電流保護(hù)matlab仿真設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）i電流保護(hù) matlab 仿真目 錄1 引言.12 matlab 及其模塊介紹.22.1 matlab 編程基礎(chǔ).22.2 m 文件及 m 函數(shù).32.3 simulink 介紹.32.4 s-function 簡(jiǎn)介.53 線路繼電保護(hù)的基本原理.83.1 整定基本要求.83.2 保護(hù)整定原則.104 線路繼電保護(hù)仿真.184.1 保護(hù)仿真軟件概述.184.2 仿真設(shè)計(jì)步驟.194.3 線路單相自動(dòng)重合閘電流保護(hù)仿真.194.4 線路三段式電流保護(hù)仿真.275 仿真結(jié)果分析.365.1 線路單相自動(dòng)重合閘電流保護(hù)仿真結(jié)果分析.365.2 線路三段式電流保護(hù)仿真結(jié)果分

2、析.376 總結(jié).38致 謝.40參考文獻(xiàn).41長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 引言引言本設(shè)計(jì)的題目是線路繼電保護(hù)整定計(jì)算的 matlab 仿真，包括對(duì)電力系統(tǒng)線路整定計(jì)算仿真和故障仿真的研究。輸電線路是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。不同地區(qū)、不同類型的發(fā)電和配電設(shè)備都是通過(guò)它連接起來(lái)的，構(gòu)成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)發(fā)電、供電和配電的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的日益發(fā)展采用計(jì)算機(jī)仿真方法來(lái)分析研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是解決此類工程問(wèn)題的一種有效手段。matlab 語(yǔ)言是目前國(guó)際上流行的一種演算紙式的編程語(yǔ)言，它具有強(qiáng)大的矩陣分析與運(yùn)算功能，并且是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境。其中 si

3、mulink 就是為 matlab 開(kāi)發(fā)的一種優(yōu)秀的控制系統(tǒng)仿真工具軟件，它具有模塊化、可重載、可封裝、面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點(diǎn)，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性。我們可以利用工具箱中的元件模型，結(jié)合電力系統(tǒng)中的基本原理，搭建輸電線路模型，繼而設(shè)置各種電力系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和調(diào)試，以期為電力系統(tǒng)線路故障故障仿真提供有力根據(jù)。在線路繼電保護(hù)整定計(jì)算仿真方面，我們使用了 simulink 和 simpowersystems 工具箱，它常用于電力系統(tǒng)各個(gè)方面的仿真。例如 matlab 被用于發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和負(fù)荷等元件的建模和仿真，在輸電線路研究中，有利用 matlab 對(duì)輸電線路進(jìn)行故障定位

4、數(shù)字仿真的研究。在繼電保護(hù)仿真中也應(yīng)用到了 matlab，如基于 matlab 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)線路的繼電保護(hù)三段式電流保護(hù)和零序電流保護(hù)進(jìn)行仿真研究。利用 matlab 和線路繼電保護(hù)的內(nèi)容，使用 simulink 和 simpowersystems 工具箱，搭建了一個(gè)線路整定計(jì)算和故障仿真模型。在系統(tǒng)中設(shè)定不同的故障點(diǎn)，分別進(jìn)行了相應(yīng)的仿真，且與線路的整定計(jì)算值相配合，做到有選擇性的動(dòng)作，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。本文第 1 部分為前言，介紹了本次設(shè)計(jì)的主要思路。第 2 部分介紹了 matlab 基礎(chǔ)和在設(shè)計(jì)中所用到知識(shí)。第 3 部分是線路繼電保護(hù)的基本原理等基礎(chǔ)理論知

5、識(shí)。第 4 部分中對(duì)線路繼電保護(hù)仿真中的模型構(gòu)成、參數(shù)設(shè)定及故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置的動(dòng)作情況作了詳細(xì)說(shuō)明。并介紹了所設(shè)計(jì)的線路繼電保護(hù)仿真與整定計(jì)算值的配合。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2第 5 部分對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，不同層面做出分析，對(duì)于在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的不同階段也做出具體分析。在本文的第 6 部分中總結(jié)了此次設(shè)計(jì)并給出了結(jié)論。其中包括致謝詞，參考文獻(xiàn)等。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)在張龍斌老師的指導(dǎo)下完成。2 matlabmatlab 及其模塊介紹及其模塊介紹本章簡(jiǎn)單介紹了此次設(shè)計(jì)用到的 matlab 知識(shí)，首先介紹 matlab 軟件編程基礎(chǔ)知識(shí)，再對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)線路繼電保護(hù)整定計(jì)算仿真設(shè)計(jì)中用到的仿

6、真模塊的來(lái)源、功能、參數(shù)等進(jìn)行介紹。2.1 matlab 編程基礎(chǔ)2.1.1 變量和數(shù)學(xué)運(yùn)算首先從 matlab 數(shù)學(xué)運(yùn)算開(kāi)始說(shuō)明。例如要計(jì)算 1+2+3 及 110+210+310 這兩個(gè)算式，接在提示符號(hào)之后的是要鍵入的算式，matlab 將計(jì)算的結(jié)果以 ans 顯示。2.1.2 數(shù)組和數(shù)據(jù)matlab 的運(yùn)算事實(shí)上是以數(shù)組（array）及矩陣（matrix）方式在做運(yùn)算，而這兩者在matlab 的基本運(yùn)算性質(zhì)上是不同的，數(shù)組強(qiáng)調(diào)元素對(duì)元素的運(yùn)算，而矩陣則采用線性代數(shù)的運(yùn)算方式。在聲明一個(gè)變量為數(shù)組或是矩陣時(shí)，如果是要個(gè)別輸入元素，需要用中括號(hào)將元素置于其中。數(shù)組由一維元素構(gòu)成，而矩陣由多

7、維元素組成。在介紹矩陣運(yùn)算之前首先介紹幾個(gè)特殊的矩陣。zeros 函數(shù)生成元素皆為 0 的矩陣；ones 函數(shù)生成元素皆為 1 的矩陣，eye 生成一個(gè)單位矩陣，之所以稱為 eye 是取其發(fā)音與原來(lái)單位矩陣符號(hào)相同，而又避免與復(fù)數(shù)定義中的虛部所用的符號(hào) i 混淆，所以改以 eye替代。上述三個(gè)函數(shù)的使用語(yǔ)法都相似，如 zeros（m）可以產(chǎn)生一個(gè) mm 的正方矩陣，而zeros（m，n）產(chǎn)生的是 mn 的矩陣。也可以使用這三個(gè)函數(shù)將一個(gè) mn 矩陣原來(lái)元素全部取代成為 0，1 或是單位矩陣的值，不過(guò)要加上 size 指令來(lái)指出其矩陣大小是 mn，所長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3以語(yǔ)法為：zer

