武汉大学继电保护仿真报告2

继电保护数字仿真实验

一．线路距离保护数字仿真实验

1. 实验预习

电力系统线路距离保护的工作原理，接地距离保护与相间距离保护的区别，距离保护的整定。 2. 实验目的

仿真电力系统线路故障和距离保护动作。 3. 实验步骤

（1） 将dist_protection拷到电脑，进入PSCAD界面; （2） 打开dist_protection;

（3） 认识各个模块作用，找到接地距离保护和相间距离保护部分； （4） 运行。 4. 实验记录

（1） 的包括故障瞬间及断路器断开瞬间的三相测量电压、电流；

1 A-G（单相接地故障）电压、电流变化情况

2 BCG（两相短路接地故障）电压、电流变化情况

3 BC（两相短路故障）电压、电流变化情况

4 ABC（三相短路）电压、电流变化情况

（2） 各个接地距离、相间距离保护测量阻抗的变化。

在dist_relay模块中找到显示接地距离、相间距离保护测量阻抗和整定阻抗的两个XY_Plot，利用Plot右侧的滑竿可以清楚看到测量阻抗与整定阻抗的关系。注意记录的Plot要显示整个运行期间测量阻抗与整定阻抗的关系。 1 AG（A相接地故障）

下图为测量阻抗与整定值之间的关系。从图中可以看到，只有A相的接地距离保护测量阻抗会落入动作圆范围，保护动作。

（接地距离保护）

（相间距离保护）

2 BCG（BC两相接地短路故障） 从图中可以看出，接地距离保护和相间距离保护的测量阻抗均能落入动作区域，即它们都能正确反应故障点的距离，使保护动作。由于相间距离保护接线方式受过渡电阻影响较小，一般相间距离保护先跳闸。

（接地距离保护）

（相间距离保护）

3 BC（BC两相短路）

从图中可得，接地距离保护的测量阻抗不会落入动作区域，而相间距离保护能正确反应故障点距离，其测量阻抗落入动作区域，使保护动作。

（接地距离保护）

（相间距离保护）

4 ABC（三相短路故障）

由图可得，三相短路时，接地距离保护和相间距离保护均能正确反应故障点距离，其测量阻抗都落入动作区域之内，使保护动作。

5. 实验分析

（1） dist_protection所设是何故障，由何种距离保护动作；

答：示例中设定了单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路4种故障。

根据仿真实验结果图所示其中，单相接地、两相短路接地和三相短路可以由接地距离保护动作，两相短路和三相短路可以由相间距离保护动作。对于两相短路接地和三相短路，两种保护都能正确反应并动作。这一结果应证了教材中对于故障环路这一概念的介绍：在接地短路的情况下，存在的是故障相与大地之间的相-地故障环路；在相间短路，存在的是故障相与故障相之间的相-相故障环路。 同时，还可以通过电压的曲线看到故障发生的时刻为0.2s，持续时间为0.05s。

（2） 示例中整定阻抗是否与教材所授一致，整定阻抗的阻抗角是否为线路阻抗

角;

答：查看阻抗圆的参数，

整定阻抗的半径：r=32，阻抗圆的圆心坐标为(5.5,31.5)。可以计算得到整定阻抗的值为：

Zset?11?j63??63.953?80.1?

下图是此次仿真实验所使用的两段线路的参数数据：

通过计算有：

R0?0.0357448?km

X0?0.5077627?km

进一步得到：

Z?3.57?j50.78??50.9?85.9785?

所以，初始设置的整定阻抗与线路阻抗有一定的差异。并且整定阻抗的阻

抗角（80.1度）不是线路阻抗角（85.9785度）。

6. （1）按教材所授重新设置I段整定阻抗，要求整定阻抗的阻抗角为线路阻抗角；

首先计算圆心坐标：

（3.57,50.78）?2?0.85?(1.52,21.582)

