【導(dǎo)讀】可靠性受到新的挑戰(zhàn)，大停電事故帶來的損失也更加巨大。中長期過程仿真計算中應(yīng)該考慮它們的動作特性。和電網(wǎng)動態(tài)安全評估系統(tǒng)。人為設(shè)定繼電器開關(guān)動作不但困難而且不夠準(zhǔn)確，影響仿真結(jié)果。針對上述問題本文提出并研究了保護和安全自動裝置建模方法，并基于所建立模型進行連鎖故障仿真分析。模型通過PSASP的用戶自。定義的方式搭建。繼電保護及安全自動裝置是由不同的元件按照一定。的邏輯關(guān)系組成的，裝置中的很多元件具有一定的通用性。保護及自動裝置大都可以分解成基本元件的組合，完成基本元件

　　

【正文】 圖 本保護為三段式方向性零序電流保護，每段包括零序過流元件、零序方向元件和延時元件，每段可單獨投切。 零序電流元件 為該保護的動作元件 。 零序 方向元件是根據(jù)零序阻抗角度進行方向判別，當(dāng)故障發(fā)生在保護區(qū)域內(nèi)時啟動。 相間距離保護 阻抗元件通過測量故障位置到保護裝設(shè)地點之間阻抗值的大小來區(qū)分電網(wǎng)的故障和正常狀態(tài)。距離保護主要部分是阻抗元件，在此基礎(chǔ)上添加方向元件和時間元件即為階梯式的距離保護，一般裝設(shè)三到四段， I、 II 段是主保護， III、 IV 段為后備保護。 距離保護優(yōu)點很多，它相比電流電壓保護更加適應(yīng)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者運行方式多變的電網(wǎng)。 第 3 章 繼電保護裝置的建模設(shè)計 31 過 電 流 元 件負(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 過量 元 件負(fù) 序 電 壓 過量 元 件O R12O R12O R12O R12O R12A N D12零 序 電 流 過量 元 件負(fù) 序 電 流 過量 元 件O R12O R12A N D12阻 抗 元 件阻 抗 元 件阻 抗 元 件振 蕩 閉 鎖元 件O R12O R12O P 3 圖 33 相間距離保護模型圖 本保護為分段式相間距離保護，分為三段。每段主保護為阻抗元件，每段都可單獨投切。模型中負(fù)序電流（零序電流、負(fù)序電壓、零序電壓）過量元件為起動、振蕩閉鎖元件。過流元件為起動元件。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。 在三段式距離保護中，由于存在著 IIIIII ZZ ??? 的關(guān)系，通過振蕩時保護各段啟動的順序可以實現(xiàn)振蕩閉鎖。 32 *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 相間距離保護阻抗元件模型圖 在系統(tǒng)的振蕩中心進入保護區(qū)域時，測量阻抗在逐漸減小階段，保護各段的啟動順序依次是 IIIZ 、 IIZ 、 IZ 。但在系統(tǒng)發(fā)生故障時，測量阻抗將突然降低，導(dǎo)致保護的 IZ ~ IIIZ 一起啟動。本文基于上述分析，實現(xiàn)振蕩閉鎖元件。即若 IZ ~ IIIZ 一起起動則允許 IZ 、 IIZ 動作于跳閘，若 IIZ 、 IZ 啟動在 IIIZ 之后，則把 IZ 和 IIZ 閉鎖，不允許它們動作于 跳閘。 接地距離保護 零序電流保護在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行方式多變的電力系統(tǒng)靈敏度低而且保護范圍有時會出現(xiàn)不夠的情況，此時在中性點接地系統(tǒng)中應(yīng)采用接地距離保護。接地距離保護多以測量正序阻抗為基本原理，一般設(shè)兩、三段，每段保護的主保護元件為低阻抗元件。接地距離保護接線簡單可靠，但受接地電阻影響較大，所以當(dāng)線路裝設(shè)接地距離保護時，根據(jù)運行需要還應(yīng)裝設(shè)階段式零序電流保護作為后備保護。 第 3 章 繼電保護裝置的建模設(shè)計 33 12+X 1 / X 212*12S Q R 212Y = A*12D L Y 21D L Y 11C S W 212O R12I A R II A I II 0 R II 0 I IX0R0S Q R 212V A RV A IR LX L12+D L Y 21D L Y 11C S W 212D L Y 21D L Y 11C S W 212*12S Q R 21212+X 1 / X 21212+12+12+Y = AY = AO R12S Q R 212111O P 3 圖 35 接地距離保護模型圖 接地距離保護的輸入阻抗為 |3|0????? IKIUZAtJ (31) 其中 1103ZZZK ?? (32) 式中各參數(shù)： Z0—— 線路零序阻抗； ZJ—— 線路測量阻抗； K—— 零序電流補償系數(shù)（復(fù)數(shù)）； ?tU —— 保護安裝處母線電壓； ?AI —— 線路相電流（以 A 相為例）； ?03I —— 三倍線路零序電流。 