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基于MATLAB的电流保护仿真

1.保护模型的建立

保护所需要的电气量来自电压电流测量

元件，安装在断路器旁边，即断路器处为保

护安装处。将测量元件的输出送至示波器，

可以方便观察保护安装处电气量的变化，同

时将测量的电气量送至保护模块，并用保护

模块的输出控制断路器的动作。将断路器设

置为由外部控制通断的模式：初始状态为闭

合，当外部输入0时，三相同时跳闸。测量

元件、保护模块以及断路器的连接如图

其中保护模块为子系统封装后的模块，其内

部还有子系统电路图，测量元件得到的电流

和电压值送到保护模块的输入端In1，断路

器动作的控制端com由保护模块的输出端

控制。

3三段式电流保护

3.1电流保护原理及整定

三段式电流保护由电流速断、限时速断、

过流保护组成。

因为三段式电流保护的整定要与下段线

路配合，所以仿真时设置两段长度均为

100km的线路如图，该保护为AB段的主保

护，也为BC段的后备保护。

(1)电流速断

电流速断能瞬时切除保护范围内的所有

故障，但保护范围通常只有本线路AB的

15%~20%。

按躲过线路末端B点的最大短路电流整定，

B点发生三相短路故障时的短路电流时的等

效电路如图：

将所有参数均折算到输电线路侧，电源内阻

折算到线路侧后的阻抗为：

三相短路电流

则电流速断整定值为：

(2)限时速断

限时速断与下级线路的电路速断配合，能

够保护本线路AB全长，动作时间为，

通常取，但本仿真电路中为了提高仿真

效率，设置总的仿真时间为0.2s，故障开始

时间为0.03s，所以在仿真中取。

下级线路末端C点三相短路电流：

则限时速断电流整定

值为：，取

(3)过流保护

既能保护本线路AB全长，又能作为下级

线路BC的后备保护，能保护下级线路的全

长。动作时间与下级线路的Ⅱ段配合，由于

仿真时，线路BC段没有安装保护，所以动

作延时就取。

按躲过最大负荷电流整定，应为负荷电流

为9.9A，

则,取

3.2电流保护模块的建立

电流保护子系统如图

因为故障时的短路电流的谐波分量很大，

如果直接当成工频处理会使保护误动，所以

要将测量元件的三相电流从输入端经过傅

里叶变换得到电流的基波分量，由于傅里叶

变换模块只能单个向量的处理，所以要用三

个傅里叶变换模块分别处理ABC三相电流，

得到的各相电流基波分量输入到保护模块

里，保护模块中用程序对测量电流处理判断，

如果达到保护动作条件时就输出控制信号

让断路器动作。对于保护模块的选取本仿真

系统采用S-Function模块，将保护算法用S

函数编程来实现。

保护子系统电路如图

将输入的ABC三相电流经过总线分离后

分别输入到傅里叶变换模块中得到各相电

流的基波幅值和相角，再经过总线合成一路

6维向量，再输入到电流保护S函数模块中，

Ⅲ段式电流保护就采用了三个S函数模块，

分别作为电流速断、限时速断和过流保护，

其保护输出要经过一个躲开暂态时间的模

块，该模块是用来让保护在故障发生后延时

0.03s不工作的模块，因为刚开始发生故障

时短路电流中的暂态分量很大，使得短路电

流值很大，容易使得保护误动，即使是故障

发生在保护区外，也因为暂态电流很大的缘

故使得保护误动作，所以设置一个模块使得

保护在故障发生后的0.03s内不动作，当

0.03s后再开放保护，即躲过了暂态时间。

躲开暂态时间模块的内部结构如图：

其原理是将动作信号延时0.03s后与原信

号相加，