（电力系统及其自动化专业论文）特高压输电线能量方向纵联保护.pdf

a b s t r a c t t h ea d v a n t a g e so fp i l o tr e l a yp r o t e c t i o nw i t hd i r e c t i o n a lc o m p a r i s o n ，s u c ha s l i u l ei n f o r m a t i o nd a t ar e q u i r e df o rc o m m u n i c a t i o n ，l o wd e p e n d e n c eo nt h es p e e do f c o m m u n i c a t i o n ，t h eq u a l i t yo fc h a n n e la n ds t r i c td a t as y n c h r o n i z a t i o no ft w os i d e s ， h a v em a d ei tm o r es u i t a b l et ob ea p p l i e do nh vt r a n s m i s s i o nl i n ea st h em a i n p r o t e c t i o n a tt h es a m et i m e ，d i r e c t i o n a lp i l o tr e l a yp r o t e c t i o ni so n eo ft h ei m p o r t a n t t o p i c so fr e l a yp r o t e c t i o nr e s e a r c h ，t h ek e ye l e m e n to ft h ep r o t e c t i o ni st h ed i r e c t i o n a l r e l a y t r a d i t i o n a le n e r g yd i r e c t i o n a lr e l a yf a i l st od i s c r i m i n a t ef a u l td i r e c t i o no nt h e vl o n gd i s t a n c et r a n s m i s s i o nl i n e ；a n do w i n gt ot h es y s t e mr e s i s t a n c ei st o os m a l l a c t i v ee n e r g yd i r e c t i o n a lr e l a yw i l ln o tw o r kw h e nt h e r ei saf a u l to u t s i d et h e t r a n s m i s s i o nl i n e t or e s o l v et h i sp m b l e m ，a ne n e r g yd i r e c t i o n a lr e l a yb a s e do nf a u l t c o m p o n e n t sa n db e r g e r o na l g o r i t h mf o rl o n gd i s t a n c ei 詹t r a n s m i s s i o nl i n ei s p r o p o s e d ，a n dac o r r e s p o n d i n gd i r e c t i o n a lp i l o tr e l a yp r o t e c t i o np r i n c i p l ei sp r e s e n t e d t h i sw i l lg r e a t l yi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fr e l a yp r o t e c t i o n t h eo p e r a t i o nc r i t e r i o n a n da c t i o np e r f o r m a n c ea r ed i s c u s s e d t h ec o r r e c t n e s sa n dr e l i a b i l i t yo ft h e d i r e c t i o n a lp r o t e c t i o np r i n c i p l ea n di t so p e r a t i o nc r i t e r i o ni s p r o v e d b yd i g i t a l s i m u l a t i o n t h ee n e r g yd i r e c t i o n a lr e l a y , w h o s eo p e r a t i n gt i m ei sl e s st h a n2 0 m s ，w i l l n o tb ea f f e c t e db yo p e r a t i