8、os（size（a）其中 a 為原來(lái)的矩陣2.2 m 文件及 m 函數(shù)matlab程序大致分為兩類：m腳本文件（m-script）和m函數(shù)（m-function），它們均是普通的ascii 碼構(gòu)成的文件。m腳本文件中包含一組有matlab語(yǔ)言所支持的語(yǔ)句，它類似dos下的批處理文件。它的執(zhí)行方式很簡(jiǎn)單，用戶只需在matlab的提示符下輸入該m文件的文件名，這樣matlab就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行該m文件中的各條語(yǔ)句，并將結(jié)果直接返回到matlab工作空間。使用m函數(shù)格式變成是matlab程序設(shè)計(jì)的主流。matlab的m函數(shù)是有function語(yǔ)句引導(dǎo)的，其基本格式如下：function 返回變量列表=函數(shù)

9、名(輸入變量列表)注釋說(shuō)明語(yǔ)句段，由%一道輸入、返回變量格式的檢測(cè)函數(shù)體語(yǔ)句這里輸入和返回變量的實(shí)際個(gè)數(shù)分別有nargin和nargout兩個(gè)matlab的保留變量來(lái)給出。只要進(jìn)入該函數(shù)，matlab就將自動(dòng)生成這兩個(gè)變量，不論是佛直接使用這兩個(gè)變量。如果返回變量多于一個(gè)，則應(yīng)該用方括號(hào)括起來(lái)。輸入變量和返回變量之間用括號(hào)分隔。注釋語(yǔ)句段的每行語(yǔ)句都應(yīng)該由百分號(hào)引導(dǎo)，百分號(hào)后面的內(nèi)容不執(zhí)行，只起注釋作用。用戶采用help 命令則可以顯示出來(lái)注釋語(yǔ)句段的內(nèi)容。此外、標(biāo)準(zhǔn)的變量樹(shù)木檢測(cè)也是必要的。如果輸入或返回變量格式不正確，則應(yīng)該給出相應(yīng)的提示。另外，因?yàn)閙atlab是一中注釋性語(yǔ)言，所以即使在

10、某個(gè)或某些函數(shù)中存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，如果沒(méi)執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí)可能就不會(huì)發(fā)現(xiàn)該錯(cuò)誤，這在嚴(yán)格的程序設(shè)計(jì)中是不容許的。要檢查某目錄中所有的m函數(shù)語(yǔ)法錯(cuò)誤，首先應(yīng)該用cd命令進(jìn)入該目錄，然后運(yùn)行pcode*命令進(jìn)行偽代碼轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵撁顣?huì)將matlab函數(shù)轉(zhuǎn)換成偽代碼，而在轉(zhuǎn)換過(guò)程中該程序?qū)⒆詣?dòng)翻譯每一條語(yǔ)句，所以一旦發(fā)現(xiàn)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，將會(huì)停止翻譯，給出錯(cuò)誤信息。改正了該語(yǔ)法錯(cuò)誤后，再重新執(zhí)行pcode命令，直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。這樣會(huì)保證目錄下所有的程序不含有語(yǔ)法錯(cuò)誤。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）42.3 simulink 介紹simulink是以工具庫(kù)的形式掛接在matlab上的，不能獨(dú)立運(yùn)行，只能在matla

11、b環(huán)境中運(yùn)行。simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。simulink是由模塊庫(kù)、模型構(gòu)造及指令分析、演示程序等幾部分組成。simulink提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口。模塊框圖是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的圖形顯示，由一組稱為模塊的圖標(biāo)組成，模塊之間采用連線聯(lián)接。每個(gè)模塊代表了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的某個(gè)單元，并且產(chǎn)生一定的輸出。模塊之間的連線表明模塊的輸入端口與輸出端口之間的信號(hào)連結(jié)。模塊的類型決定了模塊輸出與輸入、狀態(tài)和時(shí)間之間的關(guān)系。一個(gè)模塊框圖可以根據(jù)需要包含任何類型的模塊。模塊代表了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的某個(gè)功能單

12、元，每個(gè)模塊一般包括一組輸入、狀態(tài)和一組輸出等幾個(gè)部分。simulink模塊的基本特點(diǎn)是參數(shù)化的，許多模塊都具有獨(dú)立的屬性對(duì)話框，在對(duì)話框中用戶可以定義模塊的各種參數(shù)。simulink包含sinks（輸出方式）、source（輸入源）、continuous（連續(xù)環(huán)節(jié)）、nonlinear（非線性）、discrete（離散環(huán)節(jié)）、signals & system（信號(hào)與系統(tǒng)）、math（數(shù)學(xué)模塊）和functions& tables（函數(shù)和查詢表）等子模型庫(kù)。simulink 在諸如communication toolbox，nonlinear control design blockset，p

13、ower system blockset 等工具箱的配合下，還可以完成對(duì)諸如通行系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的建模、分析和仿真。設(shè)計(jì)中使用的模塊本設(shè)計(jì)中共使用了位于simpowersystems模塊庫(kù)，和simulink模塊庫(kù)中的29 個(gè)不同的模塊。分別為：1）位于simpowersystems模塊庫(kù)中： 斷路器模塊(break)， 線路模塊(series rlc branch block)， 電流測(cè)量器模塊(current measurement block)， 交流電壓源模塊(ac volatge block)，三相故障模塊（three-phase fault block）， 傅利葉變換

14、模塊（fourier block），長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5萬(wàn)用表模塊（multimeter block），接地模塊（ground(input/output) block），2）位于simulink模塊庫(kù)中： 到工作空間模塊（to workspace block）， 輸入端口模塊（in1 block）， 輸出端口模塊（out1 block）， 示波器模塊（scope block）， 常數(shù)模塊（constant block）， 乘法模塊（product block）， 繼電器模塊（relay block）， 加法模塊（sum block）， 使能子系統(tǒng)模塊（enable subsystem

15、 block）。2.4 s-function 簡(jiǎn)介simulink 為用戶提供了許多內(nèi)置的基本庫(kù)模塊，通過(guò)這些模塊進(jìn)行連接而構(gòu)成系統(tǒng)的模型。對(duì)于那些經(jīng)常使用的模塊進(jìn)行組合并封裝可以構(gòu)建出重復(fù)使用的新模塊，但它依然是基于simulink 原來(lái)提供的內(nèi)置模塊。而simulink s-function是一種強(qiáng)大的對(duì)模塊庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展的新工具。2.4.1 s-function 的概念1）s-function 是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述，在matlab里，用戶可以選擇用m文件編寫(xiě)，也可以用c或mex文件編寫(xiě)，在這里只給大家介紹如何用m文件編寫(xiě)s-function。2）s-function 提供了擴(kuò)展si

