微机继电保护课程报告

1、微机继电保护课程报告基于暂态能量法原理选线的谐振接地保护0 引言经消弧线圈接地的电网又称为补偿电网。补偿电网中单相接地故障率比较高，由于其不影响负荷连续供电，故不必立即跳闸。但单相接地后非故障相电压会升高，长时带故障运行将影响系统的安全。因此，需要在接地故障后迅速准确地选出故障线路。为了研究谐振接地系统上述稳态及暂态特性，现用MATLAB/simulink软件搭建一个38.5/10的谐振接地配网系统。结合仿真波形对故障时零序电流、零序电压的特性进行了认识，仿真验证了文献1提出的采用暂态能量法原理的正确性。1暂态能量法选线原理在谐振接地电网中，系统发生单相接地故障后，接地点的电容电流得到消弧线圈

2、感性电流的补偿，使得故障点残余电流很小，有利于接地电弧熄灭。同时，因消弧线圈的补偿作用，故障线路的零序电流方向和非故障线路的方向相同，不易选线。但此时零序电流中的阻性分量与补偿无关，即故障线路的零序电流的阻性分量与非故障线路的零序电流的阻性分量方向相反，且故障线路零序电流阻性分量的绝对值最大。如果能够从线路零序电流中分解出阻性电流分量，则就可利用此值进行选线。但从零序电流中分解阻性分量势必涉及功率定义和电流分解问题。考虑到电网中电容和电感只存储能量而不消耗能量，则零序电流与电压乘积在一定时间内的积分值就是零序电流中阻性分量所消耗的能量。此能量同样具有零序阻性电流的特点，可以作为选线的判据。为了

3、使选线判据在间歇性电弧接地和瞬间接地时同样有效，以暂态量作为研究对象，所以此时定义的零序电流不再是传统意义上的三序电流中的零序分量，而是零序电流的暂态量，同样，零序电压也为零序电压的暂态量。考虑到实际工程中出线电流互感器相互特征不对称的影响，工频量与负荷关系很大，实际系统是不对称的，该暂态量获取方法为：用数字陷波器去掉故障后暂态总响应中的50Hz工频分量，剩下衰减分量和各次谐波，本文称之为故障后的暂态分量，并由此构造暂态能量。该数字陷波器实现方法为:启动元件启动后记录下故障后5个周期的各出线零序电流和母线零序电压，用故障发生后第1个周期数据对应减去故障发生后第5个周期数据。研究和仿真表明，对应

4、实际谐振接地系统，一般在故障发生后的3个4个周期其暂态分量已很小，可认为电磁动态过程几乎结束。定义线路i的零序暂态能量为：（1）式中：为出线始端的零序电压暂态量；为第j调出线的零序电流暂态量；T为电网工频周期。电网发生单相接地故障后，根据叠加原理，可以假定系统由2个子系统叠加构成:一个由三相电压和传输网络及负载组成的正常运行系统；另一个由发生故障后故障点假定电压源和传输网络组成的故障系统，此时式（1）定义的能量即为故障系统中线路在一个工频周期内的暂态能量。电感和电容只是储能元件，在整数倍工频周期内能量积分为0，只有线路的电阻和对地导纳上才消耗能量，所以是第条线路上的零序能量。根据零序电流的参考

5、方向和零序阻性电流的特点，则可得故障线路的能量为负，非故障线路的能量为正，且故障线路的能量绝对值最大。从物理意义上讲，就是在故障系统中故障线路提供了零序能量，而非故障线路(包括母线和消弧线圈)消耗了零序能量，所以故障线路的能量为负值，且绝对值等于所有非故障线路能量绝对值之和。因此，所有健全线路暂态能量与故障线路暂态能量之差，则是最小值。2故障选线方法如上文所述，谐振接地系统发生单相接地故障时，故障线路的暂态能量最大。其选线步骤如下：1)当母线电压瞬时值大于一定裕度值时，故障选线装置立即启动，记录下故障前两个周期和故障后5个周期的各出线零序电压和零序电流。2)以一个周期的零序电压为一组，对相邻数

6、据点做差，找出故障前相邻数据间最大的差值Ux，循环做差，直到差值Up>Kux（K根据实际情况选择），即认为此时刻发生故障，记录此时刻为tf。（实际电力系统由于线路换位不完全，造成线路参数不对称，接地点有一定的点位偏移，仿真时，没有设定此电压偏移，所以在检测tf时，统一将Kux设定为一个值） 3）从tf开始取用故障后所有零序电流、零序电压5个周期的采样值，并用故障后零序电流、零序电压第1个周期的采样值对应减去故障后第5个周期的采样值，形成故障电流、电压暂态分量，然后使用式(3)计算各线路暂态能量的大小；4）选出这些暂态能量中的前3个最大值，并按大小顺序排列为，根据进行故障判别，如果不满足，

