输电线路距离保护研究

引言

距离保护装置满足了现代电力系统发展及硬件技术改良换代的要求。距离保护装置的研制最早源自20世纪20年代初,随着技术发展,保护装置的发展也越来越成熟。最初晶体管式的老旧产品逐渐被新式的集成式或微机式保护装置替代,成为了现代主流产品,被广泛应用于高压或特高压电势等级的电力系统中。根据目前距离保护装置的发展趋势不难发现,先进的微机式距离保护装置在未来将会占据主导地位。

1电力系统距离保护原理

当线路长度一定,则其线路的阻抗一定。根据故障点至保护安装处的距离不同,测得阻抗不同,但是测量阻抗一定小于整定阻抗。距离保护基本工作原理如图1所示。

在线路M侧安装阻抗继电器,母线测量电压值为Um,其经由母线流向被保护线路的输入测量电流值为Im。如果系统内设计的电压互感器、电流互感器变比为l,那么还需要在系统内加入继电器电压、电流,即Um、Im。

当被保护的供电线路发生短路故障后,此时系统内的阻抗继电器测量的系统阻抗有效值为Zm:

当|Zm|>|Zset|时,即短路点处于系统距离保护的范围外,距离保护继电器不发生动作:当|Zm|<|Zset|时,即短路点位于保护范围内,距离保护继电器发生动作。

2双电源网络系统结构设计

本次设计的模型是双电源供电系统,本输电线路配备的主保护是距离保护,双侧电源均采用R二L二C中性点接地的230kV、50Hz电源,其内部电阻为9.1860,电感为138mH。线路故障用三相故障数字控制器控制,不同的数字对应不同的故障,1表示A相接地故障,2表示AB两相相间短路故障。对应的数字转换开关对应一个故障状态数字。

双侧电源网络系统如图2所示。系统左侧为线路1,装有断路器B1和电压电流互感器。系统右侧为线路2,装有断路器B2和电压电流互感器。在线路中间装有模拟发生故障装置。

3仿真过程及结构分析

3.1区内故障

当设定1=0.2s时发生A相接地短路故障,故障持续时间0.05s对应的模拟仿真结果如图3所示。

图3从上到下依次为电压波形图、电流波形图、断电器动作图和继电器波形图。

电压波形图,在1=0.2s时发生A相短路接地事故,A相电势降低:在持续0.02s后电势恢复正常:

电流波形图,在发生接地故障时,A相电流急剧增大,0.02s后恢复:

断路器动作图,在1=0.2s时故障发生,在0.05s故障结束后,断路器闭合:

继电器波形图,在故障发生后大约0.02s检测到故障,发出动作信号。

A相短路接地阻抗轨迹如图4所示。

图4A相短路接地阻抗轨迹示意图

从图4可以看出,阻抗轨迹在圈内,即短路点位于保护范围内,所以距离保护发生动作。

3.2区外故障

当改变阻抗整定值,使得保护范围发生变化时,再用同样的方法模拟A相接地短路区外故障,对应距离保护不动作,得到区外故障阻抗轨迹如图5所示。

图5区外阻抗轨迹示意图

从图5可以看出,阻抗轨迹在圈外,即短路点位于保护范围外,所以距离保护不动作。

图6为保护动作信号图,可以看出断电器没有接收到跳闸信号,因而距离保护在区外不动作。

图6保护动作信号图

4结语

本文主要对电力线路内距离保护的基本原理进行了具体介绍,并对系统相关参数进行了整定计算及对实验参数进行了验算。利用PSCAD仿真平台,对单相短路接地故障进行了仿真分析,为选择可靠性高、经济性好、便于实施的距离保护装置提供了参考。