【正文】 保護(hù)裝置根據(jù)保護(hù)對(duì)象的不同可以分 為線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)和其他保護(hù)。 1. 過(guò)量元件 I n 1I n 2S O R 212D L Y 21D L Y 11O u t12+Y = AC S W 1121圖 22 過(guò)量元件模型圖 該元件主要用于過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)等裝置中，其模型結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 I n 1 D L Y 11O u t 圖 24 延時(shí)元件模型圖 4. 反時(shí)限元件 I n 2I n 1O u tD L Y 312 圖 25 反時(shí)限元件模型圖 該元件主要用于各種保護(hù)和安自裝置的時(shí)間延遲，用來(lái)模擬裝置的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間，其模型結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。功率方向元件通常采用 90 度接線方式，其動(dòng)作判據(jù)為（以 A 相為例） 0)90c o s ( ???? ?? dABC IU (21) 式中： UBC—— B、 C 兩相電壓矢量差幅值； IA—— A 相電流幅值； d? —— A 相電壓與相電流電角度差； ? —— 繼電器內(nèi)角，通常取 30~60 度。 當(dāng)所測(cè)阻抗值（框 X1/X2）低于阻抗定值時(shí)（框 CSW2 設(shè)定），輸出為 1，構(gòu)成全阻抗 /低阻抗元件。其中輸入量可 為零序電壓 /電流信號(hào)、 12 負(fù)序電壓 /電流信號(hào)等。 k—— 靈敏系數(shù)，通過(guò)框 4 設(shè)定。本文以研究電磁式電流互感器的外特性為重點(diǎn)，建立了反應(yīng)鐵心磁飽和特性的電磁式電流互感器模型。[)()(39。 電磁式電壓互感器 [31]的結(jié)構(gòu)與普通電力變壓器相同，其等效電路圖為： R 1L 1L 0R BL BT??U 2U 1R 2L 2 圖 218 電磁式電壓互感器等效電路圖 電壓互感器二次側(cè)負(fù)載阻抗很大，二次側(cè)繞組漏阻抗相比負(fù)載阻抗很小，并且電壓互感器在正常運(yùn)行及發(fā)生短路故障時(shí)，變壓器 T 始終工作在線性區(qū)域，其勵(lì)磁電流很小，因此 0i 、 2R 、 2L 均可忽略不計(jì)，并 且有 222 )( Giigu ?? ，參數(shù) G 可以由其伏安特性曲線進(jìn)行求解。)()()()()(39。本文建立的模型在電力系統(tǒng)程序的仿真多采用定值判斷法，即根據(jù)系統(tǒng)故障狀態(tài)下發(fā)生變化的各電氣量是否達(dá)到保護(hù)和安自裝置的定值要求來(lái)決定保護(hù)動(dòng)作與否，若達(dá)到要求則保護(hù)啟動(dòng)并向系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)驅(qū)動(dòng)相 關(guān)繼電器動(dòng)作。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 21 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 繼電保護(hù)的動(dòng)作正確與否直接影響到電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。 過(guò)流元件、低電壓元件是電流保護(hù)的主保護(hù)；方向元件當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù) 22 區(qū)域內(nèi)時(shí)啟動(dòng)，故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)域外時(shí)，發(fā)出閉鎖信號(hào)；延時(shí)元件用于電流電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的設(shè)置。距離保護(hù)主要部分是阻抗元件，在此基礎(chǔ)上添加方向元件和時(shí)間元件即為階梯式的距離保護(hù)，一般裝設(shè)三到四段， I、 II 段是主保護(hù)， III、IV 段為后備保護(hù)。 *12*12*12*1212( X 1 + X 2 )212( X 1 + X 2 )2( X 1 + X 2 )212S O R 212S O R 212X 1 / X 212V B RV B II B R II B I I1111V A RV A II A R II A I I12( X 1 + X 2 )2 圖 34 相間距離保護(hù)阻抗元件模型圖 在系統(tǒng)的振蕩中心進(jìn)入保護(hù)區(qū)域時(shí)，測(cè)量阻抗在逐漸減小階段，保護(hù)各段的啟動(dòng)順序依次是 IIIZ 、 IIZ 、 IZ 。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 25 本保護(hù)為 分段式接地距離保護(hù)，分為三段。 