16、mulink模塊庫(kù)的有力工具，它采用一種特定的調(diào)用語(yǔ)法，使函數(shù)和simulink解法器進(jìn)行交互。3）s-function 最廣泛的用途是定制用戶自己的simulink模塊。它的形式十分通用，能夠支持連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。2.4.2 建立 m 文件 s-function使用模板文件：sfuntmp1. m長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）61) 該模板文件位于matlab根目錄下toolbox/simulink/blocks目錄下。2) 模板文件里s-function的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，它只為不同的flag的值指定要相應(yīng)調(diào)用的m 文件子函數(shù)。比如當(dāng)flag=3時(shí)，即模塊處于計(jì)算輸出這個(gè)仿真階段時(shí)，

17、相應(yīng)調(diào)用的子函數(shù)為sys=mdloutputs(t,x,u)。3) 模板文件使用switch語(yǔ)句來(lái)完成這種指定，當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)并不唯一，用戶也可以使用if語(yǔ)句來(lái)完成同樣的功能。而且在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)去掉某些值，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)模塊都需要經(jīng)過(guò)所有的子函數(shù)調(diào)用。4) 模板文件只是simulink為方便用戶而提供的一種參考格式，并不是編寫(xiě)s-function的語(yǔ)法要求，用戶完全可以改變子函數(shù)的名稱，或者直接把代碼寫(xiě)在主函數(shù)里，但使用模板文件的好處是，比較方便，而且條理清晰。5) 使用模板編寫(xiě)s-function，用戶只需把s-函數(shù)名換成期望的函數(shù)名稱，如果需要額外的輸入?yún)⒘?，還需在輸入?yún)?shù)

18、列表的后面增加這些參數(shù)，因?yàn)榍懊娴?個(gè)參數(shù)是simulink調(diào)用s-function時(shí)自動(dòng)傳入的。對(duì)于輸出參數(shù)，最好不做修改。接下去的工作就是根據(jù)所編s-function要完成的任務(wù)，用相應(yīng)的代碼去替代模板里各個(gè)子函數(shù)的代碼即可。6) simulink 在每個(gè)仿真階段都會(huì)對(duì)s-function進(jìn)行調(diào)用，在調(diào)用時(shí)，simulink會(huì)根據(jù)所處的仿真階段為flag傳入不同的值，而且還會(huì)為sys這個(gè)返回參數(shù)指定不同的角色，也就是說(shuō)盡管是相同的sys變量，但在不同的仿真階段其意義卻不相同，這種變化由simulink自動(dòng)完成。7) m文件s-function可用的子函數(shù)說(shuō)明如下：mdlinitialize

19、sizes：定義s-function模塊的基本特性，包括采樣時(shí)間、連續(xù)或者離散狀態(tài)的初始條件和sizes數(shù)組。mdlderivatives：計(jì)算連續(xù)狀態(tài)變量的微分方程。mdlupdate：更新離散狀態(tài)、采樣時(shí)間和主時(shí)間步的要求。mdloutputs：計(jì)算s-function的輸出。mdlgettimeofnextvarhit：計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的絕對(duì)時(shí)間，這個(gè)方法僅僅是在用戶在mdlinitializesizes里說(shuō)明了一個(gè)可變的離散采樣時(shí)間。mdlterminate：實(shí)現(xiàn)仿真任務(wù)必須的結(jié)束。8) 概括說(shuō)來(lái)，建立s-function可以分成兩個(gè)分離的任務(wù)：9) 初始化模塊特性包括輸入輸出信號(hào)的寬

20、度，離散連續(xù)狀態(tài)的初始條件和采樣時(shí)間。10) 將算法放到合適的s-function子函數(shù)中去。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7定義s-function 的初始信息1) 為了讓simulink識(shí)別出一個(gè)m文件s-function，用戶必須在s-函數(shù)里提供有關(guān)s-函數(shù)的說(shuō)明信息，包括采樣時(shí)間、連續(xù)或者離散狀態(tài)個(gè)數(shù)等初始條件。這一部分主要是在mdlinitializesizes子函數(shù)里完成。2) sizes數(shù)組是s-function函數(shù)信息的載體，它內(nèi)部的字段意義為：numcontstates：連續(xù)狀態(tài)的個(gè)數(shù)（狀態(tài)向量連續(xù)部分的寬度）numdiscstates：離散狀態(tài)的個(gè)數(shù)（狀態(tài)向量離散部分的寬度）

21、numoutputs： 輸出變量的個(gè)數(shù)（輸出向量的寬度）numinputs：輸入變量的個(gè)數(shù)（輸入向量的寬度）dirfeedthrough：有無(wú)直接饋入numsampletimes：采樣時(shí)間的個(gè)數(shù)3) 如果字段代表的向量寬度為動(dòng)態(tài)可變，則可以將它們賦值為1。4) 注意dirfeedthrough是一個(gè)布爾變量，它的取值只有0和1兩種，0表示沒(méi)有直接饋入，此時(shí)用戶在編寫(xiě)mdloutputs子函數(shù)時(shí)就要確保子函數(shù)的代碼里不出現(xiàn)輸入變量u；1表示有直接饋入。5) numsampletimes表示采樣時(shí)間的個(gè)數(shù)，也就是ts變量的行數(shù)，與用戶對(duì)ts的定義有關(guān)。6) 需要指出的是，由于s-function會(huì)

22、忽略端口，所以當(dāng)有多個(gè)輸入變量或多個(gè)輸出變量時(shí)，必須用mux模塊或demux模塊將多個(gè)單一輸入合成一個(gè)復(fù)合輸入向量或?qū)⒁粋€(gè)復(fù)合輸出向量分解為多個(gè)單一輸出。輸入和輸出參量說(shuō)明1) s-function默認(rèn)的4個(gè)輸入?yún)?shù)為t、x、u 和flag，它們的次序不能變動(dòng)，代表的意義分別為：t：代表當(dāng)前的仿真時(shí)間，這個(gè)輸入?yún)?shù)通常用于決定下一個(gè)采樣時(shí)刻，或者在多采樣速率系統(tǒng)中，用來(lái)區(qū)分不同的采樣時(shí)刻點(diǎn)，并據(jù)此進(jìn)行不同的處理。x： 表示狀態(tài)向量，這個(gè)參數(shù)是必須的，甚至在系統(tǒng)中不存在狀態(tài)時(shí)也是如此。它具有很靈活的運(yùn)用。u：表示輸入向量。2) flag：是一個(gè)控制在每一個(gè)仿真階段調(diào)用哪一個(gè)子函數(shù)的參數(shù)，由sim

