基于PSCAD4.2电力系统距离保护的仿真分析

基于PSCAD4.2电力系统距离保护的仿真分析

摘要:简要地介绍了PSCAD4.2软件及其工具箱，分析了输电线路距离保护的基本原理，并利用软件提供的工具箱搭建了距离保护仿真模型，设置了输电线路可能发生的接

地故障和相间故障，最终得出了不同故障类型下输电线路的电压、电流以及其他量

的变化规律的波形，从而实现了三段式距离保护的作用。仿真波形结果表明：利用

该软件建立的模型是能够准确反应距离保护的作用机理，即距离保护装置能够快速

响应故障信号并动作于断路器，实现输电线路的保护。

关键词: PSCAD4.2；距离保护；接地故障；仿真

Analysis of power system distance protection

simulation based on PSCAD4.2

Abstract: Briefly introducing PSCAD4.2 software and its toolbox ,then analyzing the basic principle of the transmission line distance protection , and use the toolbox that

the software provides to build a protection simulation model and set a ground

fault and phase transmission line failures the system may occur, at last obtain the

voltage, current and waveform variation of other different types of transmission

line failures , enabling three- distances protection. Simulation waveform results

showed that: using the model of the software is accurately able to establish the

reaction mechanism of the distance protection , distance protection device can

quickly respond to the circuit breaker failure signal and act on it to achieve

protection of transmission lines .

Key words: PSCAD4.2；Distance Protection；Ground Fault；Simulation

0 引言

电力系统保护中，输电线路的保护主要是距离保护，其不受运行方式的影响，继电保护性能得到提高，因而获得广泛的应用[1]。文献[2]过对继电器模块的搭建来得到对电力系统的继电保护，但如果保护原理发生变化则相应的继电器模块也会发生变化，保护模块的移植性不强。目前，虽然电力系统的保护已经进入微机自动化时[3]，但距离保护体系并不十分完善，

其中接地电阻对距离保护的影响表现突出，文献[4-6] 详述了采用自适应的方法来消除接地电阻对距离保护的影响。

PSCAD4.2是一种电力系统电磁暂态仿真软件，尤其在控制系统、无功补偿系统、高压直流输电以及继电保护系统等领域较为活跃，该软件主要对电力系统时域和频率等变量进行

仿真分析，其结果一般以简单易懂的图形界面输出，使得仿真过程清晰、准确而灵活[7-8]。

1 电力系统距离保护的原理

在电力系统继电保护中，距离保护扮演着重要的角色。它满足电力系统的选择性、灵敏性、可靠性以及能够快速切除故障，从而快速恢复电网的正常稳定运行。距离保护是反应于保护安装地点到故障发生处之间的距离(阻抗)，以此来根据阻抗的大小而整定动作时间的一

种保护装置[9]。为了满足选择性、速动性和灵敏性的要求，现在广泛采用的是三段式距离保护，其网络接线如图1。

s U A

B C

图1 距离保护网络接线图

第1段距离保护理想情况是线路AB 的全长，即Z AB ，但实际是不可能的，如果BC 出口处发生故障，则保护2第1段不应该动作，所以其应该躲过这种情况而整定，于是保护2段的1段整定值为

1set.2rel AB Z K Z = (其中rel K 为继电保护中的可靠系数，一般取为0.80.9)

同理，对保护1的第1段为：1set.1rel BC Z K Z =

第2段距离保护与限时电流速断相似。当保护1的第1段末端发生故障时，对于保护2

的测量阻抗就变为：12set.1+Z Z Z =AB

则保护2的2段动作阻抗为：21set.2rel set.1(+)Z K Z Z =AB

为了增加距离保护的可靠性，应该加设距离3段保护，可以作为距离1段 与2段的后备保护，对距离3段整定值，其启动阻抗要躲开电力系统正常运行时的最小负荷阻抗来确定。

距离保护由于保护装置测量阻抗的计算不同，可以分为接地距离保护和相间距离保护

[10]。接地距离保护通过测量相电压，同时测量电流为带有零序电流补偿的相电流来进行保护的。其可以保护单相、两相以及三相接地故障，测量阻抗为 A 1A 03U Z I K I =+ B 2B 03U Z I K I =+ C 303U Z I K I =+C

上式中 K 为零序补偿系数，一般近似认为其为一个实数。

对于相间保护测量的是相与相之间的电压和电流，它能够反映相间故障，比如两相故障和三相短路等，其测量阻抗为 A B 1A B U U Z I I -=- B C 2B C U U Z I I -=- C A 3C A U U Z I I -=-

由于电力系统存在以上的接地和相间距离保护，所以在仿真模块中应加设这两种保护以保证电力系统距离保护的可靠性可稳定性。

2 距离保护模型的建立

2.1电力系统距离保护的主电路模型的建立

距离保护模型采用的是两级线路的单端电源输电线路系统，即系统发电、变电、输电、配电以及用户用电。如图2所示。距离保护安装在线路1与变压器之间的断路器B1处以此来作为本线路1的主保护同时也作为下一级线路2的后备保护。当线路1与线路2之间发生接地故障或是相间故障时将电压电流所反应出的测量阻抗与控制系统的整定值比较，从而得