1引言

　　随着电力工业的发展，电网规模的日益扩大，人们对调度员培训仿真器（DTS）的认识逐渐增强，对仿真的实用性、逼真性和灵活性的要求也日益提高。继电保护仿真是DTS重要的组成部分，它对模拟系统在事故情况下的继电保护装置动作及运行情况有着重要的意义。因此，如何提高继电保护仿真的实用性、逼真性和灵活性是DTS研究开发中需不断探索的课题。

　　根据原理不同，目前应用于DTS的继电保护装置的仿真方法主要有两种：定值比较法和逻辑比较法。在电力系统仿真中，定值法是根据电力系统发生故障时的故障计算得到各元件上的电气量，即系统发生故障后，通过故障计算得到故障点及其周围的故障电流、电压等，并将这些数据和整定值进行比较判断的继电保护动作方式。它的优点是模型简单，仿真逼真，但实时性不好。逻辑法则不进行故障计算，是由故障点的信息和继电保护装置安装信息以及保护原理来处理保护动作，故障点信息包括：故障类型，故障持续时间，故障位置。继电保护安装信息包括：安装的保护类型、保护动作时延等。它通过设定从故障点向外围的开关逻辑和继电保护装置动作时延的配合来反映选择性，并转换为开关操作后计算稳态潮流。它的优点是实时性好，易于满足速动性的要求，但仿真相对引够逼真。

　　定值保护存在着实时计算速度慢的局限性，而且对DTS的故障仿真计算有较高的要求，需要建立较准确的继电保护模型，另外如果电力网较为庞大（如网省级），利用定值法来实现其继电保护仿真会大量增加一次系统的计算量及二次系统的判断时间，况且对于保护装置的模拟并不仅仅是看保护单元的动作方程是否满足，还要涉及启动和选相等多方面的问题，这些问题使定值判别法难以体现调度员培训的实时性。而采用逻辑比较法进行保护仿真，根据已知的保护配置，通过网络拓扑和逻辑判断来触发相应的保护动作，并设置相应保护的拒动或调整保护动作时间等，同样可以进行稳定性指标的分析。虽然这种方法不如定值比较法直接，但可以免除定值比较法的开发和定值维护所带来的巨大困难，因此，做DTS继电保护仿真时，逻辑比较法可视为一种工程实用的方法加以开发利用。

　　2主要故障类型

　　电力系统故障按发生地点分主要分为线路故障，母线故障，变压器故障和发电机故障四类，其中，线路故障和母线故障又分为接地故障，断相故障及相间短路，变压器故障和发电机故障又分为内部故障和外部故障，具体故障类型如下表所示：

　　表1线路故障与母线故障

　　 线路故障 母线故障

　　接地类型 A B C A，B B，C C，A A，B，C A B C A，B B，C C，A A，B，C

　　相间短路    A-B B-C C-A A-B-C    A-B B-C C-A A-B-C

　　断线故障 A B C A，B B，C C，A A，B，C A B C A，B B，C C，A A，B，C

　　表2发电机、变压器故障

　　 内部故障 外部故障

　　变压器故障 油箱，线圈短路，其他 电网接地，相间短路，过负荷

　　发电机故障 定子短路，转子接地，失磁，其它 过负荷，电网接地，过电流，过电压

　　同时在所装设的继电保护装置上存在着保护误动故障，保护拒动故障。保护误动故障是对保护类型而言的，指断路器本来不应该动作的而动作。保护拒动指发生故障时应该动作而没有动作，拒动故障必须与短路故障的发生相结合，否则便无实际意义，它分为保护拒动和断路器拒动，即在设置线路故障时，指定此线路的某一端断路器发生拒动或此断路器所安装的保护发生拒动；设置母线故障时，设置此母线相连的某一断路器发生拒动或此母线所安装的母差保护或失灵保护发生拒动。需要指出的是，如果设置线路故障时设置距离保护拒动且同时设置与此线路相联的断路器拒动是矛盾的。

　　3基于逻辑法的DTS继电保护模型

　　针对上述故障，建立的DTS逻辑型继电保护模块也相应的分为线路保护、母线保护、变压器保护、发电机保护、保护误动和保护误动六个模块。

　　以线路保护为例，根据继电保护和安全自动装置技术规程，110kV及以下中性点非直接接地的电网，主要采用过电流保护，某些情况下采用距离保护，甚至是纵联保护，并列运行的平行线路采用横联差动保护作为主保护，以阶段式龟流保护作为后备保护。110kV至220kV中性点直接接地的电网，通常采用距离保护作为主保护，阶段式或反时限零序电流保护、电流速断保护作为后备保护，有些l10kV线路也装设一套全线速动保护。220kV线路通常装设两套全线速动保护，采用接地距离保护、阶段式或反时限零序电流保护、电流速断保护等作为后备保护。330kV至500kV中性点直接接地的电网，采用两套完整独立的全线速动主保护实现主保护的双重化，要求每一套主保护对全线路内发生的各种故障均能无时限动作切除故障。每条线路都配置有能反应线路各种类型故障的后备保护，并有双重的后备措施。后备保护采用近后备方式，保护装置采用距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。保护安装处短路还可采用电流速断保护。根据一次系统过电压的要求，还应装设过电压保护。鉴于本课题组依据我国某省电力公司调度中心的数据对DTS继电保护自动化安全装置模块进行开发，所以应结合220kV及以上电网在电网稳定及保护配置方面的特点，考虑其保护装置的仿真。