23、ulink 在調(diào)用時(shí)自動(dòng)取值。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）83) s-function默認(rèn)的4 個(gè)返回參數(shù)為sys、x0、str和ts，它們的次序不能變動(dòng)，代表的意義分別為：sys：是一個(gè)通用的返回參數(shù)，它所返回值的意義取決于flag的值。x0： 是初始的狀態(tài)值（沒(méi)有狀態(tài)時(shí)是一個(gè)空矩陣），這個(gè)返回參數(shù)只在flag值為0時(shí)才有效，其他時(shí)候都會(huì)被忽略。str：這個(gè)參數(shù)沒(méi)有什么意義，是mathworks公司為將來(lái)的應(yīng)用保留的m文件s-function必須把它設(shè)為空矩陣。ts：是一個(gè)m2的矩陣，它的兩列分別表示采樣時(shí)間間隔和偏移。2.4.3 模塊的封裝與測(cè)試：將該程序以文件名*.m存盤(pán)，編好s 函數(shù)后

24、，就可以進(jìn)行封裝和測(cè)試了，向模型編輯窗口中添加s-function模塊，雙擊該模塊，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在其中輸入m文件名和用戶定義的參數(shù)。選擇該模塊，按ctrl+m或右鍵單擊該模塊。從彈出的快捷菜單中添加用戶定義的變量參數(shù)。在initalzation頁(yè)中對(duì)變量初始化在documentation頁(yè)中添加模塊的說(shuō)明和幫助文檔，其具體操作與子系統(tǒng)的封裝類似?？梢苑庋b該s函數(shù)，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的參數(shù)輸入對(duì)話框，選擇s函數(shù)模塊，打開(kāi)其封裝編輯器，在parameters頁(yè)中添加用戶定義的變量參數(shù)。s函數(shù)模塊被封裝后，雙擊它，則有模塊參數(shù)對(duì)話框。能有附加參數(shù)的一個(gè)提示。3 線路繼電保護(hù)的基本原理線路繼電保護(hù)

25、的基本原理3.1 整定基本要求電力系統(tǒng)運(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)，最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種類型的短路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，都會(huì)危及系統(tǒng)安全，引發(fā)事故，有時(shí)還可能造成人身和設(shè)備安全事故。電力系統(tǒng)故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這依賴于繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，應(yīng)該只發(fā)出告警信號(hào)，或根據(jù)危害程度規(guī)定一定的延時(shí)再切除故障元件，以免暫短的運(yùn)行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾引起的誤動(dòng)。因此，合理地選擇保護(hù)方式和正確地進(jìn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算，對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有非常重要的意義。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9 選擇保護(hù)

26、方式時(shí)，希望全面滿足繼電保護(hù)可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的四項(xiàng)基本要求。繼電保護(hù)的可靠性是指繼電保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在任何其他保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不應(yīng)該誤動(dòng)作。繼電保護(hù)的選擇性則是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。為了保證選擇性，對(duì)相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護(hù)和同一級(jí)保護(hù)內(nèi)有配合要求的兩元件，其靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)間，在一般情況下應(yīng)相互配合。繼電保護(hù)的靈敏性指對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)

27、該是在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置、短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能敏銳感覺(jué)，正確反應(yīng)。保護(hù)裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。繼電保護(hù)的速動(dòng)性指發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。繼電保護(hù)的整定，主要考慮繼電保護(hù)的選擇性和靈敏性。對(duì)于方向保護(hù)，相鄰線路的配合動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)間都要相互配合，以滿足選擇性和靈敏性的要求。 電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行是一個(gè)綜合整體，繼電保護(hù)與電網(wǎng)的接線方式以及調(diào)度運(yùn)行密切相關(guān)。合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，繼電保護(hù)裝置能否發(fā)揮積極作用，與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力設(shè)備的布置是否合理有密切關(guān)系，因此必須把它們作為一個(gè)有機(jī)整體統(tǒng)一考慮，

28、全面安排，對(duì)嚴(yán)重影響繼電保護(hù)裝置保護(hù)性能的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力設(shè)備的布置，應(yīng)限制使用。 電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)是按斷路器的配置裝設(shè)的，因此繼電保護(hù)必須按照斷路器分級(jí)進(jìn)行整定。繼電保護(hù)的分級(jí)是按保護(hù)的正方向來(lái)劃分的，要求按保護(hù)的正方向各相鄰的上、下級(jí)保護(hù)之間實(shí)現(xiàn)配合協(xié)調(diào)，以達(dá)到選擇性的目的。這是繼電保護(hù)整定配合的總原則。根據(jù)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程 、 3110kv 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程 、 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則 、 220500kv 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)則 、 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的保護(hù)原則。繼電保護(hù)整定原則：3110kv 電網(wǎng)的繼電保護(hù)，應(yīng)當(dāng)滿足可靠性、選擇性、

29、靈敏性及速動(dòng)性四項(xiàng)基本要求：3.1.1 可靠性可靠性由結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量?jī)?yōu)良的繼電保護(hù)裝置和符合規(guī)程要求的運(yùn)行維護(hù)與管理來(lái)保長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10證。3.1.2 選擇性選擇性是指：首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰元件的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作切除故障。3.1.3 靈敏性由于有速動(dòng)性的要求，繼電保護(hù)的定值應(yīng)保證在其保護(hù)范圍內(nèi)有規(guī)定的靈敏系數(shù)。3.1.4 速動(dòng)性根據(jù)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程 ，如線路短路使發(fā)電廠廠用母線或重要用戶母線電壓低于額定電壓的 50%60%時(shí)，應(yīng)快速切除故障。因此，繼電保護(hù)的配置和整定計(jì)算應(yīng)保證快速的

30、切除各種類型故障。3.2 保護(hù)整定原則3.2.1 三段式電流保護(hù)10kv、35kv 線路配三段式（階段式）電流保護(hù)整定計(jì)算原則：根據(jù)繼電保護(hù)裝置整定的具體規(guī)定：3.2.1.1 電流速斷保護(hù)a、按躲過(guò)本線路末段最大三相短路電流整定。 = 3-1 1 ,setiilikremax. ki式中：動(dòng)作電流；1 ,setii可靠系數(shù)，可取 1.3；likre線路末端最大三相短路電流。max. kib、靈敏度校驗(yàn)：電流速斷保護(hù)應(yīng)校核被保護(hù)線路出口短路的靈敏系數(shù)，在常見(jiàn)運(yùn)行大方式下，線路出口（即母線處）三相短路的靈敏系數(shù)不小于 1 時(shí)即可投運(yùn)。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11c、動(dòng)作時(shí)限：t=100ms。

