武汉大学电气学院继电保护实验报告

电气工程学院

《继电保护仿真实验》报告

姓名：吕知彼

学号：2013301610345

班级：2013级3班

2016年6月

一．线路距离保护数字仿真实验

1.实验预习

电力系统线路距离保护的工作原理，接地距离保护与相间距离保护的区别，距离保护的整定。

2.实验目的

仿真电力系统线路故障和距离保护动作。

3.实验步骤

（1）将dist_protection拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开dist_protection;

（3）认识各个模块作用，找到接地距离保护和相间距离保护部分；

（4）运行。

4.实验记录

（1）断路器B1处保护的包括故障瞬间及断路器断开瞬间的三相测量电压、电流；故障瞬间电压Vs波形：

放大后的波形：

故障瞬间电流Is波形：

放大后的波形：

（2）各个接地距离、相间距离保护测量阻抗的变化。

在dist_relay模块中找到显示接地距离、相间距离保护测量阻抗和整定阻抗的两个XY Plot，利用Plot右侧的滑竿可以清楚看到测量阻抗与整定阻抗的关系。注意记录的Plot要显示整个运行期间测量阻抗与整定阻抗的关系。

接地距离保护：放大后的结果：

相间距离保护：放大后的结果：

由所学知识可知：当测量阻抗落入整定阻抗特性内则保护动作。

（1）dist_protection初始所设是何故障，由何种距离保护动作；

因为测量阻抗没有落入接地距离保护整定圆内，而是落入了相间距离保护整定圆内，故可以判定为发生故障为BC相间短路，由相间距离保护动作。

查看故障设置可知，保护动作正确。

（图中3和5的标注反了，3应为BCG短路故障，5应为BC短路故障）

（2）示例中I段整定阻抗是否与教材所授（教材3.106式）一致，整定阻抗的阻抗角是否为线路阻抗角;

故障点左端线路参数为：

故障点右端线路参数为：

则线路总阻抗大小：

Z=R+jX=(3.217+0.357)+j(45.699+5.078)=3.574+j50.777 Ω

则线路阻抗角为θ=85.974°；

整定圆设置：

整定圆的半径R=32 圆心为（5.5，31.5），则Zset=2(5.5+j31.5)=11+J63 Ω;

整定阻抗角特殊符号φ=80.1°；

如果取可靠系数为0.85，距离一段的整定阻抗为Zset1=0.85*（3.574+J50.777）=3.038+J43.160Ω。故可得示例中I段整定阻抗与教材所授不一致，整定阻抗的阻抗角不为线路阻抗角。

6．（1）按教材所授重新设置I段整定阻抗，要求整定阻抗的阻抗角为线路阻抗角；

取可靠系数为0.85，距离一段的整定阻抗为Zset1=0.85*（3.574+j50.777），即为3.038+j43.160Ω。根据整定阻抗与圆心和半径的关系可知，方向圆圆心为(3.308/2,43.160/2）=（1.519，21.580）

半径R= (1.519*1.519+21.58*21.58)^0.5=21.633。

在上述计算修改整定值：

接地距离保护：放大后：

相间距离保护：放大后：

改变以后如果不改变线路故障位置，测量阻抗未进入方向圆，故障位置位于线路90%处，保护正确不动作。

（2）改变线路故障位置，使B1断开。

根据上面（1）的I段整定可知，距离保护I段可以保护线路全长的85%，所以将故障位置设为距离B1为70km处，若以上设置正确，则保护I段应动作。

设置如下：

仿真结果为：，由于测量阻抗进入整定圆内，保护动作，左侧断路器B1断开。

7．设计断路器B1处距离保护II段。

根据所学知识，将断路器B1的II段与相邻线路line4的线路距离保护I段配合。

线路4的参数为：

由课本与相邻线路距离保护的二段保护整定阻抗公式可知，二段的整定阻抗Z2=Krel2*(Z1+Z2+Kb.min*Zset2.1)=0.8*(3.574+j50.777+2.502+j35.543)=

4.861+j69.056 Ω。

延时模块整定参数：（取延时为0.5S）

延时环节设定：

增画阻抗圆：

假定短路发生在线路95KM处，并且为单相接地短路，此时应该经过0.5s 延时后，保护二段动作，切除故障，保护一段正确不动作，即测量阻抗应进入保护二的动作圆中，而在保护一的动作圆外，如下图所示。

二．变压器纵差动保护

1.实验预习

变压器纵差动保护的基本原理和接线方式，及其整定计算原则，习题6.5求解。

2.实验目的

清楚（1）双绕组Yd11接线三相变压器模拟式纵差动保护原理接线，（2）如何根据采用的差动保护继电器、电流互感器变比整定动作电流。参见《电力系统继电保护习题集》习题6.5。

3.实验步骤

（1）将Transformer_protection拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开Transformer_protection;

