距離保護(hù)在110kV輸電線路中的應(yīng)用仿真研究

周桂珍+++曹菊英

摘 要 距離保護(hù)受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)變化的影響較小，保護(hù)范圍相對(duì)較長(zhǎng)并且穩(wěn)定，具備一定的受過(guò)渡電阻影響的能力等優(yōu)點(diǎn)適用于遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷的高壓線路。作為電力系統(tǒng)重要組成部分的110kV輸電線路的繼電保護(hù)方法中應(yīng)用最廣泛的也是距離保護(hù)。本文分析了輸電線路距離保護(hù)的基本原理，利用MATLAB/SIMULINK對(duì)110kV輸電線路的距離保護(hù)建立仿真模型。仿真結(jié)果表明：距離保護(hù)能準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)短路故障并發(fā)出信號(hào)讓斷路器跳閘來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】距離保護(hù) 110kV輸電線路 繼電保護(hù) 跳閘

1 引言

110kV輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行和電能質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。因此對(duì)110kV輸電線路進(jìn)行保護(hù)就顯得十分必要。

在高壓輸電線路繼電保護(hù)中，距離保護(hù)無(wú)疑占有非常重要的地位。它的優(yōu)點(diǎn)是：受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)變化的影響較小，保護(hù)范圍相對(duì)較長(zhǎng)并且穩(wěn)定，具備受過(guò)渡電阻影響的能力等適用于遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷的高壓線路。距離保護(hù)一直是在復(fù)雜電網(wǎng)中的高壓輸電線路非常重要、非常廣泛的保護(hù)方法之一。本文采用距離保護(hù)作為110kV輸電線路的主要保護(hù)方法。

2 距離保護(hù)的工作原理

距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離（阻抗），并依靠距離遠(yuǎn)近來(lái)選定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)。其核心元件是阻抗繼電器，通過(guò)測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，并與整定值進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。圖1分析三段式距離保護(hù)的整定計(jì)算。

2.1 距離保護(hù)第I段整定

對(duì)保護(hù)2而言，其I段保護(hù)阻抗整定值按躲開(kāi)下一條線路出口處短路時(shí)所測(cè)量的阻抗ZAB，即

（1）

同理，保護(hù)1第I段阻抗整定值應(yīng)為

（2）

Krel：I段可靠系數(shù)，取0.8～0.9；Z：線路單位長(zhǎng)度阻抗；LAB：LBC線路AB、BC的長(zhǎng)度。由（1）、（2）可知，距離I段保護(hù)范圍是本線路總長(zhǎng)的80%～90%，并不能保護(hù)總長(zhǎng)，是瞬時(shí)動(dòng)作的，tI=0。

2.2 距離保護(hù)第II段整定

距離II段的阻抗整定值的整定原則是使它不超過(guò)下一條線路距離I段的保護(hù)范圍，同時(shí)多出一個(gè)時(shí)限△t，以保證其選擇性。如圖1，當(dāng)BC末端短路時(shí)，保護(hù)2的整定阻抗為

（3）

（4）

△t取0.5～0.7s。

2.3 距離保護(hù)第III段整定

保護(hù)2的III段距離保護(hù)的動(dòng)作阻抗的計(jì)算原則是根據(jù)躲開(kāi)被保護(hù)線路在正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗來(lái)整定計(jì)算，即

（5）

（6）

△t取0.5～0.7s

式中，—輸電線路AB的最小負(fù)荷阻抗，

；Kms—電機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)；Kre—阻抗元件返回系數(shù)，一般取1.2。

3 距離保護(hù)的接線方式

阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心元件，它是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處距離。本文采用的是單相補(bǔ)償式距離繼電器，繼電器的接線方式采用的是 接線方式，具體表示如表1所示。

4 110K輸電線路距離保護(hù)的仿真

本文的仿真對(duì)象是110kV的單端電源的單一回線，如圖2所示。

電源電壓為10.5KV，經(jīng)過(guò)變壓器升壓到110kV，通過(guò)變壓器降壓為10.5V，電力系統(tǒng)的負(fù)荷電壓為10KV.各個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)是：電壓源的線電壓10.5KV，內(nèi)阻是Zg=0.001+j0.007Ω；變壓器容量是31.5MVA，線路AB、BC各100KM，線路正序阻抗為/km；零序阻抗是；負(fù)荷容量為S=1.2+j0.9M，線路的最大負(fù)荷電流是200A，母線A的最低工作電壓100KV。

