继电保护数字仿真实验-(修复的)-(修复的)

电气工程学院继电保护数字仿真实验报告继电保护数字仿真实验一．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。①单相接地短路三相测量电压的变化三相测量电流的变化②两相接地短路（在此设置为BC相接地短路）三相测量电压的变化-200-150-100-50050100150200y(kV)Vs-1.00-0.500.000.501.001.502.002.503.00y(kA)Is三相测量电流的变化③三相接地短路三相测量电压的变化三相测量电流的变化④两相短路三相测量电压的变化-250-200-150-100-50050100150200y(kV)Vs-2.50-2.00-1.50-1.00-0.500.000.501.001.502.00y(kA)Is-250-200-150-100-50050100150200y(kV)Vs-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0y(kA)Is三相测量电流的变化⑤三相短路三相电压的变化三相电流的变化（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。-250-200-150-100-50050100150200250y(kV)Vs-3.0-2.0-1.00.01.02.03.0y(kA)Is-250-200-150-100-50050100150200y(kV)Vs-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0y(kA)Is下图为单相接地时A相测量阻抗和正定阻抗（偏移圆）的关系，当A相的测量阻抗落入整定圆时，距离保护动作。下图为两相接地时BC相测量阻抗和正定阻抗（偏移圆）的关系，当BC相的测量阻抗落入整定圆时，距离保护动作。5.实验分析（1）dist_protection所设是何故障，由何种距离保护动作；由仿真实验结果图①所示，当A相接地故障发生时，A相（故障相）电压下降，而且电流上升；但是非故障相的电压电流变化几乎不变。由于A相的电流，电压的值都发生了变化，所以计算的测量阻抗能够准确反映A相接地故障，因此A相的距离保护动作。而B，C相的距离保护都不动作。可以看到实验结果图②，图③的结果都符合我们上面的结论。图②的两相接地短路动作的是B，C相的距离保护；图③的三相接地A，B，C相的距离保护都要动作。此外，我们还可以通过电压的曲线看到故障发生的时刻为0.2s，持续时间为0.05s。（2）示例中整定阻抗是否与教材所授一致，整定阻抗的阻抗角是否为线路阻抗角;下图为阻抗圆的绘制代码：-300-200-1000100200300-300-200-1000100200300+y-y-x+xXCoordinateYCoordinateRbRcRcircleXbXcXcircle-300-200-1000100200300-300-200-1000100200300+y-y-x+xXCoordinateYCoordinateRbcRcaRcircleXbcXcaXcircle整定阻抗圆的方程为：{𝑅=32𝑐𝑜𝑠(60∙2𝜋𝑥+𝜑)+5.5𝑋=32𝑠𝑖𝑛⁡(60∙2𝜋𝑥+𝜑)+31.5整定阻抗的半径：R=32，阻抗圆的圆心坐标为。可以计算得到，正定阻抗的值为：𝑍set=11+j16下图是此次仿真实验所使用的两段线路的参数数据：电导，电纳的值很小，因此我们忽略不计。可以看到，两段线路的单位长度的电阻和电感值都是相同的，通过计算有：𝑋0=0.5077627由于线路的全长为100Km，所以线路阻抗的大小如下：Z=3.57448+50.77627所以，初始设置的正定阻抗与线路阻抗有一定的差异。并且整定阻抗的阻抗角不是线路阻抗角。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；首先计算圆心坐标：582)(1.517,21.0.8528）（3.57,50.7偏移圆的半径为：635.21r线路阻抗角为：98.85阻抗圆的绘制代码：更改阻抗圆之前更改阻抗圆之后有图可知选取单相（A相）接地故障时，更改阻抗圆之前故障动作，更改以后不动作。（2）改变线路故障位置，使B1断开。用图和数据说明已完成6.（1）（2）工作，需列出整定过程。在根据（1）中设定参数之后，该段I段保护可以保护线路全长的85%。现在我们将两段线路的设定如下：左侧的线路全长为95km；右侧的线路全长为5km。短路故障设为A相接地短路，运行程序，三相电流的结果如下所示：可见，虽然发生了单相接地短路，但由于不在I段保护的保护范围之内，虽然A相电流怎大，但是I段保护仍没有动作。下图表现了测量阻抗与偏移圆的关系：易知，测量阻抗一直在偏移圆之外，保护不动作。7.设计断路器B1处距离保护II段。-300-200-1000100200300-300-200-1000100200300+y-y-x+xXCoordinateYCoordinateRbRcRcircleXbXcXcircle-300-200-1000100200300-300-200-1000100200300+y-y-x+xXCoordinateYCoordinateRbRcRcircleXbXcXcircleMain:Graphs0.1600.1800.2000.2200.2400.2600.2800.3000.320.........