【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 基本元件模型 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置是由不同的元件（包括起動(dòng)元件、動(dòng)作元件、閉鎖元件等）通過(guò)一定的邏輯關(guān)系組成的。在以電氣元件為基礎(chǔ)對(duì)繼保及安自裝置進(jìn)行分類時(shí)，很多裝置中的元件具有一定的通用性 [25]。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。下面給出本文建立的基本元件模型。 1. 過(guò)量元件 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 9 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。 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。其中輸入量可 為線路電流信號(hào)、節(jié)點(diǎn)電壓信號(hào)、節(jié)點(diǎn)頻率信號(hào)等，分別構(gòu)成過(guò)流元件、過(guò)壓元件、過(guò)頻元件等。 2. 增量元件 該元件主要用于線路保護(hù)的負(fù)序、零序增量閉鎖環(huán)節(jié)中，其模型結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 當(dāng)輸入量的變化率（框 DIFF 的輸出值）低于定值 Y 時(shí) ，元件輸出量為 0，當(dāng)檢測(cè)量的變化率高于定值 Y 一定時(shí)長(zhǎng)后，元件輸出量為 1。其中輸入量可為零序電壓 /電流信號(hào)、負(fù)序電壓 /電流信號(hào)等，構(gòu)成零序電壓 /電流增量元件、負(fù)序電壓 /電流增量元件等不同增量元件。 10 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。輸入量經(jīng)過(guò)定值 t（在框 DLY1 設(shè)定）時(shí)間延時(shí)后原樣輸出。 In 1 D L Y 11O u t 圖 24 延時(shí)元件模型圖 4. 反時(shí)限元件 In 2In 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。輸出量根據(jù)輸入量的不同而變化。 輸入量 In1 經(jīng)過(guò)延 時(shí) In2 后，輸出等于 In1，否則輸出為第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 11 0。 5. 欠量元件 該元件主要用于低電壓保護(hù)、低頻保護(hù)等裝置中，其動(dòng)作邏輯原理如圖 26 所示。當(dāng) 輸入量高于定值 Y 時(shí)，元件輸出量為 0，當(dāng)輸入量低于定值 Y 一定時(shí)長(zhǎng)后，元件輸出量為 1。其中輸入量可為節(jié)點(diǎn)電壓信 號(hào)、頻率信號(hào)等，構(gòu)成低壓元件、低頻元件等不同元件。 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。當(dāng)判斷電流方向?yàn)閺哪妇€指向線路（正向）時(shí)元件動(dòng) 作，當(dāng)判斷電流方向?yàn)閺木€路指向母線（反向）時(shí)元件不動(dòng)作。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)90co 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。 12 功率方向元件的模型結(jié)構(gòu)如 圖 27 所示。輸入量為保護(hù)裝設(shè)處的支路阻抗角 ANG， 當(dāng)滿足 cos( 90 ) 0Ang ?? ? ? ?一定時(shí)長(zhǎng)后輸出量為 1，否則為 0。第一個(gè)定值 ??? 90Y ，第二個(gè)定值 ??Y 。 A N G12A N G12V A RV A II A R II A I I12+12+Y = A Y = AC O S12D L Y 21D L Y 11O u tC S W 1121 圖 27 功率方向元件的模型圖 7. 阻抗元件 阻抗元件主要用于線路的相間距離保護(hù)及接地距離保護(hù)中，作為主保護(hù)器件。阻抗元件主要分為 低阻抗元件（全阻抗元件）以及方向阻抗元件，另外少數(shù)保護(hù)裝置中還用到了偏移阻抗元件和直線阻抗元件。 全阻抗繼電器動(dòng)作特性： 幅值比較方式： J zdZZ? (22) 等價(jià)于： J J zdU I Z? (23) 式中： ZJ—— 測(cè)量阻抗； Zzd—— 定值。 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 13 相位比較方式： 27 0 arg 90J zdJ zdZZZZ???? (24) 等價(jià)于： 270 arg 90J J zdJ J zdU I ZU I Z???? (25) 方向阻抗繼電器動(dòng)作特性： 幅值比較方式： 1122J zd zdZ Z Z?? (26) 等價(jià)于： 1122J J zd J zdU I Z I Z?? (27) 建模過(guò)程中主要考慮了常用的低阻抗元件和方向阻抗元件，根據(jù)上 述繼電器的動(dòng)作特性，可得到阻抗元件的模型結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。 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。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。 14 S Q R 212I A R II A I IX 1 / X 212C S W 212O u tA N G12I A R II A I I12+*12O R12*12D L Y 21C O S1S I N1D L Y 21C A 112A N G BV T1 圖 28 阻抗元件的模型圖 8. 