7、则说明线路、的暂态能量相差不大，则为母线故障；如果满足，则转为对故障出线的判别，利用式计算各线路的，选出上述暂态能量之差最小值所对应的线路即为故障线路。3谐振接地系统仿真为了研究谐振接地系统上述稳态及暂态特性，现用MATLAB/simulink软件搭建一个38.5/10的谐振接地配网系统。如图1所示图1 simulink仿真图图2 故障线路零序电流图3非故障线路零序电流图4零序电压图5 测得故障时接地电感电流4 仿真验证结果在线路L2不同故障位置、不同过渡电阻、不同故障合闸角的情况下，故障的选线结果如表故障位置Km接地电阻合闸角/选线结果L1L2L3L4L1L2L3L41200154.8481

8、.1109.1148.0584.069.7675.6597.6正确30116.0379.581.7111.045670.3524.8466.2正确6038.6191.127.733.6213.291.7236.3223.2正确900.2104.70.050.24104.8104.2105.0104.7正确65000131.4382.992.3107.8451.751.3529.8498.8正确3082.9440.658.251.9467.9247.4517.2529.9正确6017.9516.112.512.6523.3473.1533.9533.9正确901.96.91.26.512.92.

9、814.13.4正确母线故障时，接地电阻和故障合闸角的不影响选线结果一下仅列出Rf/J选线结果LiLjLk200154.8109.1148.0正确30116.081.7111.0正确6038.627.133.6正确9010.312.718.6正确5000132.993.4110.5正确3084.856.859.6正确6019.513.013.7正确907.95.311.5正确分析上述验证结果，文章提出的暂态能量选线法能够正确判断故障发生在母线还是在馈线出，故障发生在馈线时能正确判断出那条线路故障。但是通过表中数据可以看出，当在相电压较小时发生故障且接地电阻大时，所计算的暂态能量值较小，选线准确

10、性将接受极大的挑战。5总结对于谐振接地电网，故障线路与健全线路的暂态能量之差为最小值。本课程论文仿真验证了文章1提出的暂态能量自适应选线新方法。此方法利用健全线路暂态能量与故障线路暂态能量之差获得最小值的原理构造故障选线的自适应方法。该方法能克服负荷、系统不平衡电流、电弧、噪声干扰的影响，而且在短线故障时，该方法可以克服健全长线电容电流的影响，无需整定也不涉及极性和方向的判断，而且不需要传统保护的整定值，具有自适应性，能进一步改善保护的性能。但是该方法在判断相电压过零点时发生故障且接地电阻大时选线灵敏度不足，需要改进。参考文献1束洪春，刘娟，土超，等.谐振接地电网故障暂态能量自适应选线新方法J

11、.电力系统自动化，2006, 30(11):72-76.附录选线程序（1）仿真是过程中实现了采样，采样数据中可能会引入各种噪声，所以需要滤波，matlab FDA工具箱可以用来设计滤波器，获取滤波器的权系数，并保存到workspace，且matlab提供了filter函数可以用以filter（filtercoef，1，x）；其中x为输入信号，filter为滤波器权系数。经过滤波处理的数据可以直接应用暂态能量法进行数据处理选线。（2）选线程序N=1024; U=U0(:,2);Ux=U'M=length(Ux);%实际仿真结果保存的数据量。%补零a=mod(M,N);b=N*(M-a)/

12、N+1)-M;%需要补零的点数Ux(M+1:N*(M-a)/N+1)=zeros(1,N*(M-a)/N+1)-M);%对采样数据补零，得到的Ux的点数是N的整数倍。%2、循环判断短路点x=zeros(1,N);%初始化p=10;%实际线路由于换位不完全中性点会有一个偏移电压，根据偏移电压在此处设置一个裕度值。此处暂设为10for n=1:1024:N*(M-a)/N+1) x=Ux(n:(n+1024-1); d=diff(x); P1=max(abs(d);%如果这一组数据中相邻元素的差大于一定的裕度，确定故障点在这一数据对应的时间点tf if P1>=p x0=find(d>

13、p|d<-p);%所有绝对值大于p的下标放在x0中，x0第一个坐标对应的时间点即可认为是故障点 %找出故障点，以此为起点选两个周期的波形，第一周期的波形和第5周期的波形，已知采样率即每个周波的采样点数 tf=U0(n+x0(1);%得到故障的时间点(已验证，可以很好的判断出故障时间） break; else continue; endendt1=find(U0(:,1)>=tf&U0(:,1)<=tf+0.02);%第一个周波对应的下标t=U0(t1,1);%与下标对应的时间点，留作积分用m=length(t1);%一个周波的点数m1=t1(1)+m*4;%t6=U0(M-m+1:M,);%确定下标%求各个暂态量Is1=I1(t1,2)-I1(m1:m1+m-1),2);Is2=I2(t1,2)-I2(m1:m1+m-1),2);Is3=I3(t1,2)-I3(m1:m1+m-1),2);Is4=I1(t1,2)-I4(m1:m1+m-1),2);Us0=U0(t1,2)-U0(m1:m1+m-1),2);%计算能量w1=trapz(t,Us0.*Is1);w2=trapz(t,Us0.*Is2);w3=trapz(t,Us0.*Is3);w4=trapz(t,Us0.*Is4)