Telecom Power Technology
应急灯电路
运营探讨
孙雨晴，刘柏霖
（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳
配电网中，三段式电流保护广泛应用于110 kV及以下的电力系统。为方便学习、理解三段式电流保护
平台搭建了35 kV线路的仿真模型，虚拟仿真发生短路故障的情形，在不同故障位置和故障类型下直观分析三段电流保护（Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段）配合切除故障的过程。 仿真；短路故障；三段式电流保护
Research on Three-stage Current Protection Simulation Model Based on Simulink
SUN Yu-qing，LIU Bo-lin
College of Electrical Engineering，Guizhou University
three-stage current protection is widely used in power systems of
and below.In order to facilitate students to learn to understand the concepts and basic principles of three-stage current this paper builds a simulation model of 35kv line with the help of Matlab/Simulink platform.When the short the virtual simulation can intuitively analyze under different fault locations and types Understand
2020年5月25日第37卷第10期
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Telecom Power Technology
Ｍａｙ ２５，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １０
孙雨晴，等：基于Simulink 的 三段式电流保护仿真模型的研究
set.2
re rel ss L.max III III
III III
（5）
式中K SS 为自启动系数，一般取值为1.5～3.0，K III
食品安全检测试纸
rel 为Ⅲ段保护的可靠系数，一般取值为1.15～1.25。
保护装置的启动和返回通过电流继电器实现。根据电流继电器动作电流与返回电流之间的关系 I III re =K re I III set ，则动作电流为：
re rel ss L.max re rel ss
set
L.max re re
III III
III I K K I I K K I I K K === （6）式中K re 为电流继电器的返回系数，一般取值为
0.85～0.95。
1.4.2 动作时限整定
为满足选择性，Ⅲ段保护的动作时限按阶梯原则来整定。离电源较近的保护动作时限比相邻的下级保护动作时限长一个时限极差Δt ，线路末端的动作时限一般为保护装置本身固有的动作时间为0.5 s 。1.4.3 保护范围校验
Ⅲ段保护的灵敏度校验类似于Ⅱ段保护，即：
k.min sen set
III
III I K I = （7）Ⅲ段保护作为本线路近后备保护时，I k.min 取最小运行方式下本线路末端的两相短路电流，要求 K III sen ≥1.3～1.5；Ⅲ段保护作为相邻下级线路的远后备保护时，I k.min 取最小运行方式下相邻线路末端的
两相短路电流，要求K III
sen ≥1.2。
2 Simulink 仿真模型设计内外网数据交换
2.1 Simulink 模块选择
设计基于Matlab/Simulink 虚拟环境下35 kV 线路的三段式电流保护模型[2]，选用Simpowersystems 模块库和Simulink 模块库中的以下模块：三相电源模块、三相断路器模块、三相线路模块、三相故障模块、三相负载模块、傅里叶模块、开关模块、使能子系统模块、逻辑模块、三相电压电流测量模块、延时模块以及数据类型转换模块等。2.2 模型搭建节能灯灯头
Matlab/Simulink 搭建的三段式电流保护模型采用辐射型单电源供电的运行方式，中性点非直接接地。单侧电源供电35 kV 简单线路模型（图1）搭建带三段式电流保护的Simulink 仿真模型，利用傅里叶模块采集线路电流幅值判断故障点，发生短路故障时可带故障运行，保证供电的可靠性[3]。
图1 单侧电源供电35 kV 简单线路模型
2.2.1 Ⅰ段保护的搭建
Ⅰ段保护为瞬时速断保护，根据Ⅰ段整定原则确定整定值。线路发生短路故障时，短路电流急剧增大；超过设置的整定值时，使能子系统模块改变信号为1并保持信号，经过逻辑判断出故障信号后传输给断路器模块，断路器断开切除故障。2.2.2 Ⅱ段保护模型的搭建
作为Ⅰ段保护的后备保护，Ⅱ段保护有0.5 s 的时限，由数据转换类型模块和延时模块实现。与Ⅰ段保护一样，通过傅里叶模块取得电流幅值并与整定值比较。Ⅱ段保护的范围比Ⅰ段保护的范围大，其整定值一般比Ⅰ段整定值小。与Ⅰ段保护不同，Ⅱ段有时限，需要利用逻辑模块构成后备保护功能。短路故障发生且Ⅰ段保护拒动时，Ⅱ段保护才会产生信号动作切除故障。
2.2.3 Ⅲ段保护模型的搭建
作为本级线路的近后备保护和下级线路的远后备保护，Ⅲ段保护的整定值比Ⅰ段保护和Ⅱ段保护的整定值小，时限和Ⅱ段的时限呈阶梯递增状（t =0.5+Δt ）。Ⅲ段保护不仅要判断Ⅰ段和Ⅱ段保护是否故障，还要判断下级线路的断路器是否故障，以此判断保护是否动作。2.3 仿真结果分析
领衬
以靠近电源侧的母线为例，基于Simulink 仿真系统对三段式电流保护模型进行仿真验证，设置Fault 模拟相间短路故障[4]。故障在仿真的0.5 s 开始，通过示波器模块显示线路电压、线路电流以及断路器的动作状态。
验证Ⅰ段保护时，可直接在AB 线路上设置一个故障信号，观察示波器（图2）看到线路在0.5 s 时电流急剧增大，0.01 s 延时后断路器断开，电流速断保护成功切除故障。
验证Ⅱ段保护时，Ⅰ段保护为拒动状态，需要给Ⅰ段保护一个常数信号以保持Ⅰ段不动作，然后在线路AB
上设置一个故障信号，观察波形图（图3）看到线路在0.5 s 时发生故障。由于Ⅰ段保护拒动，断路器经过0.5 s 的延时在1 s 处断开，定时限电流速断保护成功切除故障。
验证Ⅲ段保护分为近后备验证和远后备验证。验证近后备保护时，Ⅰ段保护和Ⅱ段保护为拒动状态，直接给Ⅰ段保护和Ⅱ段保护一个常数信号使它们保持不动作状态，然后在线路AB 上设置故障信号，观察波形图（图4）看到线路在0.5 s 时产生一个较大的短路电流，经过1 s 延时后，断路器在1.5 s 处断开，Ⅲ段近后备保护成功按时动作。远后备保护是指下级
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线路发生故障后，断路器发生拒动没有及时断开故障
上设置一个故障信号，点的断路器一个常数信号使断路器不动作，
），可以观察到线路时产生了一个较小的短路电流，在经过1 s延时后，断路器在
按时动作。
由以上仿真结果可以得出，搭建的
型可以有效模拟三段式电流保护的动作过程和Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段保护的配合过程。
图2Ⅰ段保护瞬时动作图3Ⅱ段保护定时限动作图4Ⅲ段保护近后备动图5Ⅲ段保护远后备动作
3 结 论
通过Matlab/Simulink虚拟仿真软件搭建三段式电流保护的仿真模型，从基本原理出发，分析三段式电流保护的整定原则，然后根据基本原理和整定原则搭参考文献：
[1]王彦军.电力线路三段式保护模拟实验装置设计[D].
西安：西安科技大学，2013.
[2]李裕，冷雪梅，孙璟，等.MATLAB在三段式电
流保护教学中的应用[J].中国电力教育，2014，（11）：
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