-2.0-1.00.01.02.03.0y(kA)Is-100-50050100-100-50050100+y-y-x+xXCoordinateYCoordinateRbRcRcircleXbXcXcircle用图和数据说明已完成7.工作，需列出整定过程。整定计算过程：LINE1：Z1=3.217+j45.699LINE2：Z2=3.574+j50.777LINE4：Z4=2.502+j35.543且LINE4上没有支路，没有需要配合的变压器，所以可得Zset.2𝐼=𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼∙𝑍4=2.0016+𝑗28.4344ohm所以由LINE1、LINE2和LINE4配合可得Zset.1𝐼𝐼=𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼𝐼(𝑍𝐴𝐵+𝐾𝑏.𝑚𝑖𝑛∙Zset.2𝐼)=4.46+𝑗63.369ohm由此可得线路II段继电保护接线方式为左侧为一段保护接线方式，右侧为二段保护接线方式。距离保护II段单相测量阻抗变化图此处设置A相接地故障，故障点在线路95和5km分界点处，距离保护I段不动作，距离保护II段动作。二．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①控制角为0度时变压器三相励磁电流的变化：②控制角为0度时变压器两相励磁电流差的变化：-10.0-8.0-6.0-4.0-2.00.02.04.06.0yimaimbimc③控制角为0度时变压器三相磁通的变化：（5）使控制角为90度运行由电压表的测量可知，Va的峰值为28.55V，因此设定Va=28.55V，此时控制角为90度，如下图所示：①控制角为90度时变压器三相励磁电流的变化：②控制角为90度时变压器两相励磁电流差的变化：-15.0-10.0-5.00.05.010.015.0yimarimbrimcr-0.150-0.100-0.0500.0000.0500.1000.150yFluxaFluxbFluxc-6.0-4.0-2.00.02.04.06.08.010.0yimaimbimc③控制角为90度时变压器三相磁通的变化：（6）增大断路器断开时间（参见（3）b.），我们再次设置断开时间为0.25S，使断路器重新合上时的剩磁约为0，然后运行。①消除剩磁后变压器三相励磁电流的变化（控制角为90度）：②消除剩磁后变压器两相励磁电流差的变化（控制角为90度）：②消除剩磁后变压器三相磁通的变化（控制角为90度）：-10.0-7.5-5.0-2.50.02.55.07.510.0yimarimbrimcr-0.150-0.100-0.0500.0000.0500.1000.150yFluxaFluxbFluxc-6.0-4.0-2.00.02.04.06.08.0yimaimbimc-8.0-6.0-4.0-2.00.02.04.06.08.0yimarimbrimcr4.实验分析（1）由图形简单分析单相励磁涌流的特点；对比实验结果所得到的励磁电流波形，首先我们仅分析其中的一相（例如A相）。可以看到：励磁涌流是否产生与空载变压器的空载合闸角度有关。当合闸角度为0度时，励磁涌流的值很大；而合闸角度为90度时，A相几乎没有产生励磁涌流。此外，控制角为0度时变压器A相励磁电流的变化，我们发现其波形完全偏向了坐标轴的一侧，并且出现了间断，由此不难推断出该励磁电流含有大量的非周期分量以及谐波分量。（2）由图形简单分析两相励磁涌流之差的特点；可以看到，两相励磁涌流之差是可能形成对称性的涌流的，例如图a中B相和C相励磁电流差就是对称性涌流。出现上述现象的原因是不同相的励磁涌流不一定都偏向坐标轴的同一侧，并且存在一定的相角差。5.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。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.①当合闸角为0度时：变压器暂态磁通的变化间断角𝜃𝐽=(0.2391−0.2277)0.0167⁄*360=242.84度-0.150-0.100-0.0500.0000.0500.1000.150yFluxaFluxbFluxc-0.30-0.20-0.100.000.100.200.30yima_-citong_satFluxa、谐波含量②当合闸角为45度时：变压器暂态磁通的变化间断角𝜃𝐽=(0.2394−0.2275)0.0167⁄*360=253.49度谐波含量非周期分量基波二次谐波三次谐波四次谐波𝜽𝑱=242.84度-88.410043.61.128.87𝜽𝑱=253.49度-86.110051.58.888.29(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?教材上图6.12及图6.14的间断角小