母聯(lián)備自投保護(hù)模型建立與原理1

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1、目錄第一章母聯(lián)備自投保護(hù)模型建立與原理11.1母聯(lián)備自投保護(hù)建立11.2母聯(lián)備自投保護(hù)原理2第二章采樣與濾波電路32.1采樣模塊32.2濾波電路3第三章電壓電流算法43.1兩點(diǎn)計(jì)算原理53.2兩點(diǎn)計(jì)算模型5第四章邏輯判斷與控制64.1一路電源故障時(shí)的邏輯判斷64.2一路電源恢復(fù)時(shí)的邏輯判斷74.3邏輯控制模塊8第五章故障設(shè)置與仿真結(jié)果105.1故障類型設(shè)置105.2仿真結(jié)果11第六章結(jié)論與展望17參考文獻(xiàn)17第一章母聯(lián)備自投保護(hù)模型建立與原理1.1母聯(lián)備自投保護(hù)建立備自投保護(hù)分為進(jìn)線備自投保護(hù)和母聯(lián)備自投保護(hù)，已經(jīng)是微機(jī)保護(hù)系列中重要的一員，廣泛的應(yīng)用于各升、將壓變電站

2、母線切換，對(duì)保證供電可靠性和持續(xù)性發(fā)生著重要的作用。母聯(lián)備自投一般用于降壓變電站內(nèi)10kV單母分段主母線切換。三分段及以上母線有專用的快切裝置實(shí)現(xiàn)，原理和母聯(lián)備自投類似。在一般的降壓變電站、開閉所內(nèi)，有單母分段的場(chǎng)合一般都會(huì)配置母聯(lián)備自投。這是由于國(guó)網(wǎng)運(yùn)行要求：正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)斷路器斷開，兩路進(jìn)線各自帶各自的負(fù)荷運(yùn)行，如果一路失去電源的情況下，由令一路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電。本文以一個(gè)將壓變電站為例，利用PSCAD對(duì)110kV降壓變電站10kV單母分段母線母聯(lián)備自投保護(hù)進(jìn)行仿真。如圖1-1所示，圖1-110kV母聯(lián)備自投保護(hù)兩路電源模擬由兩臺(tái)主變低壓側(cè)引入電源，每個(gè)電源為10kV

3、，50Hz，取10kV系統(tǒng)的短路容量為334.8MVA,則基波阻抗如式（1-1）：(1-1)配電網(wǎng)的基波電阻為如式（1-2）：(1-2)配電網(wǎng)的基波電抗為如式（1-3）：(1-3)因此系統(tǒng)的電源設(shè)置為串聯(lián)電阻：R=0.04224Ω，串聯(lián)電感值：L=0.0059H。并用這兩個(gè)值估算系統(tǒng)阻抗。-17-兩路進(jìn)線和母聯(lián)、10路出現(xiàn)都帶斷路器。而每路出現(xiàn)的負(fù)荷用有功1MW,無(wú)功0.75Mvar，有功對(duì)電壓、無(wú)功對(duì)電壓的變化率都為2來模擬實(shí)際的負(fù)荷變化情況。每一路的額定負(fù)荷電流為721.68A，會(huì)比實(shí)際單個(gè)出現(xiàn)情況稍大些。因?yàn)樽冸娬镜某鼍€每路都在10路以上，考慮的與實(shí)際接近，因此將

4、每路出現(xiàn)設(shè)置大一些。母聯(lián)備自投需要在兩路進(jìn)線分別按照進(jìn)線PT和CT，圖紙用INV_1、INV_2用來表示進(jìn)線PT，用INI_I和INI_II用于表示進(jìn)線CT，母線PT用BUSV_I和BUSV_II表示，母聯(lián)電流用BUS_I表示。每一路出線配置什么保護(hù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要額定，比如饋線三段式、電容器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、接地變保護(hù)等等。出現(xiàn)安裝保護(hù)不在本文中討論。1.2母聯(lián)備自投保護(hù)原理正常運(yùn)行時(shí)，兩路進(jìn)線斷路器合閘，母聯(lián)分閘運(yùn)行。兩斷母線各自帶各自的負(fù)荷運(yùn)行。但其中一路進(jìn)線PT和CT同時(shí)檢測(cè)到無(wú)壓與無(wú)流時(shí)，簡(jiǎn)稱為無(wú)壓無(wú)流判據(jù)，可以判斷這一路的電源上游側(cè)發(fā)生了故障。無(wú)壓的情況有可能

5、PT斷線、PT損壞等情況，無(wú)流可能是CT接線到保護(hù)安裝處接線松動(dòng)等，為了排除這些情況，必須要同時(shí)滿足無(wú)壓與無(wú)流的判據(jù)才能啟動(dòng)備自投保護(hù)。此時(shí)備自投保護(hù)才能啟動(dòng)。備自投啟動(dòng)后，先斷開故障線路，再投合母聯(lián)斷路器。這樣在故障段負(fù)荷由非故障段電源供電，保證供電的可靠性。但故障電源恢復(fù)供電時(shí)，故障進(jìn)線PT將會(huì)檢測(cè)到電源電壓的恢復(fù)情況，此時(shí)母聯(lián)備自投保護(hù)啟動(dòng)，先斷開母聯(lián)斷路器，再合上故障線路?；謴?fù)到各段帶各段負(fù)荷運(yùn)行的情況。保護(hù)的邏輯如圖1-2所示，圖1-2母聯(lián)備自投保護(hù)的邏輯-17-第二章采樣與濾波電路由于處于中壓配電網(wǎng)，系統(tǒng)在正常運(yùn)行與故障運(yùn)行情況下電壓和電流存在諧波分量，對(duì)檢

6、測(cè)電壓與電流存在干擾，這對(duì)備自投保護(hù)整定判斷會(huì)存在干擾和影響，因此我們要對(duì)采樣得到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行濾波，再輸送到主保護(hù)元件進(jìn)行判斷。2.1采樣模塊微機(jī)保護(hù)的電壓采樣由電壓互感器的二次端輸入，額定線電壓為100V；電流采樣由電路互感器輸入，額定每相電流為5A,如果保護(hù)安裝處距離電流互感器采樣很遠(yuǎn)應(yīng)該考慮每相電流為1A，減少線路的損耗。備自投裝置需要采集兩進(jìn)線電源三相電壓與三相電流，每個(gè)進(jìn)線電源6路信號(hào)，一共12路信號(hào)。而在實(shí)際的運(yùn)行中需要采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入處理器進(jìn)行控制與邏輯判斷。2.2濾波電路由于PSCAD處理數(shù)組數(shù)量的限制，如果采用搭模塊的積分

7、濾波器，由于延時(shí)模塊太多，PSCAD不能運(yùn)行。最多只能對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)線濾波。這種情況用Fortran語(yǔ)言編寫可以避免數(shù)組的限制。由于采用兩點(diǎn)計(jì)算進(jìn)線邏輯判斷，濾波效果越好對(duì)邏輯判斷越準(zhǔn)確，因此本仿真通過兩個(gè)差分濾波器級(jí)聯(lián)進(jìn)行濾波。對(duì)單個(gè)差分濾波器而言，其濾波方程如式(2-1)所示，(2-1)設(shè)輸入正弦信號(hào)為，離散后，離散延遲k個(gè)采樣點(diǎn)后為，則差分濾波器的輸出為(2-2)所示，(2-2)則差分濾波器的幅頻特性為(2-3)(2-3)需要濾去諧波的頻率和基波及采用點(diǎn)數(shù)的關(guān)系如(2-4)所示(2-4)fm為所能濾掉的諧波的頻率，f1為基波頻率，則N