4.1 阻抗整定值的計(jì)算

=7.4+j44.4Ω

最小負(fù)荷阻抗為：

4.2 仿真模型

本文采用的繼電器為全阻抗繼電器，其動(dòng)作方程是。Zset的選取為上述計(jì)算出來(lái)的整定值，將三個(gè)不同整定值的距離保護(hù)加上延時(shí)保護(hù)模塊組成三段式距離保護(hù)模塊。仿真過(guò)程中距離Ⅰ段保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，保護(hù)Ⅱ段和距離保護(hù)Ⅲ段分別延時(shí)0.05秒和0.07秒。相間短路K1繼電器接線模塊，K2，K3繼電器按表1接線，三者通過(guò)或門、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等送給系統(tǒng)出口模塊。

4.3 仿真結(jié)果

仿真時(shí)間設(shè)置為0.2s， 算法為ode23t。由于保護(hù)Ⅰ段能保護(hù)85%之內(nèi)的各種故障，Ⅱ段范圍延伸到下一級(jí)線路中，保護(hù)Ⅲ段是該線路及以下線路的后備保護(hù)。為了體現(xiàn)故障發(fā)生在線路不同位置時(shí)，3段保護(hù)的動(dòng)作情況，本文將故障點(diǎn)分別設(shè)置在線路的60KM處和90KM處。

4.3.1 三相短路時(shí)仿真波形

當(dāng)故障點(diǎn)在60KM處發(fā)生三相短路時(shí)電壓電流波形如圖3、4所示。 0～0.05S之間系統(tǒng)是正常運(yùn)行的，保護(hù)安裝處的電壓平穩(wěn)運(yùn)行，為標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波，0.05S之后引入故障，到 0.07S故障切除，電壓恢復(fù)正常運(yùn)行，電流趨于0。三段式動(dòng)作保護(hù)如圖5所示。

保護(hù)故障點(diǎn)在60KM處，1-3段全部動(dòng)作，Ⅰ段最先啟動(dòng)，2 3延時(shí)啟動(dòng)，Ⅰ段保護(hù)切除故障后，由于動(dòng)作保持不再重合閘，因此故障消除，故障信息不再出現(xiàn)，3段均回到1的狀態(tài)。

當(dāng)故障點(diǎn)在90KM處，，仿真如圖6、7。0～0.05S之間系統(tǒng)是正常運(yùn)行的，保護(hù)安裝處的電壓是平穩(wěn)運(yùn)行的，為標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波。0.05S之后引入故障，故障不在1段保護(hù)范圍內(nèi)，1段不啟動(dòng)，Ⅱ段啟動(dòng)，0.11S時(shí)故障切除，電壓恢復(fù)正常運(yùn)行，短路電流增大，0.11秒時(shí)故障線路切斷無(wú)電流通過(guò)，電流趨0。三段式動(dòng)作保護(hù)如圖8所示。

由于保護(hù)故障點(diǎn)在90KM處，2-3段動(dòng)作，不在1段保護(hù)范圍內(nèi)，Ⅲ段較Ⅱ段延時(shí)啟動(dòng)，Ⅱ段保護(hù)切除故障后，由于動(dòng)作保持不再重合閘，因此故障消除，故障信息不再出現(xiàn)，Ⅱ、Ⅲ段均回到1的狀態(tài)。

通過(guò)仿真得知系統(tǒng)兩相短路時(shí)3段保護(hù)也能正確動(dòng)作。

5 結(jié)論

本文對(duì)三段式距離保護(hù)的工作原理進(jìn)行了分析，并對(duì)110kV輸電線路發(fā)生故障采用三段距離保護(hù)進(jìn)行建模仿真，仿真結(jié)果表明，采用三段式距離保護(hù)相結(jié)合對(duì)100%線路上發(fā)生的故障能有選擇性的快速切除，仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

[1]張巧鳳.對(duì)110kV線路距離保護(hù)的探討[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2010（03）.

[2]馮小玲，郭裊，譚建成.繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J].廣西電力，2014（06）.

[3]賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].中國(guó)電力出版社，2011.

[4]曹雪蘭，王二軍.一起35kV線路距離保護(hù)動(dòng)作分析[J].河南科技，2014（10）.

[5]賈麗麗，于洪海，朱濤.繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的研究[J].黑龍江電力，2011（06）.

[6]楊蘭，楊廷芳，陳眾，蔡立紅.MATLAB/SIMULINK在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2006（01）.

作者簡(jiǎn)介

周桂珍（1983-），女，湖南省岳陽(yáng)市人。碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為湘南學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院助教。從事基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷研究。

通訊作者簡(jiǎn)介

曹菊英（1975-），女，湖南省郴州市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為湘南學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院副教授。從事計(jì)算機(jī)方向研究。

作者單位

湘南學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 湖南省郴州市 423000