31、注：（速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間取決于繼電器本身固有的動(dòng)作時(shí)間，一般小于 10ms?？紤]到躲過(guò)線路中避雷器的放電時(shí)間為 4060ms，一般加裝一個(gè)動(dòng)作時(shí)間為 6080ms 的保護(hù)出口中間繼電器，一方面提供延時(shí)，另一方面擴(kuò)大觸電的容量和數(shù)量。 ）3.2.1.2 限時(shí)電流速斷保護(hù)a、保護(hù)線路全長(zhǎng)，按躲過(guò)下級(jí)相鄰線路的電流速斷最大保護(hù)范圍整定。為了確保速斷保護(hù)能準(zhǔn)確及時(shí)動(dòng)作 1 .setisetiiii 3-21 .2 .setireliisetiiiki式中：?jiǎn)?dòng)電流。2 .setiii 可靠系數(shù)，可取 1.2。reliik 電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。1 .setiib、 靈敏度校驗(yàn)： = 3-3senk2

32、 .min.setiikii式中：最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的計(jì)算值。min.ki 保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)值。2 .setiii 1.31.5。注：靈敏系數(shù)大于 1 的原因是考慮可能會(huì)出現(xiàn)一些不利于保護(hù)啟動(dòng)senk的因素，為使保護(hù)仍然能夠動(dòng)作，就要留有一定的裕度。c、 （1） 、動(dòng)作時(shí)限： =+t；t=0.30.5。2iit1it （2） 、動(dòng)作時(shí)限：=+t；當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)使用此式。2iit1iit式中：下級(jí)限時(shí)速斷的時(shí)限。1iit當(dāng)校驗(yàn)靈敏度不滿足要求時(shí)， 動(dòng)作時(shí)限：=+t1 .2 .setreliisetiiiki2iit1iit長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12

33、3.2.1.3 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)a、按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定。當(dāng)無(wú)事故過(guò)負(fù)荷電流的時(shí)候，采用線路導(dǎo)線的載流量來(lái)計(jì)算。 = 3-43 .setiiiireliiikmax.li式中：可靠系數(shù)，取 1.3；reliiik 最大負(fù)荷電流。max.lib、靈敏度校驗(yàn)：近后備校驗(yàn)= 3-5近.senk3 .min.setiiibkii遠(yuǎn)后備校驗(yàn) = 遠(yuǎn).senk3 .min.setiiickii式中：最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的計(jì)算值。min.ki 保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)值。3 .setiiii近后備保護(hù)范圍要大于等于 1.3-1.5，遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍要大于等于 1.2。c、動(dòng)作時(shí)限：t

34、為從線路末端為零起每向上一級(jí)線路就加一個(gè)t。3.2.2 距離保護(hù)a 相間距離保護(hù) i 段：a 為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，當(dāng)被保護(hù)線路無(wú)中間分支路時(shí)，相間距離保護(hù) i 段按躲過(guò)本線路末端故障整定，一般可按被保護(hù)線路正序阻抗的 80%85%計(jì)算。 = 3-6setizlikre1zabl式中：距離保護(hù) i 段的整定阻抗；setiz 可靠系數(shù)，取 0.80.85；likre 本線路的正序阻抗，是線路茬高度。1zabl長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13動(dòng)作時(shí)限：t=0s。b 單回線送變壓器終端方式，送電側(cè)保護(hù)深入受端變壓器的整定。 =+ 3-7setizlikre1ztikretz式中：距離保護(hù) i 段

35、的整定阻抗；setiz 可靠系數(shù)，取 0.80.85；likre 0.7；tikre 為終端變壓器并聯(lián)等值正序阻抗。tz動(dòng)作時(shí)限：t0s。b 相間距離段應(yīng)能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，具體整定計(jì)算方法如下：a 與相鄰線路相間距離 i 段配合。=（+） 3-81 .setiizreliikbazmin. bk2 .setiz 式中： 可靠系數(shù)，取 0.80.85；reliik 被保護(hù)線路的阻抗；baz 相鄰線路距離保護(hù) i 段整定阻抗。2 .setiz靈敏系數(shù)校驗(yàn)： =/1.25. 3-9senk1 .setiizabz動(dòng)作時(shí)限：=t 動(dòng)作時(shí)，t=0.30.5。1iitb 按保證本線路末端故障，保護(hù)的靈敏系

36、數(shù)整定。= 3-10iisetzlmk1z式中：被保護(hù)線路末端故障，保護(hù)的靈敏度。lmk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 20km 以下時(shí)，不小于 1.5；lmk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 2050km 時(shí)，不小于 1.4；lmk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 50km 以上時(shí)，不小于 1.3。lmk動(dòng)作時(shí)限計(jì)算同 a。c 與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合； 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14=（+） 3-111 .setiizreliikbazmin. bktz式中：可靠系數(shù)，取 0.80.85；reliik 被保護(hù)線路的阻抗；abz 為相鄰變壓器阻抗。tz動(dòng)作時(shí)限：t.iitd 與相鄰線路相間距離段配合。=（+） 3-12iisetz1 .

37、reliikabzmin. bkiisetz2 .式中：可靠系數(shù)，0.80.85；reliik 為本線路阻抗；abz 0.8；可靠系數(shù)；likre 為最小分支系數(shù)；min. bk 為相鄰線路相間距離 ii 段動(dòng)作阻抗；iisetz2 . 動(dòng)作時(shí)限：=+t; 為相鄰線路距離 ii 段動(dòng)作時(shí)間。iitiitiitc 相間距離保護(hù)：a 與相鄰線路相間距離段配合；= 3-13iiisetz1 .)(2 .min.iisetbabiiirelzkzk式中：可靠系數(shù)，0.80.85；iiirelk 為本線路阻抗；abz 為最小分支系數(shù)；min. bk 為相鄰線路距離段動(dòng)作阻抗。iisetz2 .動(dòng)作時(shí)限：

38、（1） 、保護(hù)范圍伸出相鄰變壓器其他各側(cè)母線時(shí)，+t;iiitiit (2)、保護(hù)范圍伸出變壓器其他各側(cè)母線時(shí)，+t。iiittt式中：為相鄰線路重合后不經(jīng)振蕩閉鎖的距離 ii 段動(dòng)作時(shí)間；iit長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15 為相鄰變壓器相間短路后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。tt靈敏度校驗(yàn)：作為近后備時(shí)=/1.5；作為遠(yuǎn)后備時(shí)1.2.senkiiisetzabzb 與相鄰變壓器的電流、電壓保護(hù)配合整定； = 3-14iiisetz1 .)(minmin.zkzkbabiiirel式中：電流、電壓保護(hù)的最小保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)的阻抗值。minz動(dòng)作時(shí)限：=+t。 為相鄰變壓器相間短路后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。iiitt