n gc o n d i t i o no ft h ep o w e rs y s t e m ，f a u l tr e s i s t a n c ea n d d i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e ，f u r t h e r m o r e ，i t ss e n s i t i v i t yw i l lu n a f f e c t e db yt h et y p eo r p o s i t i o no ft h ef a u l t t h i sp a p e ra l s op r o p o s e sa na p p l i e ds o f t w a r e ，w h i c hi sb a s e do no p e ns i m u l a t i n g s y s t e mo fd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fr e l a yp r o t e c t i o n ，m a i n l yu s i n ga d v a n c e d c o m p u t e rl a n g u a g e ss u c h 嬲v i s u a lc + 卜6 0 t h es i m u l a t i n go ft r a n s f o r m e rp r o t e c t i o n o ft h ea p p l i e ds o f t w a r ew a sp r o g r a m m e db ym o d u l ed e s i g n i n gm e t h o d ，i ti n c l u d e s t r a n s f o r m i n gm o d u l e ，f i l t e rm o d u l e ，o p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i cm o d u l ea n di n t e l l i g e n t g r a p h i cm o d u l e e a c hm o d u l ew o r k si n d e p e n d e n t l y , t r a n s f o r m st h ed a t af r o m s e l f - d e f i n e ds t a n d a r di n t e r f a c e ，t h u st h e yc a nm a k et h es y s t e ms e c u r ea n df a s t t h i s s o f t w a r ei su s e f u lf o re x a m i n i n gt h ec o r r e c t n e s so f o p e r a t i o no fr e l a yp r o t e c t i o na n d f o rn e wp r o t e c t i o np r i n c i p l ed e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：b e r g e r o nm o d e l ，f a u l tc o m p o n e n t s ，e n e r g yd i r e c t i o n a lr e l a y , u h v , d i g i t a ls i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：司毒群 签字日期： ? 彻7 年，月主7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文韵复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名。 ，秘拜 导师签名： 搿蠡套 签字日期：抑7 年 月z 7 日 签字日期：嘲年月2 - 7 日 f 第一章绪论 1 1 本课题研究的意义1 1 1 】 第一章绪论 全面建设小康社会需要坚强的国家电网。加快建设以特高压为核心的坚强 的国家电网，对于实现更大范围内的资源优化配置、推动我国能源的高效开发 利用、促进经济社会可持续发展和全面建设小康社会具有重大的意义。为了建 设坚强的国家电网，国家电网公司提出了加快建设由百万伏级交流和正负8 0 0 千伏级直流系统构成的特高压电网的发展目标。 建设特高压电网作为我国电力工业技术创新的重大举措，首先将会满足未 来持续增长的电力需求，其次必定会提高我国能源开发和利用效率、培育和发 展国家电力市场：所以建设特高压电网必将大大提高我国电力工业整体效益。 高压电网技术的出现与发展，代表着电力与电工领域生产力水平的提高， 而特高压电网技术则是当代高电压发展的重要阶段性标志。毋庸置疑，特高压 电网在中国的出现将成为中国电力发展的重要里程碑。