偏移圆的半径为：r?21.63

?线路阻抗角为：??85.98

（2）改变线路故障位置，使B1断开。 当故障在保护范围内时，B1动作于跳闸。

将两段线路的设定如下：左侧的线路全长为60km；右侧的线路全长40km。

短路故障设为A相接地短路，运行程序，三相电流的结果如下所示

2.00 1.50 1.00 Isy (kA)0.50 0.00 -0.50 单相接地故障在I段保护的保护范围之内，故 I段保护动作。下图表现了测量阻抗与方-1.00 向圆的关系：

X CoordinateY CoordinateRaRbXaXbRc60 40 20 0 -20 -40 -60 -xXc+y+x-y-60 -20 20 60 易知，测量阻抗在故障时进入方向圆内，保护动作

7. 设计断路器B1处距离保护II段。

相邻段线路（LINE4）的线路阻抗如图所示

Sequence Impedance(ohms)XRPOSNEGZERO2.5021366652.50213666525.4206540735.5433873235.5433873292.8531261Sequence Admittance(mhos)GPOSNEGZERO7.0e-0060.07.0e-006B0.00022898256220.00.0001625862686

按教材所授设置Ⅱ段整定阻抗，要求整定阻抗的阻抗角为线路阻抗角；

Zm1?ZAB?Zset.2= 3.58+j50.78+0.85*(2.50+j35.54)

=3.58+2.125+j（50.78+30.21）

=5.71+j80.99

ZIIset.1（(5.71,80.99）?0.8=4.568+j64.792 =0.8*Zm1=

计算圆心坐标：

（(5.71,80.99）?2?0.8?(2.284,32.396)

偏移圆的半径为：

r?32.48

操作如下

延时？？？？？？？

二． 变压器的励磁涌流数字仿真实验

1. 实验预习

产生励磁涌流的原因，单相变压器与三相变压器励磁涌流的区别联系。 2. 实验目的

通过仿真清楚励磁涌流的产生原因，找到影响其形状和大小的因素，进行傅立叶分析分析其构成。 3. 实验步骤

（1） 将Current_in_rush拷到电脑，进入PSCAD界面; （2） 打开Current_in_rush; （3） 认识各个模块作用，

a. 知道怎么通过下面模块中的电压瞬时值设置合闸角 (Va为0时合闸角为0

度,Va为峰值时(鼠标置于显示图上峰值时刻任一点时可自动显示)合闸角为90度)，初始设为0，如图1所示；

图1. 合闸角设置

b. 增大下面模块的设置时间从而减小空载合闸时的剩磁（断路器跳开外部

电源后，磁通将随时间衰减），

图2. 变压器与外接电源断开时间设置

（4） 按初始条件运行，观察并记录变压器三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化；

a.三相励磁电流变化：

b.两相励磁电流差：

c.三相磁通

（5） 使控制角为90度运行，观察并记录仿真结果；

a.三相励磁电流：

b.两相励磁电流差：

c.三相磁通：

(6). 增大断路器断开时间（参见（3）b.），使断路器重新合上时的剩磁约为0，运行，观察并记录仿真结果。 a.三相励磁电流：

b.两相励磁电流差：

c.三相磁通：

4. 实验记录

各种运行条件下的三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化。 (见3) 5. 实验分析

（1） 由图形简单分析单相励磁涌流的特点；

取其中一相的励磁电流（如A相）进行分析，可以发现以下特点：

a. 励磁涌流的大小和合闸角有关，合闸角为0度时励磁涌流较大，合闸角为90度时励磁涌流较小。

b. 励磁涌流的大小和变压器中的剩磁有关，消除剩磁可以大大减小励磁涌流。 c. 励磁涌流的波形完全偏离时间轴的一侧，并且出现间断角。涌流越大，间

断角越小

（2） 由图形简单分析两相励磁涌流之差的特点；

B相励磁涌流不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流。其他两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。其中对称性涌流的间断角最小，且最大值和最小值之间相位相差120度。

6. 进一步思考

(1) 分别设置合闸角为0度和45度, 读取间断角, 在PSCAD元件库CSMF中找到FFT

元件，对单相励磁电流进行傅立叶分析，找到间断角与各次谐波含量的关系，绘制表格，类似于教材179页表6.1。 答：

由仿真结果图可以读得合闸角为0度和45度时尖端交所对应的时间间隔为： 0度：0.2278s----0.2390s 45度：0.2275s-----0.2395s 由此可得间断角：