39、tttc 與相鄰線路距離段配合；= 3-15iiisetz1 .)(2 .min.iiisetbabiiirelzkzk式中：=0.80.85；可靠系數(shù)；iiirelk 為相鄰線路距離段動(dòng)作阻抗。iiisetz2 .動(dòng)作時(shí)限：=+t。 為相鄰線路距離 iii 段動(dòng)作時(shí)間。iiitiiitiiitd 躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗； 若采用全阻抗特性，則整定值為= 3-16iiisetz1 .min.1lressrelzkkk式中：按實(shí)際最不利的系統(tǒng)頻率下阻抗元件所見(jiàn)到的事故過(guò)負(fù)荷最小負(fù)荷阻抗（應(yīng)min.lz配合阻抗元件的實(shí)際動(dòng)作特性進(jìn)行檢查）整定； 可靠系數(shù)，一般取 1.2-1.25relk 電機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)

40、，取 1.5-2.5ssk 阻抗測(cè)量元件（欠量動(dòng)作）的返回系數(shù)，取 1.15-1.25。relk3.2.3 線路重合閘在電力系統(tǒng)故障中，大多數(shù)的故障是送電線路的故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路故障大都是一些瞬時(shí)性故障，如雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風(fēng)引起的碰線，鳥(niǎo)類或是樹(shù)枝長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16等物體落在導(dǎo)線上引起的短路等，在線路被繼電保護(hù)迅速斷開(kāi)以后，電弧立即熄滅，外界的物體也被電弧燒掉而消失。此時(shí)，如果把斷開(kāi)的線路再合上，就能夠恢復(fù)正常供電。但是，如果故障是永久性的，如線路倒桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞引起的故障，在線路被繼電保護(hù)迅速斷開(kāi)以后，故障仍然存在，即使再合上電源，線路還要被繼

41、電保護(hù)再次斷開(kāi)，因而就不可能立即恢復(fù)供電了，必須待工作人員檢修后才可再次恢復(fù)供電。由于送點(diǎn)線路具有以上性質(zhì)，所以采用重合閘能夠大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)。此外，重合閘可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高傳輸容量，糾正由于斷路器本身的機(jī)構(gòu)不良或誤動(dòng)作而引起的跳閘。三相一次重合閘的跳、合閘方式為無(wú)論本線路發(fā)生何種類型的故障，繼電保護(hù)裝置均將三相斷路器跳開(kāi)，重合閘啟動(dòng)，經(jīng)預(yù)先設(shè)置的延時(shí)發(fā)出重合閘脈沖，將三相短路器一起合上。若是瞬時(shí)性故障，因故障已經(jīng)消失，重合成功，線路繼續(xù)運(yùn)行；若是永久性故障，繼電保護(hù)再次動(dòng)作跳開(kāi)三相，并且不在重合。重合閘的啟動(dòng)過(guò)程：當(dāng)短路器由繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘或其他非

42、手動(dòng)原因而跳閘后，重合閘均應(yīng)啟動(dòng)。一般使用斷路器的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)或者用合閘位置繼電器的觸點(diǎn)構(gòu)成，在正常情況下，當(dāng)斷路器由合閘位置變?yōu)樘l位置時(shí)，馬上發(fā)出啟動(dòng)指令。重合閘的時(shí)間：?jiǎn)?dòng)元件發(fā)出啟動(dòng)指令后，時(shí)間元件開(kāi)始記時(shí)，達(dá)到預(yù)定的演示后，發(fā)出一個(gè)短暫的合閘脈沖命令，這個(gè)延時(shí)就是重合閘時(shí)間，是可以整定的。一次重合閘脈沖：當(dāng)延時(shí)時(shí)間到后，它馬上發(fā)出一個(gè)可以合閘脈沖命令，并且開(kāi)始記時(shí)，準(zhǔn)備重合閘的整組復(fù)歸，在復(fù)歸時(shí)間內(nèi)即使再有重合閘時(shí)間元件發(fā)出命令，它也不再發(fā)出第二個(gè)合閘命令。它可保證在一次跳閘后有足夠的時(shí)間合上和再次跳開(kāi)斷路器。自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合為了能盡量利用重合閘所提供的條件以加速切除故障，

43、繼電保護(hù)與之配合時(shí)，一般采用重合閘前加速保護(hù)和重合閘后加速保護(hù)兩種方式，根據(jù)不同的線路及其保護(hù)配置方式選用。1) 重合閘前加速保護(hù)重合閘前加速保護(hù)一般又簡(jiǎn)稱為“前加速” 。它是當(dāng)任何一條線路上發(fā)生故障時(shí)，第一次都有保護(hù)瞬時(shí)無(wú)選擇性動(dòng)作予以切除，重合閘以后保護(hù)第二次動(dòng)作切除故障是由選擇性的。采用前加速保護(hù)會(huì)使斷路器工作條件惡劣，動(dòng)作次數(shù)較多；重合與永久性故障時(shí)，故障切除的時(shí)間可能較長(zhǎng)；若重合閘或斷路器拒絕合閘，則將擴(kuò)大停電范圍，甚至在最末一級(jí)線路上故障時(shí)，都會(huì)使連接在這條線路上的所有用戶停電。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）172) 重合閘后加速保護(hù)重合閘后加速保護(hù)一般又簡(jiǎn)稱為“后加速” 。它是當(dāng)任

44、線路第一次故障時(shí)，保護(hù)有選擇性動(dòng)作，然后進(jìn)行重合。如果重合于永久故障，則在斷路器合閘后，再加速保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除故障，而與第一次動(dòng)作是否帶有時(shí)限無(wú)關(guān)。它的優(yōu)點(diǎn)是第一次有選擇性切除故障，不會(huì)擴(kuò)大停電范圍；保證永久性故障能瞬時(shí)切除，并仍然是有選擇性；與前加速相比，不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷條件的限制。綜上所述，基于本設(shè)計(jì)中的線路是簡(jiǎn)單的單相線路，所以采用重合閘后加速保護(hù)。3.2.4 零序電流保護(hù)（1）零序電流段的整定原則：躲過(guò)本線路末端單相或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流 3-17max. 03ikirelset式中：可靠系數(shù)，可取 1.2-1.3；relk（2）零序電流 ii 段整定原則：按與相鄰線