負(fù) 序 電 流 增量 元 件零 序 電 流 增量 元 件零 序 電 壓 增量 元 件負(fù) 序 電 壓 增量 元 件零 序 電 壓 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 流 過(guò)量 元 件零 序 電 流 過(guò)量 元 件方 向 元 件方 向 元 件O R12O R12O R12O R12過(guò) 電 流 元 件過(guò) 電 流 元 件O R12O R12O R12A N D12A N D12A N D12O R12O P 3 圖 36 高頻閉鎖方向保護(hù)模型圖 本保護(hù)為高頻閉鎖方向保護(hù)，由起動(dòng)元件、功率方向元件、閉鎖元件組成。 高頻閉鎖方向保護(hù)通常由起動(dòng)元件和方向元件構(gòu)成，它們可接全電壓和全電流，此時(shí)要配置振蕩閉鎖裝置，或接相序電壓和相序電流，例如負(fù)序、零序此時(shí)不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩。接地距離保護(hù)接線簡(jiǎn)單可靠，但受接地電阻影響較大，所以當(dāng)線路裝設(shè)接地距離保護(hù)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行需要還應(yīng)裝設(shè)階段式零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。負(fù)序電流（零序電流、負(fù)序電壓、零序電壓）增量元件為振蕩閉鎖元件。 零序方向元件是根據(jù)零序阻抗角度進(jìn)行方向判別，當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)域內(nèi)時(shí)啟動(dòng)。每段保護(hù)的主保護(hù)元件為過(guò)電流元件或低電壓元件（多為過(guò)電流元件），閉鎖元件包括方向元件、低電壓元件、過(guò)電流元件以及負(fù)序電壓元件。 根據(jù)繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的通用性，建立了基本元件模型，包括過(guò)量元件、欠量元件、延時(shí)元件等類型，將這些模型進(jìn)行與或組合或者通過(guò)輸入輸出端口的連接進(jìn)一步組成具體的保護(hù)模型，模型通過(guò)與仿真軟件的端口進(jìn)行信息傳遞，仿真時(shí)多采用定值仿真法 實(shí)現(xiàn)模型仿真計(jì)算。 繼電保護(hù)模型仿真實(shí)現(xiàn)方法 現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真程序中的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置仿真一般分為兩種：邏輯判別法及定值判斷法。39。 電壓互感器模型 電磁感應(yīng)式電壓互感器 (TV)也是電力系統(tǒng)中重要且常見的高壓設(shè)備之一，作用是把電力系統(tǒng)一次側(cè)高壓按照比例關(guān)系變換成二次側(cè)低壓，供計(jì)量、儀表裝置、繼電器使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高電壓與二次設(shè)備和電氣工作人員的隔離。)](39。 電流互感器模型 電流互感器 (TA) [2830]在電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中，一次側(cè)電流過(guò)大將使 TA 出現(xiàn)飽和，導(dǎo)致含有大量非周期分量和高次諧波分量的勵(lì)磁電流急劇增加，造成二次電流失真，從而對(duì)電力系統(tǒng)測(cè)量的精度、繼保及安自裝置動(dòng)作的可靠性等造成影響。 ANGUp 模塊用于求取經(jīng)零序分量補(bǔ)償后的相電壓相角。 9. 差量元件 差量元件主要用于線路的橫聯(lián) 差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和變壓器的各種保護(hù)中，其模型結(jié)構(gòu)如圖 210 所示。 全阻抗繼電器動(dòng)作特性： 幅值比較方式： 10 J zdZZ? (22) 等價(jià)于： J J zdU I Z? (23) 式中： ZJ—— 測(cè)量阻抗； Zzd—— 定值。 S O R 212D L Y 11O u tY = A1I n 2I n 112+C S W 212D L Y 21 圖 26 欠量元件模型圖 6. 方向元件 功率方向元件主要用于帶方向的保護(hù)裝置中，可作為保護(hù)裝置的閉鎖元件。 S O R 212D L Y 21D L Y 11O u tY = AC S W 1121I n 2I n 112+Ds1 K?1Y m a xY m i nD I F F1圖 23 增量元件模型圖 3. 延時(shí)元件 該元件主要用于各種保護(hù)和安自裝置的時(shí)間延遲，用來(lái)模擬裝置的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間，其模型結(jié)構(gòu)如圖 24 所示。