众所周知，输电线的输 送能力与其额定电压的平方成正比，与波阻抗成反比。仅从电压考虑，7 5 0 千伏 输电线的自然功率比5 0 0 千伏输电线大一倍多，再考虑至u 7 5 0 千伏输电线的波阻 抗小于5 0 0 千伏输电线的波阻抗，其自然功率将更高。而从建设投资看，7 5 0 千 伏输电线的投资比5 0 0 千伏输电线投资的增长不到半倍( 杆塔高出约1 4 ，导线根 数约多半倍，而架设费用大致相同) ，故有明显的经济效益。百万伏级输电线的 输送容量是5 0 0 k v 输电线的4 倍，投资增加约一倍，具有更大的经济效益。此外 特高压输电线占地面积可大大减少。 基于上述优点，美国、俄罗斯、巴西、加拿大、意大利等国在进行了大规 模的特高压输电的研究工作并取得了满足工程需要的数据、资料和工程原型设 备产品后，前苏联和日本已于上世纪8 0 年代相继建成了特高压输电线路，其它 国家也建成了各自的实验线路。 特高压线路参数与超高压线路参数相比，为了提高其传输能力，减小电压 损耗，其分布电阻和电感较小，其电阻与电抗之比远小于超高压线路，而分布 第一章绪论 电容较大。另外特高压输电线一般比较长，因此，线路电压、电流在故障和断 路器操作的暂态过程中的特性更为明显。因而随着电压等级的提高，对于相应 的电力系统各主要元件的保护也提出了更高的要求，同时遇到了许多传统保护 很难解决的问题。尤其是对特高压输电线路的保护要考虑限制操作过电压的问 题，我们要兼顾保护性能和动作的速度，要大大提高可靠性；因此针对于特高 压输电线路的保护也是近年来继电保护研究的重点之一。 目前在5 0 0 千伏线路上，我国有多种保护原理可以选择，如分相电流差动保 护与工频变化量距离保护，这些都已成为5 0 0 千伏线路的主保护；但是对于7 5 0 千伏和特高压长输电线路，我国现有的这些保护原理会遇到什么问题，性能是 否能够满足要求等都需要详细而深入的分析与验证。针对发现的问题也有必要 进行改进。同时在此基础之上，进一步研究性能更好的继电保护原理将会极大 地丰富我国继电保护理论，为将来特高压长线路的保护提供更有力的理论武器。 1 2 本课题的研究现状2 4 】【1 2 】 方向比较式纵联保护具有受分布电容电流影响小、通信量小、对通信要求 不高等优点，所以一直是高压输电线路上采用的主要保护形式之一，同时它也 是继电保护研究的重点之一。方向元件是方向比较式纵联保护的核心和关键， 方向元件的性能很大程度上决定了整个保护的性能。因此，通常以方向元件的 原理和类型来对方向比较式纵联保护进行分类，迄今为止提出的方向元件从所 利用的故障信息的角度大体上分为三类：工频方向元件、行波方向元件和基于 暂态能量方向元件。 第一类是基于工频电气量的方向元件，主要包括负序方向元件、零序方向 元件、正序故障分量方向元件、工频变化量方向元件、相电压补偿式方向元件 等等，这一类方向元件仅采用工频电气量来构成方向判据，具有动作稳定、可 靠的优点，作为一种成熟的保护元件，它们已经在电力系统中得到了广泛的应 用，但是，基于工频电气量的方向元件的动作速度和行波方向元件相比仍然比 较慢。 第二类是利用暂态行波的方向元件，主要包括行波极性比较式方向元件、 行波幅值比较式方向元件、波阻抗方向元件、行波功率方向元件、比率式行波 第一章绪论 方向元件等等，其中极性比较式方向元件已经投入了电力系统的实际运行。这 一类方向元件具有行波保护所固有的优点和缺点。它们仅利用初始行波波头信 息由于行波传播速度接近于光速，而光速是自然界中信息传播速度的极限，所 以行波方向元件在理论上具有最快的动作速度。此外，行波方向元件还具有不 受过渡电阻、分布电容、c t 饱和等因素影响的优异性能，但是和工频方向元件 相比，受雷电、系统操作等影响行波方向元件的可靠性相对较差。 第三类方向元件介于第一类和第二类之间，它不再严格区分输入电气量属 于暂态行波还是工频电气量。该方向元件利用在故障分量网络中，暂态能量由 故障点向线路两侧系统传输的这一故障特征构成方向判据。该故障特征在故障 发生后的较长时间内都一直成立，由于该方向元件无需求取电压和电流的工频 电气量，所以其速度比传统的基于工频电气量的方向元件要快，同时它又不需 要严格获取行波的初始波头，所以其可靠性相对较高。 但是暂态能量方向元件存在不足，表现在如果两侧系统的有功损耗很小， 此时能量函数将在故障后周期性地接近零点。当能量函数接近于零时，该方向 元件的灵敏度不足，无法正确判断故障方向，因此如果想在故障后较长时间内 都稳定地获取故障方向将有困难，这在很大程度上限制了该方向元件的动作性 能。实际上，在故障分量网络中，系统等效阻抗是以感性负荷为主的，其消耗 的无功大于其消耗的有功，而其暂态能量方向元件仅仅考虑其消耗的有功，这 样对故障信息的利用是不够全面的，这会影响方向元件的性能。此外，暂态能 量方向元件利用的是暂态能量信息进行判断，而暂态能量实际上是暂态行波在 输电线路上来回折反射形成的暂态波所携带的能量。 综上所述，在各种类型的输电线路方向比较式纵联保护中，行波保护与工 频保护都各自存在着优缺点，但是都还不能完全满足特高压系统对于保护速度 与高可靠性的要求；针对以上保护中存在的问题，本文将进行深入的研究。 