45、路零序電流 i 段配合整定。 3-181 . 02 .setbiireliisetikki式中：為可靠系數(shù)，可取 1.151.2；分支系數(shù)；iirelkbk. 0 相鄰線路零序電流段整定值。iseti靈敏度校驗(yàn)： 3-19iisetseniik2 .min. 03式中：3i0.min 線路末端接地短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最小零序電流； 保全線有靈敏系數(shù)的零序電流定值對(duì)本線路末端金屬性接地故障的靈敏系數(shù)應(yīng)滿足如下要求： a. 20km 以下線路，不小于 1.5； b. 2050km 的線路，不小于 1.4； c .50km 以上線路，不小于 1.3。動(dòng)作時(shí)限：因相間零序電流段保護(hù)定值與相鄰線路零序電流保

46、護(hù)段配合，所以段動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路零序電流保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè) t 即可，可取 0.3s。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18靈敏度不夠時(shí)，按與相鄰線路段配合來(lái)整定。 iisetiireliisetiki1 .2 .3-20式中：相鄰線路零序電流段整定值。iiseti1 .動(dòng)作時(shí)限：因相間零序電流段保護(hù)定值與相鄰線路零序電流保護(hù)段配合，所以段動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路零序電流保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè) t 即可，可取 0.6s。（3）零序電流保護(hù)的整定原則：按照躲開(kāi)在下級(jí)線路出口處相間短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流來(lái)整定max.unbi 3-21iiireliiisetkimax.unbi式中：1.1iii

47、relk靈敏度校驗(yàn)： 3-22iiisetseniik2 .min. 03式中：i0.min 線路末端接地短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最小零序電流； 被保護(hù)線路末段故障，保護(hù)的靈敏系數(shù)。senk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 20km 以下時(shí)，不小于 1.5；senk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 2050km 時(shí)，不小于 1.4；senk 當(dāng)線路長(zhǎng)度為 50km 以上時(shí)，不小于 1.3。senk動(dòng)作時(shí)限：因相間零序電流段保護(hù)定值與相鄰線路零序電流保護(hù)段配合，所以段動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路零序電流保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè) t 即可，可取 0.6s。靈敏度不夠時(shí)，按與相鄰線路段配合來(lái)整定。 iiisetbiiireliiisetikki1 .0

48、2 .3-23式中：1.1，為分支系數(shù)。iiirelkbk0動(dòng)作時(shí)限：因相間零序電流段保護(hù)定值與相鄰線路零序電流保護(hù)段配合，所以長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19段動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路零序電流保護(hù)段的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè) t 即可，可取 0.9s。4 線路繼電保護(hù)仿真線路繼電保護(hù)仿真4.1 保護(hù)仿真軟件概述matlab是mathworks公司推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。matlab 7. 0中包含有simulink及功能強(qiáng)大的仿真電力系統(tǒng)(simpowersystems)模塊庫(kù)，它的功能非常強(qiáng)大，含有電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)入姽た茖W(xué)中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型，建模只需

49、點(diǎn)擊和拖拉即可完成。利用matlab進(jìn)行繼電保護(hù)原理及裝置的計(jì)算機(jī)仿真是當(dāng)今高校及科研機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)研究新型保護(hù)裝置的重要手段之一。本文根據(jù)以上線路繼電保護(hù)基本原理思路，利用matlab中的simulink模塊搭建出簡(jiǎn)單的一次供電系統(tǒng)，在這基礎(chǔ)上搭建線路繼電保護(hù)模塊，繼而設(shè)置電力系統(tǒng)故障運(yùn)行所搭建的模型，調(diào)試程序，達(dá)到保護(hù)按電流三段式原理和零序電流保護(hù)原理動(dòng)作的目的，成功完成線路繼電保護(hù)仿真。4.2 仿真設(shè)計(jì)步驟 第一步，利用 simulink 中的 simpowersystems 工具箱構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的單電源供電系統(tǒng)，并在 matlab 環(huán)境中調(diào)試成功。第二步，根據(jù)線路三段式電流保護(hù)和自動(dòng)重合閘保護(hù)

50、原理構(gòu)建線路繼電保護(hù)模塊，并結(jié)合前面搭建的供電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。再與整定值進(jìn)行配合，使保護(hù)能有選擇性的動(dòng)作滿足實(shí)際要求。第三步，根據(jù)所學(xué)的電力系統(tǒng)基本知識(shí)和線路繼電保護(hù)知識(shí)，對(duì)仿真的結(jié)果（數(shù)據(jù)、圖像、波形等）進(jìn)行分析，檢測(cè)實(shí)際仿真結(jié)果是否與理論知識(shí)一致，最后達(dá)到保護(hù)按實(shí)際情況有選擇性的快速切除故障。4.3 線路單相自動(dòng)重合閘電流保護(hù)仿真 圖中以單側(cè)電源線路為例，在線路的不同段可分別設(shè)置故障發(fā)生器，并設(shè)置線路重合閘電流保護(hù)。所建仿真模型如圖 4-1 所示。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20圖 4-1 線路單相自動(dòng)重合閘電流保護(hù)模型該模型各個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置如下：（只需雙擊模塊即可實(shí)現(xiàn)修改參數(shù)）1） “交流

51、電壓源”模塊實(shí)際為一個(gè)單相電源模塊(ac volatge source block)，通過(guò)設(shè)定該模塊的參數(shù)來(lái)模擬單電源系統(tǒng)。其參數(shù)如下表 4-1 所示。表 4-1 交流電壓源模塊參數(shù)表交流電壓源模塊參數(shù)單電源系統(tǒng)peak amplitude (v)100phase (deg)0frequency(hz)50長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21sample time0measurementsnone2）斷路器模塊“breaker”參數(shù)如表 42 所示。表 4-2 斷路器模塊參數(shù)表斷路器模塊參數(shù)breakbreakers resistance ron(ohms)0.01initial state1sn

52、ubbers resistance rs(ohms)1e6snubbers capacitance cs(f)infexternal control of switching timesmeasurementsbranch volatge and current3)線路模塊參數(shù)如表 43 所示表4-3 線路模塊參數(shù)表線路模塊參數(shù)line 1 300 kmresistance(ohms)1inductance(h/km)0.1capacitance(h/km)infset the initinal capacitor volatgecapacitor initinal volatge (v)0s

53、et the initinal inductor currentinductor initinal current0measurementsnone 4) 故障模塊參數(shù)如表 4-4 所示。表4-4 故障模塊參數(shù)表故障模塊參數(shù)three-phase faultphase a faultphase b faultphase c faultfault resistances ron (ohms)0.001長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22ground faultground resistances rg(ohms)0.001external control of fault timinginitina

