基于PSCAD的电流保护实验系统的研究

摘 要：电流三段保护是比较重要和成熟的保护方式，建立三段保护的实验系统对本科教育有重要意义。本文在PSCAD仿真系统的基础上建立三段保护的物理模型和逻辑控制部分，并给出了仿真结果。

关键词：三段保护；PSCAD；物理模型；逻辑控制

1 一次系统构建

图 1 系统模型 Fig.1 The system model

（1）电路中一次系统采用110KV发电机模拟电网，参数采用外部调控方式（u=110kv ,f=50HZ,ph=60°）。

（2）线路下一级为stationA ，额定电压110KV，线路总长为100km, 通过采用TLineA1和TLineA2的方式组成，（75km+25km），主要是在A站的保护线路全长的3/4处模拟线路故障.故障类型暂定为A相接地故障。

（3）需要特别说明的是此模型为简单模型，与实际情况并不完全对应。在C母线之后并没有应用变压器而直接连接到用户，如此设计主要是考虑到整定值计算中若应用变压器需要进行一二次电流归算，比较繁琐。

2 A站内部电路构建

图 2 A站内部电路 Fig.2 The circuit of the station

（1）虚线内部为实际保护设备安装处，主要是模拟量的采集于此处，通过采集此处电压电流进行处理最终引入实际保护装置，作为最终的保护判据的使用量。TLineA1=75km TLineA2=25km。

（2）途中I、II、III段标示处不同保护的保护区域：

I： 电流速断保护 ，保护线路全长70-80%

II： 限时电流速断保护作为I段后备，延伸到下一线路保护本线路全长，时限较小，但要求高于下一线路的速断保护。

III： 定时限过电流保护，不仅保护本线路全长而且保护下一线路全长，后备的后背，整定值必然大于最大负荷电流 (需要特别说明的是在最末端负荷前仅仅建设速断保护即可)。

（3）鉴于在A站之内并没有其它支路，考虑到没有分流作用，B站的I段整定值只能是稍稍小于A站II段和III段整定值。保护安装处电流关系大致如下：

(其中 ， 分别为（40%-60%）100km的对地电容电流)

（4）B站逻辑电路与A站相同，控制逻辑完全相同，只是整定值有差异。

3 控制保护逻辑部分

（1）分别检测分离三相电流,若任意一相电流值大于0.85KA,则出口1到三输入或门，之后通过&门，旋钮信号为保护使能，如需将保护禁止则旋到0，BUT1为进行手动分闸命令，双稳态触发器防止命令信号在0、1 间抖动使继电器重复上电和失电进而使实际开关重复分合。

（2） Delay模块处拟构造重合闸逻辑，当线路故障是瞬间故障时应该在跳闸后延时一段时间自动重合，若重合后仍有故障检测出继续跳闸，（在此处考虑自写计数器模块当跳闸两次后重合闸装置不在强迫重合，而是认定为小故障是顽固性故障）。

（3） BRK21 信号为I段跳闸信号，BRK22 为II段跳闸信号，BRK23为III段跳闸信号，最终三个信号通过或门出口，任意保护出口断路器跳闸。

（4） PTrip23A_I 监测A相I段是否满足判据出口，PTrip23B_I、PTrip23C_I监测B、C相是否满足判据出口。

（5）逻辑控制如图3所示，II段逻辑III段逻辑与图3类似，只是由于保护范围不同整定值不同。

Fig.6 The simulation value of protect movement

图4为A相在2s时刻发生接地故障，电流与电压变化曲线。图5为三段保护动作时限，从结果看符合电流三段保护的时限特性。图6为保护动作后模拟量值。

从仿真结果看，本实验系统符合电流三段保护电流量值特征和时限特性，具有一定的实践意义。

参考文献

[1]张志竟,黄玉铮.电力系统继电保护原理与运行分析.北京:中国电力出版社,1995:101-119.

[2]朱声石.高压电网继电保护原理与技术.北京:中国电力出社,2005:115-125.

[3]崔家佩,孟庆炎.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京:水利电力出版社,1994:194-324.