　　实际系统中为了确保故障发生后能迅速将故障元件切除，以缩小停电范围，实现了继电保护多重化，在每条线路均装有多重保护，一般为相差高频保护、高频闭锁距离保护、零序保护、电流速断保护及接地距离保护等，并且保护装置在整定时考虑尽量满足“四性”：选择性、快速性、灵敏性及可靠性，所以对于本线路故障，一般均由本线路保护以最短时限动作将故障切除，这也是本模型的前提假定。

　　线路发生故障的类型不同，动作的保护类型也不一样，如接地故障由零序电流保护动作，相间故障由相间距离保护动作，断线故障由零序保护动作，所以可对故障类型进行划分，相应的故障调用相应保护动作模块

　　4线路保护模拟与仿真结果

　　仿真过程

　　图1接地故障仿真电路图（3。jpg）

　　以接地故障保护为例，如图1所示，系统在k点发生单相接地故障，经过接地与相间的判断，调用接地故障程序，接地故障程序包含高频保护和零序电流保护两个部分，其中，高频保护又包括相差高频保护、高频闭锁距离保护等，由于这里只考虑其动作结果，所以粗略地统称为高频保护。高频保护可反应区内各类故障，保护线路全长，不考虑相差高频保护因存在闭锁区而出现的相继动作等问题，认为只要为区内故障，则两侧高频保护同时动作，忽略保护及断路器的动作时间，认为0秒速动。在高频信号的起信和停信装置模型的设计上，引入了本侧及对侧的电压、电流的模值和相角、以及故障两侧的二段三段整定阻抗等参数，应用功率方向继电器判别原理，当故障位于保护动作范围内（即）时，保护两端发出高频保护跳闸信号，如果高频拒动，则由零序电流保护进行保护措施，根据故障发生地点k，距离继电器长度占本线路总长度的百分比，由逻辑判断决定保护的动作段别。如果故障点百分比小于85％，则零序电流保护一段跳闸，如果大于85％而小于1，则零序电流保护二段跳闸，如果保护拒动，则通过相邻线路的零序电流保护三段动作切除故障。

　　仿真结果分析

　　（1）本文对线路保护中的接地故障，相间故障，断线故障均作了分析计算，保护动作准确及时，由于采用了逻辑判别法，节约程序的运行时间近15％，相较定值法而言，大大提高了实时性，满足对调度员的培训要求。

　　（2）本模型适用于DTS继电保护的各种线路故障，因此具有很强的通用性，在实际仿真过程中逼真地模拟了实际系统中的各种故障情况，并且在电力系统进行实时仿真时，将继电保护定值与仿真系统的运行参数进行比较，得到了比较理想的结果。

　　表3仿真结果

　　 接地故障

　　 区内 区外

　　高频保护 ○ - - ×

　　零序电流保护 × ○ - ×

　　相邻线路后备保护 × × ○ ○

　　注：○：保护动作-：保护拒动×：保护不动作

　　5结语

　　（1）逻辑判断仿真和定值判断仿真是当前DTS继电保护仿真主要的两种方法。单纯使用其中的一种仿真方法总有缺陷，在实时性和逼真性方面上难以同时保证，本文通过对两种方法各自的特点的分析建立了一套以逻辑法为主要设计思想的继电保护模块，在解决仿真的实时性和逼真性方面上做出了尝试。

　　（2）逻辑法以牺牲精度来换取实时性，若只采用逻辑法，对于简单网络来说具有明显的优点，而对于拓扑结构较为复杂的大型网络来说，在逻辑关系的判断以及逻辑关系之间的相互配合的逻辑单元设计上，很难达到理想的效果。

　　（3）本模块在编译过程中，虽以逻辑法为主要设计思想，但并不排斥定值分析，在某些地方的处理过程中（如高频保护起信、发信装置）渗入了定值法的思想，引入线路两侧电压电流量的模值与相角，应用功率方向判别法判别故障方向，并判断故障是否处于保护动作范围内，从而给出高频保护是否应该动作揖切除故障的指令。这样大大提高了仿真的逼真性。

　　（4）本模块针对继电保护的其他故障，也建立了相应的保护模块，并实现了其故障仿真。