54、l status of fault0 0 1snubbers resistances rp (ohms)1e6snubbers capacitance cp (ohms)infmeasurementsfault voltages and currents 5) 定時(shí)器模塊參數(shù)如表 4-5 所示。表4-5 定時(shí)器模塊參數(shù)表定時(shí)器模塊參數(shù)timertime (s)0 0.3amplitude0 16) 繼電器模塊參數(shù)如表 4-6 所示。表4-6 繼電器模塊參數(shù)表繼電器模塊參數(shù)relayswitch on point3switch off point2output when on1output wh

55、en off0enable zero crossing detectionsample time (-1 for inherited)-17) 電流測(cè)量模塊如表 4-7 所示。表4-7 電流測(cè)量模塊參數(shù)表電流測(cè)量模塊參數(shù)current measurementoutput signalmagnitude4.3.1 “單相自動(dòng)重合閘”電流保護(hù)模塊子系統(tǒng)（subsystem）單相自動(dòng)重合閘電流保護(hù)模型可以分為 6 個(gè)部分：（1）測(cè)量模塊，由萬(wàn)用表（multimeter）采集流過(guò)圖 4-1 中線路首端斷路器模塊的電長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23流，從而得到電流的采樣值。（2）保護(hù)模塊，模塊主要由傅立

56、葉變換模塊（fourier） 、繼電器(realy)、延遲模塊(transport delay,本例中設(shè)入延時(shí)值為 0.05s),其主要功能是將經(jīng)傅立葉變換后的零序電流幅值與定值相比較，一旦大于定值，才經(jīng)延時(shí)輸出為“0” 。（3）保護(hù)出口模塊，該模塊的主要功能是將保護(hù)模塊的動(dòng)作行為保持，主要由非門(mén)(not)、加法器(sum)和常數(shù)(constant)、使能子系統(tǒng)模塊(enable subsystem)構(gòu)成。由于使能子系統(tǒng)模塊的特點(diǎn)是：使能端輸入正數(shù)或零時(shí)，子系統(tǒng)開(kāi)啟；使能端輸入負(fù)數(shù)時(shí)，子系統(tǒng)關(guān)閉，模塊輸出端為初始值或保持前一狀態(tài)。而保護(hù)模塊中延遲模塊的輸出為“1”或“0” ，因此不能接在使能端

57、上，否則會(huì)一直使保護(hù)出口模塊始終處于使能狀態(tài)，輸出為“1” 。由圖 4-1 可見(jiàn)，如保護(hù)模塊中延遲模塊的輸出為“0”,則經(jīng)非門(mén)再與常數(shù)-0.5 相加后，可是保護(hù)出口模塊使能端輸出為“1”。保護(hù)出口模塊輸出為“0” 。（4）重合閘模塊，主要功能是在第一次判斷線路發(fā)生故障跳閘后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間實(shí)現(xiàn)斷路器重合。主要由非門(mén)，一個(gè)常數(shù)發(fā)生器（發(fā)出-0.5） ，加法器、使能子系統(tǒng)、延遲模塊（transport delay,本例中設(shè)入延時(shí)值為 0.3s）組成。如保護(hù)模塊輸出為 0，則經(jīng)整定延時(shí)后，重合閘使能出口模塊輸出為“1” 。（5）后加速模塊，主要功能是判斷斷路器重合后故障是否存在。如故障依然存在，則發(fā)出

58、跳閘命令并不再重合；如故障解除，則保持合閘狀態(tài)。主要由非門(mén)(not)、加法器(sum)和常數(shù)(constant)、使能子系統(tǒng)模塊(enable subsystem)等模塊構(gòu)成。后加速模塊的邏輯功能基本等同于保護(hù)模塊和保護(hù)出口模塊的功能合成，不同的是后加速模塊是在重合閘后啟動(dòng)的，另外，該模塊要實(shí)現(xiàn)加速跳閘的功能，因此在本例中設(shè)定延時(shí)值為 0.01s。（6）執(zhí)行模塊，將（2） 、 （3） 、 （4）部分的波形相加，最終形成正確的斷路器控制波形。注意在一個(gè)采樣點(diǎn)，還有子系統(tǒng)命名問(wèn)題，不能重復(fù)。4.3.2 系統(tǒng)中的小模塊介紹1）基波傅立葉變換傅立葉模塊的作用是輸出各相電流的基波和幅值，從而輸入 s-f

59、unction 模塊中使運(yùn)算中通過(guò)公式 a+ jb = i*cosj + ji*sinj，把電流變換成復(fù)數(shù)形式進(jìn)行運(yùn)算。如圖 4-3 所示。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 4-2 基波傅立葉變換2）繼電器模塊它的功能就跟實(shí)際的繼電器一樣，當(dāng)輸入值大于預(yù)先設(shè)置的定值時(shí)，輸出為“1” ，即動(dòng)作；當(dāng)輸入值小于預(yù)先設(shè)置的定值時(shí)，繼電器返回，輸出為“0” 。其參數(shù)設(shè)置如圖 4-3所示。圖 4-3 繼電器模塊參數(shù)設(shè)置圖3）延遲模塊它的功能就是將輸入信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以根據(jù)時(shí)間情況來(lái)設(shè)置。其參數(shù)設(shè)置如圖 4-4 所示。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25圖 4-4 延遲模塊參數(shù)設(shè)置圖4）非門(mén)模塊它

60、的功能就是對(duì)輸入的信號(hào)值取反，輸入是“1” ，輸出則為“0” ； 輸入是“0” ，輸出則為“1” 。4.3.3 設(shè)置故障與仿真結(jié)果 因?yàn)楸痉抡媸菍?duì)線路發(fā)生接地故障時(shí)，斷路器跳閘繼而再重合閘，所以就在線路的中點(diǎn)設(shè)置了一個(gè)接地故障，具體又分為永久性和瞬時(shí)性接地故障： 1）永久性接地故障本設(shè)計(jì)設(shè)置的是線路在 0.3s 發(fā)生永久性接地故障，在設(shè)置完仿真參數(shù)后，執(zhí)行仿真，仿真結(jié)果是：線路在 0.3s 之前是正常運(yùn)行的有一個(gè)線路電流，在 0.3s 發(fā)生永久性接地故障，電路電流突然變大，在經(jīng)過(guò)保護(hù)的 0.05s 延時(shí)后跳閘，經(jīng)過(guò) 0.1s 延時(shí)后，重合閘動(dòng)作，斷路器重合，又經(jīng)過(guò) 0.08s 延時(shí)后，重合閘后