水電站電氣繼電保護仿真的研究與開發

劉敏

【摘要】水電站是我國生產生活中不可或缺的一部分，是為人們生產生活提供電能的重要場所，為提高水電站運行效率，電氣繼電保護就成為水電站的重要組成部分，仿真技術的運用可以為水電站電氣繼電保護奠定基礎，因此，有必要對水電站電氣繼電保護仿真進行研究與開發。基于此，本文將重點研究水電站電氣故障仿真、變壓器差動保護仿真以及零序電流繼電保護仿真三者的研究與開發。

【關鍵詞】水電站；電氣；繼電保護；仿真；開發

前言

水電站電氣一旦發生故障將直接影響到該地區的供電情況，為解決這一問題，有必要將繼電保護裝置應用其中，隨著繼電保護裝置的運用，不僅可以保證水電站電氣安全，還可以及時發現存在于設備中的問題，同時水電站電氣繼電保護仿真的適應能力強，便于研究與開發。因此，應重視水電站電氣繼電保護仿真的開發與研究。

1、水電站故障仿真

水電站電氣是為社會提供生產生活所需電能的關鍵，為及時發現存在于水電站電氣中的故障，就需要構建水電站電氣故障仿真模型，應用合適的發電機，為實現這一目標，可以將水輪同步發電機應用進來，構成無窮大系統模型。為提高運行效率，該仿真模型中所應用的發電機容量為200mv/A，電壓為14kV。在構建仿真模型的過程中，還要重視故障模塊的建立，這樣可以盡快了解各個短路故障類型，并在第一時間將問題解決。通過對水電站電氣實際運動波形研究可以發現，在電氣設備剛啟動的時候，線路工作狀態基本穩定，無論是三相電壓還是電流都處于對稱狀態，隨著時間的推移，三相電壓逐漸變小，基本達到0的狀態，而電流此時則快速上升，成為短路電流的一種，且在一段時間以后消除故障，此時電壓與電流也基本回歸常態。在這一過程中，為保證水電站電氣可以正常運行，減少其他故障所帶來的不良影響，如短路等，還要設置與之相對應的故障類型，且做好仿真波形觀察，同時設置好接地電阻，這也是進一步了解系統故障的有效措施。

2、變壓器差動保護仿真

對于微機變壓器差動保護來說，其差動元件的設計就是對差動元件的依靠，之所以采用這種設計，主要是由于該動作具有良好的比率制定特性。為做好仿真設計，應設置好比率差動元件方程，如：

Ai≧Aimin Ar≤Armin

Ai≧Aimin +B（Ar-Armin） Ar>Armin

在這里，Ai代表的是差動電流，Ar代表的是制動電流，B代表的是動作斜率，Armin代表的是拐點制動電流值，而Aimin代表的是最小動作電流。若該水電站的電壓器為雙繞組，那么電流方向就會發生變化，進入到變壓器中的電流為正電壓，留出變壓器中的電流為負電壓。

對于變壓器差動保護仿真模型來說，在故障模塊的作用下可以分為區內故障與區外故障兩種，為保證水電站電氣能夠正常運行，應用三個單項變壓器取代三相變壓器，且設置好相應參數，采用合適的連接方式，這樣就可以準確將故障找出，并聯系實際情況采用合適的故障處理方法。隨著內外兩種故障應用仿真模塊的運用，保護模塊的可靠性也會有所提升，這對水電站電氣來說也有一定好處。

通過研究變壓器區外故障可以發現，在仿真模型剛開始啟動的時候，變壓器兩側電流的上升速度明顯提升，很快就形成了短路電流，但因無法滿足差動保護判據，就出現了保護不動作的情況。而在區內故障中，變壓器兩端電流很可能出現快速增長的情況，一旦具有差動保護判據，相應的保護動作就會發生，變壓器也會隨之分離，故障電流也會消失。

3、零序電流繼電保護仿真

零序電流繼電保護仿真的運用也是水電站電氣繼電保護仿真中不可缺少的一部分，隨著零序電流繼電保護仿真模型的應用，不僅可以快速分析故障類型，還能聯系實際情況做好兩相接地分析。

為做好水電站電氣繼電保護，就需要構建零序電流繼電保護仿真模型，通過對該仿真模型的研究發現，在模型啟動的0.1s以內，線路基本處于穩定運行狀態，電流與電壓的運行路線也呈對稱分布，但在0.1s以后，就容易產生故障，即兩相線路發生短路，此時故障電壓就會將為0，電流的上升速度不斷提升，成為短路電流。同時，未發生故障的相電壓則會上升，電流變化也不明顯。在繼電保護仿真裝置的作用下，跳閘會隨之出現，且很快會復合，但這并不意味著故障已經消除，這就需要聯系實際情況做好故障修復，只有這樣才能保證水電站電氣設備正常運行。

此外，為建模完整，還要構建合適的數據庫模型，強化模型的通用性與方便性，并在數據庫中做好建模保護，并應用二次保護裝置，確保兩次保護裝置相同，這樣就可以將一次系統仿真結果傳遞到二次仿真系統中，進而完成系統數據保護，這也是為水電站電氣奠定保護基礎的有效措施。

4、結束語

水電站對我國國民經濟增長有重要影響，而水電站電氣是水電站重點保護內容，為減少電氣故障發生，提高人民對水電站工作的滿意度，電氣繼電保護就成為水電站重點研究內容。因此，本文聯系實際情況研究了水電站電氣繼電保護仿真模型與研究，并聯系實際情況提出了合適的仿真措施，指出了仿真模型各個階段的實際運行情況，確定了仿真模型設計要點與應用技術，希望能為相關人士帶來有效參考，做好水電站電氣繼電保護工作，為人們提供高品質、高效率電能。

參考文獻：

[1]. 繼電保護[J]. 電工文摘，2012，06：7-13.

[2]葉雄兵. 蓮陽橋水電站電氣二次設計探討[J]. 廣東水利電力職業技術學院學報，2013，02：5-8+49.

[3]鄭大千，王慧芳，何奔騰. 軌道交通直流牽引系統繼電保護仿真軟件的研究[J]. 機電工程，2015，05：690-695.