220kV输电线路纵联差动保护仿真模型使用手册

输电线路纵联差动（220kV）保护使用手册一、概述输电线路纵联差动保护是高压、超高压输电线路的核心主保护之一。其基本原理具体见教材5.1纵联保护、5.2光纤分相电流差动保护。本模型主要用于模拟输电线路（220kV电压等级）的内部和外部故障场景，再现线路两端电流互感器（CT）的传变特性、差动电流和制动电流的计算逻辑。通过仿真，直观揭示故障位置与差动电流的对应关系，清晰展示保护动作边界，强化保护制动防误动及保护配合机制的认识。二、纵差保护模型的构建本模型构建双端电源供电的220kV输电系统，包含双侧等效电源、输电线路等。核心为自定义纵联差动保护模块，通过通信通道实时交换两侧电流相量。本模型在线路MN和线路NP间分别设立纵联差动保护保护采用比率制动特性，输出动作信号驱动断路器跳闸。仿真通过对比区内/外故障下的差动电流、制动电流及跳闸时序，全面评估速动性与选择性。1、一次系统模型图打开仿真程序，该模型主体参照教材图5-1，在简化之后所建立仿真系统，如图1所示。图1系统仿真图1）电源系统两侧电源采用理想电源并另加一阻抗，以模拟实际模型，如图2所示。两电源参数如图3所示，电压等级取220kV,频率为50Hz，相角为70°。系统阻抗参数如图4所示：正序电阻为6.84Ω，正序电抗换算成电感值为0.06H；零序电阻为20.52Ω，零序电抗换算成电感值为0.18H。图2系统电源图3系统电源参数图4系统阻抗参数2）线路参数220kV输电线路长度一般大于50km，故本模型线路MN和线路NQ长度都取100km,故线路MN和线路NQ的正序阻抗参数如图5所示：正序电阻为13.6Ω，正序电抗换算成电感值为0.12H；零序电阻为41Ω，零序电抗换算成电感值为0.36H。图5线路阻抗参数3）断路器本模型只模拟线路MN故障情景，故只在线路MN两侧添加设置断路器。本模型是采用光纤分相电流差动保护，故将线路中的断路器分为三相。两侧断路器都初始状态为合闸状态，受保护控制，如下图所示。图6断路器合闸时状态图7断路器跳闸时状态4）电流传感器本保护为电流差动保护，故需要装设电流传感器，分别测量线路MN、线路NQ电流，线路MN两端电流传感器如下图所示。图8线路MN电流传感器2、转化为二次电流将线路MN两端电流IM1和IM2进行分相，如IM1为三维变量，分相后，变成三个一维变量。再通过电流互感器，模拟一次电流转化为二次电流，从而获得电流二次值。本模型中，电流互感器的变比设计为600：5，频率为50Hz。点击电流互感器（CT），进行参数设置。图9一次电流转换成二次电流并分相图10电流互感器参数3、差动电流获取将IM1、IM2分解出的A相电流量输入summing/differencing模块计算差动电流IMaDB、IMbDB、IMcDB图11差动电流获取4、制动电流获取将IM1、IM2分解出的A相电流量输入summing/differencing模块计算制动电流IMaDB1、IMbDB1、IMcDB1图12制动电流获取5、在输电线路纵联差动保护仿真中，将差动电流和制动电流分别导入FFT（快速傅里叶变换）模块分解出它们的基波（通常是50Hz）相角和幅值波形，起到滤波的作用。图13FFT分解波形6、比率制动特性实现将傅里叶变换后输出的差动电流的幅值和相角波形、制动电流的幅值和相角波形输入到DualSlopeCurrentDifferentialRelay(两斜率电流差分继电器)中，通过该继电器判断各分相断路器动不动作。两斜率电流差分继电器具体原理可右键点击该元件，再点help进行了解。Differentialcurrentthreshold（差动电流的固定动作门槛值）:18，Lowerpercentagebiassetting（第一段（低制动区）的斜率）:0.8，Biascurrentthresholdsetting（第一段斜率和第二段斜率之间的拐点对应的制动电流Ibias值）:30，Higherpercentagebiassetting（第二段（高制动区）的斜率）:0.6。图14比率制动特性实现图15两斜率电流差分继电器参数设置三、仿真结果波形图仿真1——区内发生三相短路故障。图16线路MN区内故障1）两侧各分相断路器状态如下图所示，在故障发后断路器快速动作，切除故障。图17线路MN两侧A相断路器图18线路MN两侧B相断路器图19线路MN两侧C相断路器2）以A相为例，其差动电流大小如图所示图20差动电流3）发生故障时，Im1短路电流如下图所示图21短路电流仿真2——区外故障图22线路MN区外故障1）若发生发生区外故障，线路MN断路器不动作动作。两侧各分相断路器状态如下图所示。图23线路MN两侧A相断路器图24线路MN两侧B相断路器图25线路MN两侧C相断路器2）以A相为例，其差动电流大小如图所示。差动电流此时在理想状况下为0，实际有不平衡电流。图26区外故障时差动电流四