振蕩閉鎖元件 振蕩閉鎖元件主要用于線路距離保護(hù)，防止線路因出現(xiàn)功率振蕩引起阻抗元件誤動(dòng)作。振蕩閉鎖元件主要包括檢驗(yàn)負(fù)序或零序電流 /電壓（或電流 /電壓增量）和檢驗(yàn)阻抗變化兩種 類型。 I n 2I n 1A N D12A N D12D L Y 11D L Y 11C O M P12C O M P12A N D12A N D12D L Y 11D L Y 11S E L F1C O M P12O u t 2O u t 3I n 1Y = AO u t 1 圖 29 振蕩閉鎖元件模型圖 對(duì)于檢驗(yàn)負(fù)序或零序電流 /電壓分量或增量的振蕩閉鎖元件，其模型可利用上述過(guò)量元件或增量元件實(shí)現(xiàn)。對(duì)于反應(yīng)阻抗變化的振蕩閉鎖元件，其原理：分段式保護(hù)中的三段如果同時(shí)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，則第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 15 表明線路出現(xiàn)故障，保護(hù)應(yīng)正常啟動(dòng)，不發(fā)出閉鎖信號(hào)；如果各段保護(hù)不同時(shí)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)（ I、 II 段在 III 段動(dòng)作后才動(dòng)作），則認(rèn)為線路存在功率振蕩而非故障，此時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)，將一段、二段保護(hù)可靠閉鎖。 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。當(dāng) 輸入量的計(jì)算差值Δ X（框 SQR2 輸出）大于定值 Y 時(shí)，元件輸出 1，否則輸出 0。其中輸入量可 為零序電壓 /電流信號(hào)、負(fù)序電壓 /電流信號(hào)等。 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 arg ?? ???? ??AA (28) 16 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。 相位比較元件的模型結(jié)構(gòu)如圖 211所示。輸入量的相位角 ANG ANG2之差在處于 1? 、 2? （框 CSW1 設(shè)定）之間一段時(shí)長(zhǎng)后，元件輸出量為1，否則為 0。 X 1 IX 2 RX 2 IX 1 RA N G12A N G1212+D L Y 21D L Y 11O u tC S W 1121 圖 22 相位比較元件模型圖 11. 相電壓補(bǔ)償方向元件 A N G U c o m pA N G U c o m p12+D L Y 21D L Y 11O u tC S W 1121 圖 212 相電壓補(bǔ)償方向元件模型圖 帶有相電壓補(bǔ)償特性的相位比較方向元件，主要用于電壓相位比較式高頻閉鎖方向保護(hù) [27]。兩個(gè) ANGUp 模塊比較后得 Δ ANG，當(dāng)Δ ANG 在 FI FI2（在框 CSW1 設(shè)定）范圍內(nèi)時(shí)，元件經(jīng)延時(shí)輸出 1。 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 17 ANGUp 模塊用于求取經(jīng)零序分量補(bǔ)償后的相電壓相角。補(bǔ)償電壓計(jì)算公式為（ A 相為例）： LAAA kZnIIUU 10 )( ???? ?? (29) 圖 213 中，其中 n—— 零序補(bǔ)償系數(shù)，通過(guò)框 2 設(shè)定。 k—— 靈敏系數(shù)，通過(guò)框 4 設(shè)定?？?框 4 的 A、 B 參數(shù)取線路的 1R 和線路的 1X 。 12+12+*12*1212+12+12+12+A N G12O u tI A R II A I II 0 R II 0 I I11V A RV A I123456 圖 23 ANGUp 模塊模型圖 12. 比例制動(dòng)式差量元件 帶有比例制動(dòng)特性的差量元件（主要是差電流元件），用于發(fā)電機(jī)、變壓器的比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。 變量的制動(dòng)量由框 RAMP 設(shè)定。 12+I n 1I n 212+*12R A M P1D L Y 21D L Y 11O u tC S W 11211 圖 214 比例制動(dòng)式差量元件模型圖 13. 相位處理元件 18 I A R JI A I JS Q R 212A N G12I A I JI A R J12+Y = A*12*12C O S1S I N1I A R JI A I J 圖 215 相位處理元件模型圖 將變壓器二次側(cè)電流相位強(qiáng)制 變換為與一次側(cè)電流相位一致，用于變壓器差動(dòng)保護(hù)。 輸入量 IARJ、 IAIJ 計(jì)算得二次側(cè)電流相角，經(jīng)整定值 Y 的補(bǔ)償，再經(jīng)過(guò)模 幅角轉(zhuǎn)換為實(shí)虛部，并與二次側(cè)電流幅值計(jì)算得變換后的二次側(cè)電流。 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。因此，為能得到較為精確的測(cè)量量，在構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)該計(jì)及 CT 飽和因素 ，從而在電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中較真實(shí)的反應(yīng)電流互感器的工作特性。 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。 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 19 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： 圖 216 電磁式