1 3 本课题拟研究解决的问题和主要工作1 1 3 1 准备研究解决的问题 方向比较式纵联保护具有通信量小、对通信速率和通道性能要求不高、不 第一章绪论 要求两侧数据严格同步等优点，一直是高压输电线路上采用的主保护之一，方 向元件是方向比较式纵联保护的核心。因此，方向元件的性能很大程度上决定 了整个保护的性能。在特高压长距离输电线路上，分布电容电流较大，尤其在 故障暂态过程中电容电流将更大而且难以进行有效的补偿，这极大地影响了保 护在线路区内外故障时工作的正确性和可靠性；另一方面，与传统保护相比应 用输电线路故障分量的保护具有许多优点，如动作快、不受负荷、过渡电阻和 系统振荡的影响；基于以上两点，本文提出了基于贝瑞隆模型和故障分量的能 量方向元件，该方向元件利用在故障分量网络中线路两侧保护测量到的有功能 量的符号，这样就解决了传统的测量视在能量方向元件在特高压线路中受大电 容电流影响无法正确判别故障方向的问题，同时利用贝瑞隆模型将线路两端的 电压补偿至线路中点，解决了当线路反方向故障时由于系统内电阻很小致使有 功能量方向元件不能正确判别故障方向的问题。 1 3 2 本论文的主要工作 本课题的主要工作包括以下几个方面： ( 1 ) 第一章，绪论。论述了本课题的研究背景、目的和意义，概述了方向比 较式纵联保护的研究现状，并给出了现有的各种保护所存在的问题，为全文的 研究指明了方向。 ( 2 ) 第二章，提出了一种基于故障分量的有功能量方向元件，并且提出了相应 的方向纵联保护原理，提出了保护的动作判据及其实用化判据，分析了保护在 区内外故障时的动作特性，同时分析了该保护的基本性能。 ( 3 ) 第三章，仿真分析。介绍了a t p 和m a t l a b 仿真软件在文中的具体应用方 法，并针对本文提出的故障分量式有功能量方向元件的原理，进行了大量的仿 真实验，通过对仿真数据分析，同时其它保护原理相比较。 ( 4 ) 第四章，提出并分析了基于非故障分量的有功能量方向元件。 ( 5 ) 第五章，介绍了电力系统继电保护动态性能仿真软件。 ( 6 ) 第六章，介绍了仿真软件的数据输入模块和滤波模块。 4 第一章绪论 ( 7 ) 第七章，详细介绍了变压器保护仿真。 ( 8 ) 第八章结论。 第二章能量方向比较式纵联保护的基本原理 第二章能量方向比较式纵联保护的基本原理 2 1 = _ t f l 输电线路的贝瑞隆模型5 】 由b e r g e r o n 提出的贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型，它反映了 输电线路内部无故障时( 包括稳态运行和区外故障) 两端电压电流之间的关系， 而当线路内部故障时，相当于在故障点增加了一个节点，这种关系被破坏。 三相输电线路上的波过程可以用下式描述( 在超高压和特高压上可忽略电导) ： 上式中材和i 分别为三相输电线路电压电流瞬时值列向量，r 、l 、c 分别表 示电阻、电感和电容参数矩阵。 输电线的各相之间是有耦合的，这表现在上式中电阻r 、电容c 、电感参 数矩阵中有非零非对角元素。无论是完全换位的平衡线路还是不平衡线路，都 可以通过一定的转换矩阵使其参数矩阵完全对角化或近似对角化即转化为模分 量，从而形成相互之间没有耦合的模分量。其中线路的每一模分量都满足贝瑞 隆模型。 设s 和q 分别是电压和电流列相量“和i 的变换矩阵，则有： f “= s u 胁 1 f - 瓯 ( 2 2 ) 对于完全换位的平衡线路s = q ，对于不完全换位的输电线路ts = q ，其中 “m 和分别为模量上的电压电流列相量。 将公式( 2 2 ) 代入( 2 1 ) ： 6 2 西一西 丝西 r c = = 知一苏钟一l毽 ，。，卜 第二章能量方向比较式纵联保护的基本原理 ( 2 3 ) 其中如= s 一1 肥、l 肌= s - 1 l q 、c m = q c s ，r m 、l m 和为对角矩阵，因 此经过上述变换后，各模电路之间是没有耦合的，对于每一模电路都可以采用 贝瑞隆模型进行计算。 常用的三维模变换矩阵有： ( 1 ) 对称分量变换矩阵 吲= 1 亡三，p r l = 1 三亡 ( 2 ) c l a r k e 变换矩阵 p ，= i 三。 ，p r l = 吉匿三 ( 3 ) k a r e n b a u e r 变换矩阵 阱 1 r l1 ，p r ：委l ，一l 3 l 1 0 本文采用k a r e n b a u e r 变换矩阵求模分量， 三。 对于非均匀换位线路不能使用固 定的模变换矩阵，可以根据线路参数在实域或复数域中求解模变换矩阵。 2 2 保护的基本原理 基本原理图如图2 1 所示。根据叠加原理，线路发生故障后的状态可分解为 正常系统与故障分量系统。设电流以从母线流入线路为正方向，基于故障分量 系统，首先由线路首端的故障分量电压电流，用贝瑞隆算法求得线路中点的电 压，用此电压与首端的故障分量电流进行积分求得从首端输入线路的故障分量 有功能量；同理，由线路末端的故障分量电压电流求得线路中点的电压，用此 盐西盟国 胁 晰 一 = = 监叙篮f15 1il叫 1 l 一。也。 