0度：θ=（0.2390-0.2278）*2π*50*180/π=201.8 （度） 45度：θ=(0.2395-0.2275) *2π*50*180/π=216.0 （度）

由仿真结果图可读取合闸角为0度和45度时个谐波所占比例如下表： 不同间断角下的谐波含量（%） 合闸角 非周期分量 二次谐波 89.59 82.35 43.62 58.29 三次谐波 1.06 17.08 四次谐波 8.82 5.40 00 450 注意: a.如何读取间断角

将饱和磁通（由变压器参数读取）、A相磁通置于同一张图上 (Graph1) 上, 读取合闸后第一周期两者交点时刻, 将A相磁通小于饱和磁通区段的两端时刻做差, 除以周期, 再乘以360度既可;

b. 如何读取谐波含量

读取第一个间断角时间段内较平滑的谐波含量变化曲线某点值.

(2) 为何教材上图6.12及图6.14的间断角小于180度, 而实验中的间断角可大于180

度?

答：根据教材式6.48： θJ=2θ1

式中，θ1是合闸到发生饱和时经过的相位角，其值与变压器电压幅值、合闸角以及剩磁有关，饱和越严重其值越小。由分析可得，当合闸角相同是，变压器剩磁越小θ1越大，当剩磁减小到一定值时可以使θ1到达90度，从而使间断角超过180度。教材上讨论的是变压器剩磁约取0.7（标幺值）的情况，而实验中存在剩磁很小的情况。

三． 变压器纵差动保护

1. 实验预习

变压器纵差动保护的基本原理和接线方式，及其整定计算原则，习题6.5求解。

2. 实验目的

清楚（1）双绕组Yd11接线三相变压器模拟式纵差动保护原理接线，（2）如何根据采用的差动保护继电器、电流互感器变比整定动作电流。参见《电力系统继电保护习题集》习题6.5。 3. 实验步骤

（1） 将Transformer_protection拷到电脑，进入PSCAD界面; （2） 打开Transformer_protection;

（3） 认识各个模块作用, 将各个模块图形粘贴到下面相应处，

a. 故障设置模块，如何设置不同类型故障；

b. 电流互感器变比设置。

（4） 设计以下模块

a. 电流互感器二次电流相位校正；

b. 计算流入继电器的电流；

c. 继电器动作电流的整定；

d. 变压器纵差动保护是否动作的判定。

4. 实验记录

（1） 变压器外部的最大三相短路电流，并求出工频有效值；

在示例中进行三相短路故障仿真得到最大短路电流幅值为21.95（A） 求其有效值： Ikmax=15.52

整定值计算如下：

Idz=1.3*(0.22+0.05+0.1*1*1)*15.52=7.46

（2） 变压器外部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流（变压器Y侧记录的是电

流互感器三角形接线的线电流）及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）；

（3） 变压器内部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流（变压器Y侧记录的是电

流互感器三角形接线的线电流）及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）。

5. 实验分析

（1） 求取4（1）的作用是什么；

答：在变压器差动保护的整定计算中，重要的一项是根据外部短路时的最大不平衡电流来整定动作值。

Iset?KrelIunb.max

而最大不平衡电流是根据外部短路时的最大短路电流计算得到的。

Iunb.max?(?fza??U?0.1KnpKst)Ik.max

因此得到变压器外部的最大三相短路电流对于保护的整定是十分重要的。

（2） 由4（2）分析变压器外部短路时纵差动保护不动作的原因；

答：一次侧、二次侧的电流互感器感应出来的电流的幅值差相差不大。流入差动继电器的电流幅值差小于变压器纵差动的整定电流，因此外部短路时纵差动保护不动作。

（3） 由4（3）分析变压器内部短路时纵差动保护动作的原因。

答：根据仿真结果可以看到，流入电流差动继电器的电流之差的幅值很大，大于任一侧的电流值，超过了纵差动电流的整定值，因此变压器保护的纵差动保护要动作。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fh1w.html