(t1,2)-I1(m1:m1+m-1),2);Is2=I2(t1,2)-I2(m1:m1+m-1),2);Is3=I3(t1,2)-I3(m1:m1+m-1),2);Is4=I1(t1,2)-I4(m1:m1+m-1),2);Us0=U0(t1,2)-U0(m1:m1+m-1),2);%計算能量w1=trapz(t,Us0.*Is1);w2=trapz(t,Us0.*Is2);w3=trapz(t,Us0.*Is3);w4=trapz(t,Us0.*Is4)