（3）认识各个模块作用, 将各个模块图形粘贴到下面相应处，

a. 故障设置模块，如何设置不同类型故障；

通过右侧设置杆设置故障类型，数字与故障的对应分别为：

1=没有故障；2=A相接地故障；3=B-C两相故障；4=ABC三相故障；

5=B-C两相接地故障；6=ABC三相接地故障。

b. 电流互感器变比设置。

（4）设计以下模块

a. 电流互感器二次电流相位校正；

b. 计算流入继电器的电流；

c. 继电器动作电流的整定；

d. 变压器纵差动保护是否动作的判定。

4. 实验记录

（1） 变压器外部的最大三相短路电流，并求出工频有效值；

发生三相短路时，电压互感器一二次侧电流如图所示，

可以看出，变压器外部的最大三相短路电流为

max 13.56 KA I =

那么其工频有效值为

I =

有效

（2） 变压器外部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流（变压器Y 侧记录的是电流互感

器三角形接线的线电流）及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）； A 相接地短路时

BC相间短路时

ABC相间短路

BC两相接地短路

三相接地短路

由上述结果可知，故障时变压器纵差动保护不动作。

（3）变压器内部短路时，两侧电流互感器二次侧的电流（变压器Y侧记录的是电流互感器三角形接线的线电流）及流入差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上）。（4）A相接地短路时

BC相间短路时

ABC相间短路

BC两相接地短路

三相接地短路

由上述结果可知，故障时变压器纵差动保护动作。

5. 实验分析

（1）求取4（1）的作用是什么；

整定差动继电器动作电流时需要躲过因为外部短路引起的最大不平衡电流，故需要求取外部短路时最大电流。

（2）由4（2）分析变压器外部短路时纵差动保护不动作的原因；

由4（2）图可以看出，外部短路时，差动继电器流过很小的不平衡电流，整定时已躲过，保护不动作。

（3）由4（3）分析变压器内部短路时纵差动保护动作的原因。

由4（3）图可以看出，内部短路时，差动继电器流过差动电流大大增加，超过整定值，保护迅速动作。

三．变压器的励磁涌流数字仿真实验

1.实验预习

产生励磁涌流的原因，单相变压器与三相变压器励磁涌流的区别联系。

2.实验目的

通过仿真清楚励磁涌流的产生原因，找到影响其形状和大小的因素，进行傅立叶分析分析其构成。

3.实验步骤

（1）将Current_in_rush拷到电脑，进入PSCAD界面;

（2）打开Current_in_rush;

（3）认识各个模块作用，

a.知道怎么通过下面模块中的电压瞬时值设置合闸角(Va为0时合闸角为0

度, Va为峰值时(鼠标置于显示图上峰值时刻任一点时可自动显示)合闸角

为90度)，初始设为0，如图1所示；

图1. 合闸角设置

b.增大下面模块的设置时间从而减小空载合闸时的剩磁（断路器跳开外部电

源后，磁通将随时间衰减），

图2. 变压器与外接电源断开时间设置

（4）按初始条件运行，观察并记录变压器三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化；

（5）使控制角为90度运行，观察并记录仿真结果；

（6）增大断路器断开时间（参见（3）b.），使断路器重新合上时的剩磁约为0，运行，观察并记录仿真结果。

4.实验记录

各种运行条件下的三相励磁电流，两相励磁电流差，三相磁通的变化。

(1)初始条件下，合闸角为0°。结果如下：

①三相励磁电流和两相励磁电流差：

②三相磁通的变化：

（2）使控制角为90°：

①三相励磁电流和两相励磁电流差：

②三相磁通的变化：

（3）增大断路器断开时间，使重合时剩磁为0，保持控制角为90°。结果如下：

①三相励磁电流和两相励磁电流差：

②三相磁通的变化：

5.实验分析

（1）由图形简单分析单相励磁涌流的特点；

1、以A相为例，励磁涌流的大小与合闸角有关，A相电压相位为0°时合闸励磁涌流较大，90°时励磁涌流较小。

2、单相励磁涌流完全偏向时间轴的一侧，并且出现间断角。

3、励磁涌流与变压器剩磁有关，剩磁越大，饱和程度越深，励磁涌流越大。

（2）由图形简单分析两相励磁涌流之差的特点；

除了上述特点之外，某相还出现了对称性涌流，不再偏向时间轴的一侧；间断角减小。

6. 进一步思考

(1)分别设置合闸角为0度和45度, 读取间断角, 在PSCAD元件库CSMF中找到FFT元

件，对单相励磁电流进行傅立叶分析，找到间断角与各次谐波含量的关系，绘制表格，类似于教材179页表6.1。

注意: a. 如何读取间断角

将饱和磁通（由变压器参数读取）、A相磁通置于同一张图上(Graph1) 上, 读取

合闸后第一周期两者交点时刻, 将A相磁通小于饱和磁通区段的两端时刻做差,

除以周期, 再乘以360度既可;

b. 如何读取谐波含量

读取第一个间断角时间段内较平滑的谐波含量变化曲线某点值.

FFT元件的接线：

比较谐波分量模块：

读取间断角结果：合闸角0°时，间断角=248°; 合闸角45°时，间断角=263°

得到间断角与各次谐波含量的关系如下表所示：

（2）为何教材上图6.12及图6.14的间断角小于180度, 而实验中的间断角可大于180度?

1、教材上设置三相的剩磁为0.7（标幺值），而在实验中磁通衰减很快，剩磁没有这么大，而剩磁越小间断角越大，故间断角会小于180度。

2、涌流越小，间断角越大，教材中没有考虑损耗，即将磁通自由分量视为直流分量，而在该实验中磁通自由分量为衰减的非周期分量，使得总磁通减小，故间断角会小于180度。