輸電線路三段式電流保護的MATLAB仿真與分析

孫浩 張志遠 徐天啟

摘要：在MATLAB的Simulink仿真平臺上建立輸電線路三段式電流保護模型，設置不同的故障點和故障類型進行仿真和分析，驗證了三段式電流保護的行為特性，表明MATLAB軟件具有強大的仿真功能，為繼電保護的學習和研究提供了有效的方法和平臺。

關鍵詞：輸電線路；電流保護；MATLAB

中圖分類號：TM773.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0098-02

繼電保護裝置是電力系統重要的組成部分，是保證電力系統安全和可靠運行的重要技術措施之一。電力系統中以電力線路規模巨大，電力線路的電流保護是電力系統繼電保護中最基本，也是最重要的保護，三段式電流保護簡單、經濟、可靠，廣泛應用于35kV及以下電壓等級的電網[1]。電流保護原理雖然比較簡單，但卻比較抽象，不易理解[2]，因此本文利用MATLAB軟件建立三段式電流保護的仿真模型進行仿真與分析，不僅有利于正確理解電流保護的保護范圍、動作時間的配合以及保護的動作特性，更便于復雜保護的學習和研究。

1 三段式電流保護仿真建模

1.1 電力系統的仿真模型

以圖1所示單電源輻射型輸電網絡為例進行三段式電流保護的仿真，已知電源電壓為35kV，系統最大和最小等值電抗分別為6Ω、4Ω，線路單位電抗為0.4Ω/km，線路AB的最大負荷電流為100A，線路BC的過電流保護動作時限為1s。

電力系統的Simulink仿真模型如圖2所示。

為便于設置故障點，將線路AB分成Line1和Line2，用三相電壓電流測量模塊仿真系統母線，設負荷的功率因數為1，根據系統已知數據設置各模塊參數，仿真算法采用Ode23tb。

1.2 電流保護的仿真模型

三段式電流保護的仿真模型如圖3所示。

模型中的“增益”k設置為0.707，是將獲取的三相電流幅值轉換為有效值。電流保護的Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的仿真模型構成基本相同，圖4為電流Ⅱ段的仿真模型[3]。通過改變整定電流值和動作時間，該模型同樣適用于電流Ⅰ段和Ⅲ段保護。

2 仿真結果及分析

可以通過改變線路的長度來模擬線路不同段故障，在距離A母線10km處設置三相短路故障，發生故障的時刻為t=0.2s，運行仿真，得到流經保護1處的電流及保護的動作情況如圖5所示。

從圖5中可見，線路在0.2s發生故障，產生一個較大的短路電流流經保護1，其電流仿真值為1.724kA，大于電流Ⅰ段的整定值0.89kA，故障發生在電流Ⅰ段保護范圍內，繼電器瞬時動作切除故障。

在AB線路末端設置兩相短路故障，發生故障的時刻為 t=0.2s，仿真結果如圖6所示。

從圖6中可見，流經保護1處的電流仿真值為0.698kA，大于電流Ⅱ段的整定值0.51kA，故障發生在電流Ⅱ段保護范圍內，繼電器經過0.5s延時后動作切除故障。

3 結語

本文在MATLAB軟件的Simulink仿真平臺搭建三段式電流保護的仿真模型，在不同保護范圍內設置故障，得出短路電流和保護動作信號波形并進行分析，通過仿真可直觀地感受電流保護的保護范圍、動作時間的配合以及保護的動作特性，表明了MATLAB具有強大的仿真功能，是繼電保護學習和研究強有力的仿真工具。

參考文獻

[1]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]李秀琴.輸電線路電流保護仿真實驗軟件設計[J].實驗室科學，2010，13（05）：65-68.

[3]于群，曹娜.電力系統繼電保護原理及仿真[M].北京：機械工業出版社，2015.