第二章能量方向比较式纵联保护的基本原理 电压与末端的故障分量电流进行积分求得从末端输入线路的故障分量有功能 量。 当系统正常运行时，理论上由于无故障分量，故故障分量能量为零；则当 反方向故障时，靠近故障点一端计算的有功能量为正，发出闭锁信号，闭锁两 端保护( 当采用闭锁式纵联保护时) ；当正方向区内故障时，两端计算的有功能 量都为负，都不发出闭锁信号，保护可以跳闸。或者都向对端发出允许信号， 允许对端跳闸( 当采用允许式纵联保护时) 。从而构成方向比较式纵联保护。 图2 - 1 系统基本原理图 故障分量系统原理如图2 2 所示。当线路发生故障时，可分解为正常状态和 故障附加状态( 亦即故障分量系统) ；在故障分量系统中根据b e r g e r o n 模型，由 线路两端电压、电流故障分量可分别求得线路中点( 或任意一点) 的电压故障 分量；那么对应的线路两端的故障分量有功能量分别如下： = 岳陀a u mk ( f ) a j m ( f ) c o sm ( f ) d t a w = 岳7 2 u n - k ( f ) n ( f ) c o s n ( ，) d t ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 其中是线路始端计算得到的故障分量有功能量，是线路末端计算 得到的故障分量有功能量；| ( f ) 为由线路始端得到线路中点电压故障分量 一 的有效值，峨( f ) 为线路始端电流故障分量的有效值，c o s ( f ) 为t 与k 之 间的相角差余弦值，同理可知七( f ) 、。( ，) 、c o s 9 。( f ) ；积分时间为系统的 半个工频周期t 2 。 第二章能量方向比较式纵联保护的基本原理 图2 - 2 故障分量系统原理图 ( 1 ) 在系统正常运行的情况下系统中没有故障分量，所以理论上= = o ； ( 2 ) 在线路发生区外故障的情况下，玎，m o 且 0 ( m 侧反方向短路) 或 0 ( n 侧反方向短路) ； ( 3 ) 在线路发生区内故障的情况下，a w m o 且 a w ( 2 6 ) 阡k = 工；化u 加t ( f ) a m ( t ) c o s p 册( t ) o d t w 乃二= j 孑u 所t ( f ) ，历( f ) c o s ( 9 历+ 口) o ) d t 一形 ( 4 7 ) ( 4 8 ) ( 4 9 ) 故u 聊一t 为 ( 4 1 0 ) ( 4 1 1 ) 其中形为能量定值( 为大于零的实数) ，t 为能量积分的时间；当保护满 足( 4 1 0 ) 式时即可知线路m 侧的正方向发生了故障，而当保护满足( 4 1 1 ) 式时 即可知线路m 侧的反方向发生了故障；n 侧保护判据与m 侧相同。 在实际应用中可以根据系统的实际情况选择一合适的能量定值用以躲过系 统正常运行时的不平衡能量。仿真证明了该原理的正确性与可靠性。 4 3 仿真分析 电力系统数字仿真模型及其参数设置与第二章完全相同，在此不再赘述。 根据不同的故障类型将给出线路不同位置处发生故障时的仿真结果。其中能量 积分时间为3 倍采样间隔1 5 m s 。 第四章基于非故障分量的有功能量方向元件 4 3 1 两相短路 表4 1 非故障分量有功能量方向元件在m 侧保护正方向发生两相短路情况下的仿真结果 d = 1 5 0 k m ( 正方向)d = 2 5 0 k m ( 下方向)d = 3 5 0 k m ( 正方向)反方向故障 盯7w m a 门 w mc jw ma jw mc jw ma jw mc j w a t 3 9 7- 4 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6 4 0 9 e + 0 6 4 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6 故障前3 9 84 0 9 e + 0 6 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 3 9 9- 4 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 - 4 0 9 e + 0 6 - 4 0 9 e + 0 6 4 0 0- 2 4 0 e + 0 62 1 6 e + 0 62 3 2 e + 0 6- 4 0 3 e + 0 6- 2 1 0 e + 0 6- 3 8 7 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 故障时刻 4 0 1- 9 6 4 e + 0 52 0 8 e + 0 5 8 6 9 e + 0 5 1 8 4 e + 0 6 8 7 1 e + 0 5 一1 3 2 e + 0 64 4 3 e + 0 6 4 0 23 8 7 e + 0 58 3 5 e + 0 54 7 1 e + 0 55 5 9 e + 0 52 5 9 e + 0 51 2 7 e + 0 65 4 2 e + 0 