本保護為 分段式接地距離保護，分為三段。保護包括低阻抗元件、測量阻抗計算部分和延時元件，其中低阻抗元件為接地距離保護的主 34 保護。 測量阻抗計算部分取線路電流、零序電流信號、線路零序阻抗計算線路的測量阻抗， 并根據(jù)測量阻抗的變化區(qū)分系統(tǒng)正常與故障狀態(tài)。 高頻閉鎖方向保護 高頻閉鎖方向保護是通過比較線路兩端的短路功率方向來確定故障發(fā)生區(qū)域。在保護線路內(nèi)部故障時，兩側(cè)短路功率均為母線指向線路，保護動作，滿足線路全長任一點故障瞬時切除。在保護線路之外故障時，兩側(cè)短路功率反向，其中線路指向母線側(cè)保護發(fā)出閉鎖信號閉鎖線路 兩側(cè)保護。 高頻閉鎖方向保護通常由起動元件和方向元件構(gòu)成，它們可接全電壓和全電流，此時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、零序此時不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩。還可將起動元件與方向元件兩功能綜合在一起，選用阻抗繼電器完成。 第 3 章 繼電保護裝置的建模設(shè)計 35 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 過量 元 件負(fù) 序 電 壓 過量 元 件負(fù) 序 電 流 過量 元 件零 序 電 流 過量 元 件方 向 元 件方 向 元 件O R12O R12O R12O R12過 電 流 元 件過 電 流 元 件O R12O R12O R12A N D12A N D12A N D12O R12O P 3 圖 36 高頻閉鎖方向保護模型圖 本保護為高頻閉鎖方向保護，由起動元件、功率方向元件、閉鎖元件組成。 負(fù)序電流過量元件、零序電流過量元件和負(fù)序電壓過量元件、過流元件、低壓元件為起動元件。零序電壓過量元件、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。兩個方向元件分別為線路兩側(cè)的功率方向元件，檢測線路兩側(cè)功率方向確定故障點位置，作為高頻閉鎖方向保護的主保護元件。 其他保護 其他保護有電壓相位比較式高頻閉鎖方向保護、高頻閉鎖距離 /零序保護、相差動高頻保護，它們通過在高頻保護的基礎(chǔ)上添加上電壓相位比較元件、方向元件、差量元件構(gòu)成，本文不再贅述。 36 發(fā)電機保護的建模 過負(fù)荷保護 X * * N112+X 1 / X 212延 時 元 件延 時 元 件延 時 元 件定 子 定 時 限 保護 過 流 元 件定 子 定 時 限 保護 過 流 元 件定 子 定 時 限 保護 過 流 元 件定 子 繞 組 熱容 量 常 數(shù) 值轉(zhuǎn) 子 繞 組 過熱 常 數(shù) 值轉(zhuǎn) 子 反 時 限 保護 過 流 元 件反 時 限 元 件*12O R12*12X 1 / X 21212+反 時 限 元 件O R12*12I T S11C S W 112D L Y 21D L Y 11*12112+E Q1S D LE F DE F DT P G1 圖 37 過負(fù)荷保護模型圖 發(fā)電機過負(fù)荷保護有兩類 ，其中定子繞組過負(fù)荷保護又包括定時限過負(fù)荷保護和反時限過負(fù)荷保護。對于定時限保護發(fā)出報警信號或減載信號，對于反時限保護，則發(fā)出切機跳閘信號。另一類是轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護，亦包括定時限和反時限兩種，保護的動作元件仍采用過電流元件，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護的定時限保護動作于發(fā)出減勵磁信號，其反時限保護動作于發(fā)出滅磁跳閘信號。根據(jù)發(fā)電機過負(fù)荷保護的原理和整定公式 [32]， 可得 保護的模型圖如圖 38。 