在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將這類元件單獨(dú)進(jìn)行建模，形成基本元件模型，作為保護(hù)模型的基本功能框，再和暫穩(wěn) UD 程序中所提供的基本功能框一起搭建具體的保護(hù)模型 [26]，使模型具有較強(qiáng)通用性。為能盡量減小其測(cè)量誤差，有必要對(duì)其進(jìn)行建模研究。 繼電保護(hù)裝置一般包括測(cè)量環(huán)節(jié)、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)。 1. 調(diào)研國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)及中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定程序中繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置模型的應(yīng)用情況及其仿真模擬方法 ； 調(diào)研國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電氣元件常用的繼保和電網(wǎng)安自裝置的類型及其在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況。 連鎖故障過(guò)程十分復(fù)雜，在現(xiàn)在的有關(guān)研究當(dāng)中，對(duì)于繼保及安自裝置的考慮比較簡(jiǎn)單，仿真中不能充分體現(xiàn)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置對(duì)故障動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響，在有些模型例 如 Manchester模型 中雖然對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、低頻減載、低壓減載、保護(hù)隱藏故障等因素均有考慮，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)仿真。包括利用復(fù)雜系統(tǒng)理論揭示連鎖故障發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理和利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論從電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度研究電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模連鎖故障的概率和故障的發(fā) 展機(jī)理，前者包括分支過(guò)程模型 [18] 、自組織臨界理論、 OPA模型 [19]、 CASCADE模型 [20]等，后者包括小世界模型 [21]、 Watts構(gòu)造模型、無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型等。 在國(guó)內(nèi)常用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真程序中， PSASP 沒(méi)有 設(shè)置具體的 繼電保護(hù)模型，僅靠 預(yù)設(shè) 開關(guān)的 延時(shí)開合 來(lái) 模擬 保護(hù)功能，安全自動(dòng)裝置只考慮了簡(jiǎn)單的低周和低壓減載模型； PSDBPA 程序 中 提供 的少量 繼 電保護(hù) 模型， 由于搭建粗略而且多以國(guó)外的繼保和安自為模板而 與我國(guó)電 網(wǎng) 中實(shí)際廣泛應(yīng)用的 實(shí)際 裝置 差別 較大 ，所以僅能起到少量 簡(jiǎn)單繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置 的作用 ，不能 真實(shí) 反映 繼保裝置在 我國(guó)電力系統(tǒng)中的動(dòng)作特性。 將繼電 保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的特性 考慮到安全評(píng)估系統(tǒng)中 ， 對(duì) 電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)之后整個(gè)動(dòng)態(tài) 變化 過(guò)程 進(jìn)行連續(xù)仿真，真實(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)變化全過(guò)程 。電力系統(tǒng)故障引起的停電不但對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)造成阻礙，對(duì)人民生活造成很大不便，而且故障本身對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行也造成了負(fù)面影響。在仿真計(jì)算中添加繼保和安自模型，通過(guò)河南南部實(shí)際算例和 WSCC9 節(jié)點(diǎn)算例進(jìn)行 驗(yàn)證和連鎖故障 仿真計(jì)算，結(jié)果表明能夠真實(shí)反映繼電保護(hù)動(dòng)作邏輯，反應(yīng)電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)行為，實(shí)現(xiàn)連鎖故障的仿真分析。