6 4 0 31 0 3 e + 0 62 5 3 e + 0 69 2 4 e + 0 51 3 6 e + 0 66 4 4 e + 0 52 2 4 e + 0 66 1 0 e + 0 6 4 0 41 6 7 e + 0 64 5 2 e + 0 68 7 5 e + 0 51 3 3 e + 0 65 9 0 e + 0 52 0 8 e + 0 65 6 l e + 0 6 4 0 52 3 8 e + 0 65 2 1 e + 0 61 0 4 e + 0 62 0 5 e + 0 64 5 3 e + 0 51 3 5 e + 0 6- 4 7 9 e + 0 6 4 0 62 6 4 e + 0 65 9 5 e + 0 61 5 0 e + 0 63 6 8 e + 0 63 2 6 e + 0 58 3 9 e + 0 5- 4 4 7 e + 0 6 4 0 7 2 9 1 e + 0 6 7 0 5 e + 0 61 8 8 e + 0 64 8 5 e + 0 62 7 7 e + 0 5 1 7 7 e + 0 6- 4 3 6 e + 0 6 4 0 83 2 1 e + 0 67 2 2 e + 0 61 9 1 e + 0 64 6 7 e + 0 63 2 1 e + 0 53 3 5 e + 0 6- 4 2 4 e + 0 6 4 0 93 1 6 e + 0 67 3 6 e + 0 61 7 4 e + 0 63 9 7 e + 0 64 8 7 e + 0 54 2 9 e + 0 64 0 6 e + 0 6 故障半周 4 1 02 9 9 e + 0 67 8 0 e + 0 61 5 7 e + 0 63 9 4 e + 0 67 3 5 e + 0 54 6 7 e + 0 6- 3 8 1 e + 0 6 波后4 1 13 o o e + 0 68 1 5 e + 0 61 4 9 e + 0 64 5 2 e + 0 61 0 8 e + 0 64 4 8 e + 0 6- 3 7 2 e + 0 6 4 1 22 8 2 e + 0 69 0 8 e + 0 61 5 3 e + 0 65 0 3 e + 0 61 4 7 e + 0 63 9 0 e + 0 6- 3 8 9 e + 0 6 4 1 32 1 3 e + 0 61 0 1 e + 0 71 7 6 e + 0 65 5 3 e + 0 61 4 6 e + 0 63 4 j 4 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 4 1 4 1 7 2 e + 0 61 1 2 e + 0 7 2 0 5 e + 0 6 6 1 9 e + 0 6 1 1 0 e + 0 63 2 5 e + 0 6- 4 2 3 e + 0 6 4 1 51 7 2 e + 0 61 3 4 e + 0 72 0 8 e + 0 66 6 0 e + 0 69 4 4 e + 0 53 9 9 e + 0 6- 4 3 8 e + 0 6 4 1 61 2 1 e + 0 61 5 0 e + 0 72 0 2 e + 0 66 9 3 e + 0 61 1 9 e + 0 6 5 9 0 e + 0 64 6 8 e + 0 6 4 1 71 0 4 e + 0 61 5 7 e + 0 72 4 8 e + 0 68 0 9 e + 0 62 2 0 e + 0 67 7 8 e + 0 65 2 3 e + 0 6 4 1 82 4 2 e + 0 61 6 6 e + 0 73 8 4 e + 0 69 8 5 e + 0 64 1 6 e + 0 68 4 8 e + 0 66 0 6 e + 0 6 4 1 94 2 5 e + 0 61 6 4 e + 0 75 6 4 e + 0 61 0 5 e + 0 75 7 4 e + 0 68 0 7 e + 0 6- 7 1 2 e + 0 6 3 l 第四章基于非故障分量的有功能量方向元件 4 3 2 两相接地短路 两相接地短路情况与单相接地短路仿真情况基本相同，故不再给出仿真数据表。 4 3 3 单相接地短路 表4 - 2 非故障分量有功能量方向元件在m 侧保护正反方向发生单相接地短路情况下的仿真 结果 d = 1 5 0 k m ( 正d = 2 5 0 k m ( 正方d = 3 5 0 k m ( 正 反方向故障 序号 方向)向)方向) w ma j礓ma 旭w l na jw ma j 3 9 74 0 9 e - 0 64 0 9 e - 0 64 0 9 e - 0 64 0 9 e - 0 6 故障前3 9 84 0 9 e - 0 64 0 9 e 0 64 0 9 e - 0 64 0 9 e - 0 6 3 9 94 0 9 e - 0 64 0 9 e 一0 64 0 9 e - 0 64 0 9 e - 0 6 4 0 02 4 0 e + 0 52 3 2 e + 0 52 1 0 e + 0 5- 4 0 9 e + 0 6 