第 3 章 繼電保護裝置的建模設(shè)計 37 異常運行保護 發(fā)電機異常運行保護主要包括定子鐵心過勵磁保護、頻率異常保護、逆功率保護以及定子過電壓保護。其主 要反應(yīng)發(fā)電機的內(nèi)部及機端故障。 1. 定子鐵心過勵磁保護 該保護通過采集發(fā)電機機端運行電壓及頻率，利用 gngnn ffUUBBN //?? (33) 計算過勵磁倍數(shù) N，當(dāng) N 超過整定值時保護相應(yīng)動作。式中： U、 f—— 運行電壓及頻率有名值； Ugn—— 發(fā)電機額定電壓； B、 Bn—— 磁通量及額定磁通量； fgn—— 發(fā)電機額定頻率。 保護分為兩段式，低定值段帶時限動作于信號和減小發(fā)電機勵磁電流，高定值段動作于解列滅磁。 2. 頻率異常保護 保護采集發(fā)電機運行頻率 f，當(dāng)檢測到其異常時，計算頻率異常運行時間，當(dāng)該時間超過定值時保護動作。該保護在與低頻減載裝置共同作用時要注意配合。例如在頻率異常保護動作于切機之前，應(yīng)保證低頻減負(fù)荷裝置先減負(fù)荷，使系統(tǒng)頻率及時恢復(fù)，使事故影響盡量 38 降低，僅在頻率仍未恢復(fù)，并可能危及機組安全的情況下才切機，防止出現(xiàn)頻率連鎖惡化的情況。 3. 逆功率保護 本保護反應(yīng)發(fā)電機逆功率故障，即發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行，從系統(tǒng)中吸取有功功率。保護通過采集發(fā)電機運行功率，利用PgPop %3~1? 計算保護定值，保護帶時限動作于信號或發(fā)電機 解列。 在過負(fù)荷、過勵磁、失磁等異常運行方式下，用于程序跳閘的逆功率保護作為閉鎖元件動作于信號。燃氣輪機、柴油發(fā)電機也有必要裝設(shè)逆功率保護，可以防止未燃盡物質(zhì)出現(xiàn)爆炸或者著火的可能，動作于跳閘解列。 4. 定子過電壓保護 本保護反應(yīng)發(fā)電機定子繞組過電壓故障。保護檢測發(fā)電機機端電壓，當(dāng)其超過發(fā)電機額定電壓乘以可靠系數(shù)后的值時，保護帶時限動作于解列滅磁。 本模型為發(fā)電機異常運行保護，包括定子鐵心過勵磁保護、頻率異常保護、逆功率保護、定子過電壓保護。每種保護可單獨投切。過流元件 1（ 2）為定子鐵心過勵磁保護 中的低定值（高定值）電流元第 3 章 繼電保護裝置的建模設(shè)計 39 件（模擬過勵磁元件）。過壓元件為定子過電壓保護中的低定值電壓元件。低壓元件 1（ 2）為逆功率保護中低定值（高定值）低電壓元件（模擬逆功率元件），為動作元件。低頻元件為頻率異常保護的頻率元件。 過 電 流 元 件過 電 流 元 件過 電 壓 元 件低 電 壓 元 件低 電 壓 元 件低 頻 元 件*1212+X 1 / X 212X 1 / X 212V TO M GY = A*12*12*12*12*12111111E F DE F DT P GT P GT P GT P GT P G 圖 38 異常運行保護模型圖 低勵失磁保護 該保護主要反應(yīng)發(fā)電機的低勵失磁故障。其動作主判據(jù)有： 1. 系統(tǒng)側(cè)主判據(jù) —— 高壓母線三相同時低電壓繼電器。在缺乏無功的電網(wǎng)中，本判據(jù)可以防止由發(fā)電機低勵失磁故障導(dǎo)致的電壓崩潰，避免 出現(xiàn)嚴(yán)重的停電事故。主、輔判據(jù)相與，經(jīng)延時動作于發(fā)電機解列。 2. 發(fā)電機側(cè)主判據(jù)： 40 1) 異步邊界阻抗繼電器動作判據(jù)； 2) 靜穩(wěn)極限阻抗繼電器動作判據(jù)； 3) 變勵磁電壓判據(jù)。 3. 低勵失磁保護的輔助判據(jù)有： 1) 負(fù)序電壓元件； 2) 勵磁低電壓元件； 3) 延時元件。 由于現(xiàn)階段發(fā)電機機電暫態(tài)模型自身的特點，該保護的發(fā)電機側(cè)主判據(jù)還無法通過建模實現(xiàn)，因此，低勵失磁保護的模型將重點體現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)判據(jù)，并加入必要的輔助判據(jù)。低勵失磁保護的基本結(jié)構(gòu)如圖39 所示。 本保護為發(fā)電機低勵失磁保 護，包括低電壓元件（三相同時）、負(fù)序電壓元件、負(fù)序電流元件、勵磁低電壓元件、延時元件。勵磁低電壓元件、負(fù)序電壓過量元件、負(fù)序電流過量元件為閉鎖元件。 負(fù) 序 電 壓 過量 元 件