新型保护和故障测距算法测试的电磁暂态计算程序的应用手法分析

1、新型保护和故障测距算法测试的电磁暂态计算程序的应用手法分析    新型保护和故障测距算法测试的电磁暂态计算程序的应用手法分析 摘要对新型保护和故障测距算法进行测试时需要大量的不同位置、不同故障类型、不同故障起始角的暂态仿真数据,而常用的EMPT在建立这些数据时需要手工逐一完成,十分繁杂。因此有必要编制适合于新型保护和故障测距算法测试的电磁暂态计算程序。本文对故障起始角的设定、计算步长的选择、故障处理以及大量暂态仿真的实现等关键技术进行了探讨。使用本文方法编写的暂态计算程序可极其方便地对线路不同位置、不同故障引起的电磁暂态过程进行批处理式的数字仿

2、真,亦可极其方便地仿真发展型故障和复故障,在线路保护仿真校验和过电压计算等方面极具意义。大量仿真表明,本方法精度高、速度快。 关键词:电磁暂态 数字仿真 AbstractA mass of transient data for different location,type and fault initial angle are prerequisite intesting new protection and fault location algorithm.Meanwhile the process of calculating the data by usingEMP

3、T is tedious for modifying parameters manually.In order to overcome the difficulties,it is necessary toprogram a new electromagnetic transient program.In this paper,the key techniques such as setting fault initialangle,selecting calculation step,dealing with fault branch and building vast transient

4、data one time,arediscussed.The program proposed can not only simulate various faults under different location,type and faultinitial angle by batch processing method,but also simulate developing faults and complex faults conveniently.So,it issignificant in line protective simulation verification and

5、overvoltage computation.Lotsof testsshow thatthe method is accurate and fast.Keywords:Electromagnetic transients, digital simulation 1引言EMTP已成为电力系统电磁暂态仿真的主要工具,计算输电线路故障和操作的电磁暂态过程只是其中的一小块功能。精确线路电磁暂态数字仿真给研究新的保护和故障定位原理提供了有力的工 。但是在建立继电保护和故障测距大量不同故障点、不同故障类型、不同故障起始角等条件的测试样本时, EMTP却不十分方便。原因在于:稳态处理过程中,需

6、对系统的初始值和稳态值进行计算以便形成必要的输入数据文件;除上述过程外尚需一个预处理过程,即将线路于故障点分割成两段线路,重新计算其初始值和稳态值1;修改参数和暂态计算都需要人工干预。因此有必要研制新的输电线路故障电磁暂态仿真程序,它应该可以方便地输入系统参数,便于大量建立暂态仿真样本和有较快的运行速度。本文汇报近年来笔者在这方面取得的研究成果。 2基本电气模型对于输电线路、电感和电容的时域计算模型介绍的文献2较多,这里从略。电弧的时域模型参见文献3。下面主要介绍串补电容和开关的模型建立。2·1串补电容电路等效模型输电线路串补电容可能因为过电压而损坏,因此串补电容都配备保护

7、,其保护方案如图1所示4,5。正常运行时,电容投入运行。当发生故障后,短路电流较大时, MOV将被触发,以保护电容器不被过电压击穿而损坏。显然,当MOV被触发时,电容两端的电压与线路电流为非线性关系。MOV是一个电阻设备,它吸收能量并且有可能过热,因此装有过负荷保护,过负荷保护计算通过MOV的能量,当达到一定值后,使放电间隙放电旁路MOV。除装有过负荷保护之外,还有一大电流保护,它的作用是当线路发生严重的内部故障,流过串补电容的电流大于Imax时加速旁路。 图1中,Xc为正常运行时电容的容抗, I为线路电流, IMOV为流过MOV的电流。设In为最大负荷电流,那么MOV的保护起动电流Ip1=k

8、In,k=23,为最大负荷电流的23倍,Ip1对应的MOV保护起动电压为Vp1,在稳态工频下有Vp1= 2·Xc·Ip1。MOV的电压电流特性曲线可由简单的指数曲线近似表示IMOV=IMAX(|V/ Vp1|)(1)式中,V为串补电容两端的电压,正方向与电流参考方向一致,值典型地取3050之间。2·2对开关(断路器)的处理理想的开关在合上时电阻为0,断开后电阻为无穷大,由开到合和由合到开没有过渡过程。但是实际上开关合上后有很小的接触电阻,在开合和合开的过程中可能产生电弧,断开后还有一定的漏电流,因此在对开关的动作引起的电磁暂态进行仿真时,开关可以用一个时变的电阻来

9、模拟。这样可以避免使用理想开关因电感电流和电容电压不能突变引起的暂态计算不稳定的问题。 3电磁暂态数字计算关键技术3·1故障起始角的设定在对故障测距和继电保护算法的研究中,往往需要考虑不同故障起始角对算法的影响,作为电磁暂态仿真程序应该可以方便地设置故障起始角,这是动模试验所无法实现的。故障起始角设置的方法是:在完成系统稳态计算后,设故障点电压的相角为*Uf,故障起始角设定为,那么两者差为=-*Uf,稳态的电压电流的相角都加上就可实现故障起始角的设置。3·2故障的处理及计算步长选择当故障位于线路时,应增加节点,即在进行稳态和暂态计算时把故障线路从故障点一分为二,看作两条线路处理。当故障位于母线时,则只需在暂态计算时在节点导纳矩阵故障点节点处加入过渡电导即可。这样就可使稳态