故障时刻 4 0 l 9 6 4 e + 0 5 8 6 9 e + 0 58 7 1 e + 0 5- 4 4 3 e + 0 6 4 0 23 8 7 e + 0 54 7 1 e + 0 52 5 9 e + 0 5- 5 4 2 e + 0 6 4 0 31 0 3 e + 0 69 2 4 e + 0 56 “e + 0 56 1 0 e + 0 6 4 0 41 6 7 e + 0 68 7 5 e + 0 55 9 0 e + 0 55 6 1 e + 0 6 4 0 52 3 8 e + 0 61 0 4 e + 0 64 5 3 e + 0 5- 4 7 9 e + 0 6 4 0 62 6 4 e + 0 6 1 5 0 e + 0 63 2 6 e + 0 5 - 4 4 7 e + 0 6 4 0 72 9 1 e + 0 61 8 8 e + 0 62 7 7 e + 0 5- 4 3 6 e + 0 6 4 0 83 2 1 e + 0 61 9 1 e + 0 63 2 1 e + 0 5- 4 2 4 e + 0 6 4 0 9 3 1 6 e + 0 6 1 7 4 e + 0 64 8 7 e + 0 54 0 6 e + 0 6 4 1 02 9 9 e + 0 61 5 7 e + 0 67 3 5 e + 0 53 8 1 e + 0 6 故障半周波后 4 1 l3 o o e + 0 61 4 9 e + 0 61 0 8 e + 0 6- 3 7 2 e + 0 6 4 1 2 2 8 2 e + 0 61 5 3 e + 0 6 1 4 7 e + 0 6- 3 8 9 e + 0 6 4 1 32 1 3 e + 0 61 7 6 e + 0 61 4 6 e + 0 64 0 9 e + 0 6 4 1 41 7 2 e + 0 62 0 5 e + 0 61 1 0 e + 0 6- 4 2 3 e + 0 6 4 1 51 7 2 e + 0 62 0 8 e + 0 69 4 4 e + 0 5- 4 3 8 e + 0 6 4 1 61 2 1 e + 0 62 0 2 e + 0 61 1 9 e + 0 6- 4 6 8 e + 0 6 4 1 71 0 4 e + 0 62 4 8 e + 0 62 2 0 e + 0 6 - 5 2 3 e + 0 6 4 1 82 4 2 e + 0 63 8 4 e + 0 64 1 6 e + 0 66 0 6 e + 0 6 4 1 94 2 5 e + 0 65 6 4 e + 0 65 7 4 e + 0 6- 7 1 2 e + 0 6 3 2 第四章基于非故障分量的有功能量方向元件 4 3 4 三相短路 表4 3 非故障分量有功能量方向元件在m 侧保护正反方向发生三相短路情况下的仿真结果 d = 1 5 0 k m ( 正d = 2 5 0 k m ( 正d = 3 5 0 k m ( 正 反方向故障 序号 方向)方向)方向) w ma j w ma jw ma l lw ma j 3 9 74 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 故障前 3 9 84 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6- 4 0 9 e + 0 6 3 9 94 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 64 0 9 e + 0 6 4 0 02 0 2 e + 0 62 0 3 e + 0 64 5 2 e + 0 5- 4 0 9 e + 0 6 故障时刻 4 0 l一6 8 2 e + 0 56 9 8 e + 0 52 9 6 e + 0 54 2 5 e + 0 6 4 0 23 8 9 e + 0 52 5 2 e + 0 5 1 7 0 e + 0 54 7 3 e + 0 6 4 0 37 5 4 e + 0 54 3 0 e + 0 58 7 1 e + 0 55 5 5 e + 0 6 4 0 47 3 4 e + 0 53 2 8 e + 0 51 6 9 e + 0 6- 6 6 6 e + 0 6 4 0 58 3 6 e + 0 53 1 1 e + 0 51 9 6 e + 0 6- 7 2 1 e + 0 6 4 0 61 o o e + 0 62 6 9 e + 0 51 7 1 e + 0 66 5 3 e + 0 6 4 0 79 4 2 e + 0 52 6 6 e + 0 51 6 9 e + 0 65 4 3 e + 0 6 4 0 89 8 7 e + 0 55 2 4 e + 0 51 9 7 e + 0 64 7 0 e + 0 6 4 0 91 3 6 e + 0 69 4 4 e + 0 52 2 5 e + 0 64 2 1 e + 0 6 4 1 01 4 1 e + 0 61 0 9 e + 0 62 6 3 e + 0 63 8 1 e + 