除連鎖故障之外需要考慮繼保動(dòng)作邏輯的還有電力系統(tǒng)的全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真和電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)。模型通過(guò) PSASP 的用戶自定義的方式搭建。 Automation Devices。整個(gè)電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)可能有很多原因引起，為了保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全，我們既要采取有效措施避免電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障或進(jìn)入不正常運(yùn)行狀態(tài)，還要保證一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)繼保及安自裝置能夠及時(shí)、可靠動(dòng)作，有選擇性的切除故障元件，將故障影響降到最低。 本文主要研究符合我國(guó)電網(wǎng)實(shí)際的典型繼電保護(hù) 和安全自動(dòng)控制裝置， 并建立模型庫(kù)， 將仿真軟件產(chǎn)生的電壓、電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸送到繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置模塊中，然后將模塊的輸出回送到仿真軟件中去控制一次系統(tǒng)的開關(guān)，相應(yīng)改變電網(wǎng)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式的穩(wěn)定仿真，克服以往仿真軟件不能真實(shí)反映因保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)而產(chǎn)生連鎖故障的缺點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)全動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行有效仿真，為分析電力系統(tǒng)的中長(zhǎng)期過(guò)程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題和 提供 事故 防控手段 (例如，第 3 道防線等等 )提供強(qiáng)大的仿真功能 [7]。 調(diào)度員培訓(xùn)系統(tǒng)中的繼保模型 多 采用邏輯判別法、定值判別法 、 邏輯定值協(xié)調(diào)法 和 教案準(zhǔn)備法等。解析法一般是假設(shè)系統(tǒng)中的某個(gè)（或幾個(gè)）元件發(fā)生故障，計(jì)算隨后的系統(tǒng)響應(yīng)。 Petri網(wǎng)是描述和研究離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一種建模工具。提出繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置模型的適用范圍、參數(shù) 設(shè)定 。這些通用性元件有過(guò)量元件、欠量元件、延時(shí)元件等，將這些元件作為保護(hù)和安自裝置的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模形成基本元件模型，然后由基本元件模型構(gòu)成具體的保護(hù)和安自裝置模型。每類保護(hù)包含很多種具體的保護(hù)，將每類保護(hù)歸類在一起進(jìn)行建模，這樣由于保護(hù)屬于同一類保護(hù)具有一定的聯(lián)系使得建?？梢韵嗷⒖祭?。 當(dāng)輸入量低于整定值 Y 時(shí)，元件輸出為 0，當(dāng)輸入量高于整定值 Y 一定時(shí)長(zhǎng)（固有動(dòng)作時(shí)間）后，元件輸出為 1。輸出量根據(jù)輸入量的不同而變化。 功率方向元件的模型結(jié)構(gòu)如 圖 27 所示。當(dāng)所測(cè)線路阻抗角（框 +）在定值范圍內(nèi)（框 CA1 設(shè)定）時(shí)，輸出為 1，構(gòu)成方向阻抗元件。 過(guò) 量 元 件O u t12+I n 1I n 2 圖 210 差量元件模型圖 10. 相位比較元件 該元件可作方向元件使用，所比較相位（相位差）在某個(gè)角度范圍內(nèi)時(shí)元件動(dòng)作，主要用于線路的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、相差動(dòng)高頻保護(hù)等裝置中，其動(dòng)作判據(jù)： 2211 a rg ?? ???? ??AA (28) 式中： 1? ， 2? 為動(dòng)作角，當(dāng) ? 處于二者之間時(shí)，元件動(dòng)作； ?1A ， ?2A 為元件輸入量（比較元素），可為電壓向量、電流向量、經(jīng)補(bǔ)償后的電壓 /電流向量等?？?框 4 的 A、 B 參數(shù)取線路的 1R 和線路的 1X 。 電磁式電流互感器的結(jié)構(gòu)類似于電力變壓器，其等效電路圖為：