输电线过电流保护的仿真分析 .pdfVIP

龙源期刊网

输电线过电流保护的仿真分析

作者：李玉庆陈振华

来源：《硅谷》2013年第24期

摘要随着经济的不断发展，电力系统的稳定、可靠的传输对国民日常生活的影响越来越

大，对电力系统保护的研究显得尤其重要。本文分析了输电线路过电流保护的动作原理，并使

用Simulink电力系统继电保护模块对输电线路过电流保护进行仿真分析。通过对输电线路过电

流保护的仿真分析验证了该保护系统的简单、可靠等特点。

关键词电力系统继电保护；三相故障元件；过电流保护；三相断路器；示波器

中图分类号：TM773文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）24-0051-01

随着工业技术的不断提高，国家经济实力的不断增强。电力行业的地位也随着提高，已经

成为国家经济平稳发展的坚实后盾。电能的生产、输送和消费是同步进行的这也是因电力不能

大量存储的特性产生的。如果电网或发电机发生故障，电力输出就会随之减少，从而会影响部

分用户的正常用电。因此能否保证电力系统的运行安全可靠是电力行业能否快速发展的关键因

素。研究电力系统继电保护自动装置是为了确保电力安全、可靠、稳定的运行。

保障电网安全的第一道防线就是继电保护，其快速、可靠的动作，将有效遏制系统状态恶

化，起到保障电网安全可靠运行的作用；然而，若继电保护不能快速、可靠的动作，也可能会

加速系统崩溃过程，从而导致长时间、大面积的停电。北美电力可靠性委员会（NERC）对17

年的事故数据进行统计研究，发现63%的电力系统事故和继电保护不正确动作有关。输电线路

过电流保护仿真分析的研究是输电线路继电保护可靠性研究分析的前提，对电网安全可靠运行

有着重要的意义。

过电流保护的原理1

输电线路发生相间短路故障时，线路中的电流突然增大，母线电压突然下降。利用电流突

然增大这一特点，当电流超过整定值而引起电流继电器动作的保护，称为线路的电流保护。

为保证保护元件通过最大负荷电流时，避免过电流保护误动作，并且在外部故障切除后能

可靠返回。过电流保护的动作电流必须满足下面两个条件：

）过电流保护的动作电流1必须大于流过被保护线路在正常运行时的可能最大负荷电流，

即。

）过电流保护的2返回电流必须大于外部短路故障切除后流过被保护线路的自启动电流，

即。

龙源期刊网

式中为电动机自启动系数，有网络具体接线和负荷性质确定，一般取1.5～3。

输电线路过电流保护仿真模型2

输电线路故障分析仿真的资料很多，但对于输电线路过电流保护仿真的资料并不是很多。

本文根据电流保护的基本原理建仿真模型，如图1所示。模型介绍如下：电压源采用110kV

电压源；示波器scope用来测量电压源输出的电压和电流；三相断路器breaker采用外部信号

控制，这里的外部信号是指由故障电流和step信号通过逻辑比较器比较输出的结果即：0或者

1；对于断路器breaker当外部信号为1时breaker闭合，当外部信号为0时breaker断开，三相

故障元件可以设置不同的故障类型。

图1过电流保护模型

Fig.1Over-currentprotectionmodel

仿真结果分析3

在电源分析中可知，在1.78s之前电源无电流流出，根据仿真模型断路器的连接位置，断

流器在1.78s之前没有电流流过，电压与电源电压相同。

通过仿真模块的三相故障元件测量的故障电流可知，故障期间故障电流大于1500A，如

图2所示。因此，在1.80s～1.90s即故障期间step信号值小于故障电流，逻辑比较模块输出

0，断路器断开。当断路器断开后即故障电路切除，故障电流变为0，step值又大于故障电流，

逻辑比较模块又输出1，断路器闭合。

图2A相短路故障电流波形图

Fig.2currentwaveformsofaphaseshortcircuitfault

由于在模型中没有加入保持器，从仿真的波形图中可以看出在1.80s～1.90s有一个反复

开断的过程与理论分析是一致的。在继电保护的电流保护中一般是不允许这样反复的开断（特

殊设备除外如：自动重合闸装