0 6 故障后 4 1 l1 3 7 e + 0 69 4 1 e + 0 52 9 5 e + 0 63 5 4 e + 0 6 4 1 21 5 1 e + 0 6 8 9 2 e + 0 52 5 2 e + 0 6 3 3 6 e + 0 6 4 1 31 0 5 e + 0 6 1 1 4 e + 0 6 1 5 2 e + 0 63 2 3 e + 0 6 4 1 41 0 2 e + 0 61 5 3 e + 0 61 5 9 e + 0 6- 3 1 8 e + 0 6 4 1 51 3 6 e + 0 61 6 5 e + 0 63 1 4 e + 0 63 2 4 e + 0 6 4 1 61 2 1 e + 0 61 4 3 e + 0 64 2 0 e + 0 63 4 5 e + 0 6 4 1 7 1 3 4 e + 0 61 0 9 e + 0 63 5 7 e + 0 63 8 8 e + 0 6 4 1 81 3 9 e + 0 6 8 7 7 e + 0 52 1 3 e + 0 6- 4 7 0 e + 0 6 4 1 91 4 5 e + 0 61 0 1 e + 0 6 8 4 9 e + 0 5- 6 0 7 e + 0 6 由表4 1 、4 2 、4 3 可见，当距离线路m 侧保护正方向1 5 0 k i n 、2 5 0 k m 、3 5 0 k m 处发生故障后，线路故障相所对应的非故障分量有功能量迅速激增至相对于故 障前很高的数值，而且全部为正值，而当线路m 侧发方向发生故障后，故障相 相应的非故障分量有功能量也迅速激增至相对于故障前很高的数值，保护不会 误动。 第四章基于非故障分量的有功能量方向元件 4 4 本章小结 本章提出了基于非故障分量的有功能量方向元件，分析了其基本原理；由 于基于故障分量的有功能量方向元件的保护在故障后两个周波以后，故障分量 无法正确提取，此时保护应自动切换为本故障分量原理。本方向元件能够解决 当线路出口发生故障时由于系统内电阻小而导致有功能量方向元件不能正确做 出判断的问题。同时还可以减少分布电容电流的影响。给出了根据线路不同故 障类型情况下方向元件的能量计算表达式，最后进行了数字仿真，仿真结果表 明，本方向元件具有优良的动作性能。 第五章开放式电力系统继电保护动态性能仿真软件总体介绍 第五章开放式电力系统继电保护动态性能仿真软件总体介绍 5 1 动态仿真软件的发展现状 1 6 - 1 8 】 自1 9 8 4 年国内第一台微机型高压输电线路保护装置投入运行以来，微机继 电保护的发展十分迅速。与之相适应，微机继电保护测试、仿真设备也取得了 长足的进步，已完成了由传统的模拟式继电保护测试设备向微机继电保护测试、 仿真设备的发展过程。 i e e e 电力系统继电保护专委会的一个工作组1 9 9 8 年发表的一份专业报告 也阐述了继电保护测试的数字仿真性能要求，强调了继电保护测试将从常规的 稳态测试过渡到实时数字仿真测试的重要性。实时数字仿真技术用于继电保护 装置全面、完整、真正闭环的测试将是一种发展趋势，必将得到广大继电保护 工作者的认同，有着良好的应用前景。 目前国外两种主要的实时数字仿真设备是r t d s 和d s f 一2 。r t d s 是加拿大 r t d s 公司生产的实时数字仿真系统，其技术水平在电力系统仿真领域处于国际 领先地位，在国内外的一些著名公司如a b b 、西门子等都得到了很好的应用。 r t d s 数字仿真系统在电力系统研究、继电保护新原理的前期开发验证、继电保 护产品的测试等方面具有良好的应用前景。 d s f 2 是一种基于d s p 的继电保护测试仿真装置，它除覆盖了一般继电保 护试验装置的所有功能外( 继电保护测试、系统振荡、谐波分析、故障再现、 短路模拟、整组试验) ，其突出的特点是能够对一个完整的单回线、双电源系统 进行实时仿真。 作为同属数字仿真的两种设备，r t d s 和d s f 2 又各有自己的优势。如d s f 2 型数字仿真设备所建模型真实、简单、实用且具有较高的性能价格比。而r t d s 具有建模方便、构造灵活、重复性好、短路水平高等特点。特别是r t d s 可构 造复杂的系统模型，如构造同杆并架双回线的系统模型，其作用是现有的其它 试验手段所不能完成的。 国内的测试仪采用微机产生数字信号，经过f o ( 输入输出) 扩展接口电路、 第五章开放式电力系统继电保护动态性能仿真软件总体介绍 d a ( 数模) 、波形平滑( 滤波) 电路、电压源功率放大器，产生模拟输出给保 护装置的硬件结构。数字信号的产生有如下两种方法：l 、采用数据回放式，即 仿真之前预先用e m t p 把要考虑的各种故障进行计算，并把计算的结果保存在 数据库中，仿真时直接调用这些数据。这种方法的优点是可以对比较复杂的系 统作各种故障，比较全面。缺点是实现闭环测试有困难，使用不方便，让用户 使用e m t p 先作各种仿真不现实。2 、采用建立电力系统简单数学模型进行实时 求解。这种方法可以方便的实现闭环测试，但是要做到实时性，就只能建立一 个很小的典型系统并且仿真用的数学模型好坏直