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互感架空线路故障

型号说明

本示例考虑了两个独立的 220 千伏电力系统，中性点去地，由双回路架空线路（架空线路）组成，由变电站 A 和 B 双向供电。在第一个电力系统中，架空线路采用双回路输电线路建模，这是一种考虑到线路间互感的 U 型替换图。在第二个电力系统中，架空线路采用三相 PI 段线路建模，这是一种传统的 U 型替代图。

架空线路电路之间的互感会严重影响某些不对称计算的结果。例如，在计算第一级零序电流方向保护（ZSCP）的设置时。 在保护安装地点通过的三倍零序电流（NSC）的调整条件之一是[1]：

  1. 对侧变电站母线发生接地故障；
  2. 对侧变电站母线发生接地故障时，如果并联电路两端断开并接地，且线路之间的互感无法忽略。

此外，还将介绍上述情况、使用命令控制从脚本开发环境中运行和设置模型的过程、仿真结果的处理、仿真结果的可视化以及使用模型独立工作的建议方案。对当前值进行记录并显示其时间图。通过改变 "开关实验 "子系统中开关的位置，可以为每种方案设置模型。模型外观：

mutual_inductance_line_1730214998115.png

电力系统由电压源（三相） 块建模，通过指定有效线路电压和相移来设置稳态。电力系统的正向电阻和零序电阻由 * 耦合线路（三相）* 模块建模。短路由 Fault (Three-Phase) 模块建模，在该模块的设置中，可通过下拉菜单 Failure mode 选择短路类型。系统参数按照附录 B1"110-220 kV 短路保护和 110-220 kV LVDC 功能测试程序 "进行设置。[2]: | 元件 | 参数 | 参数 | ----------- | ----------- | | 系统 A 等效电磁场$E_{А} = 239\angle0° кВ$ 系统 B | 等效 EMF$E_{Б} = 239.24\angle10.5° кВ$| 线路 A-B | | 线路 A-B |$L = 70км$
$R_1+jX_1=0.0788 + j 0.4155 Ом/км$
$R_0+jX_0=0.3356 + j1.151 Ом/км$
$R_M+jX_M=0.15 + j0.684 Ом/км$| | 系统 B | 等效 EMF

对侧变电站母线发生接地故障的经验

导入处理图形所需的模块：

In [ ]: 
using Plots
gr();

加载模型

In [ ]: 
model_name = "mutual_inductance_line";
model_name in [m.name for m in engee.get_all_models()] ? engee.open(model_name) : engee.load( "$(@__DIR__)/$(model_name).engee");

通过改变 "开关实验 "子系统中与断路器相连的常量块的值，可以为变电站 B 母线上的第一次 1-f 短路实验建立模型。如果常量值等于零，则断路器处于闭合状态，否则断路器处于断开状态。因此，要从 PS A 和 PS B 的母线上连接第二回路并断开两端的接地，必须设置以下常量值：

In [ ]: 
enable_step_name = "Переключение опытов/Enable";
grounding_step_name = "Переключение опытов/Grounding";
# Включение выключателей ПС
engee.set_param!(model_name*"/"*enable_step_name, "Value" => 0);
# Отключение заземляющих выключателей 
engee.set_param!(model_name*"/"*grounding_step_name, "Value" => 1);

启动加载模型：

In [ ]: 
results = engee.run(model_name);

为导入仿真结果，已提前启用所需信号的日志记录并设置了名称。将变量 results 的电流瞬时值转换为独立矢量：

In [ ]: 
# вектор времени симуляции
sim_time = results["i_a_1"].time;
# вектора токов в точке измерения №1
i_1mut = hcat(results["i_a_1mut"].value,results["i_b_1mut"].value,results["i_c_1mut"].value,results["sum_i_1mut"].value);
i_1 = hcat(results["i_a_1"].value,results["i_b_1"].value,results["i_c_1"].value,results["sum_i_1"].value);
# вектора токов в точке измерения №2
i_2mut = hcat(results["i_a_2mut"].value,results["i_b_2mut"].value,results["i_c_2mut"].value,results["sum_i_2mut"].value);
i_2 = hcat(results["i_a_2"].value,results["i_b_2"].value,results["i_c_2"].value,results["sum_i_2"].value);

测量点 1（变电站 A 侧电路 1 的起点）的电流图表：

In [ ]: 
p1 = plot(sim_time, i_2mut[:,1:3], label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"],
title = "Токи (система 1)", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c");
p2 = plot(sim_time, i_2[:,1:3], label = [L"I_a" L"I_b" L"I_c"],
title = "Токи (система 2)", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
plot(p1, p2, layout=(2,1), legend = true, linecolor = [:orange :green :red], size = (700,440))
Out[0]:

测量点 1 和 2（变电站 A 侧架空线路起点）的三倍零序电流曲线图：

In [ ]: 
p1 = plot(sim_time, [i_1mut[:,4] i_1[:,4]], label = [L"3I_0(система\,1)" L"3I_0(система\,2)"],
title = "Утроенные токи НП в точке измерения 1", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
p2 = plot(sim_time, [i_2mut[:,4] i_2[:,4]], label = [L"3I_0(система\,1)" L"3I_0(система\,2)"],
title = "Утроенные токи НП в точке измерения 2", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
plot(p1, p2, layout = (2,1), size = (700,440))
Out[0]:

考虑到互感因素，由于架空线路中压的总电阻增加，三倍零序电流变小。

如果并联电路两端断开并接地，变电站 B 的母线上会出现接地故障：

为变电站 B 母线上的第二次短路体验建立模型，其中一条电路断开并接地，与前一次体验类似：

In [ ]: 
# отключение вторых цепей от шин ПС А и ПС Б и заземление с обоих концов
enable_step_name = "Переключение опытов/Enable";
grounding_step_name = "Переключение опытов/Grounding";
# Отключение выключателей ПС
engee.set_param!(model_name*"/"*enable_step_name, "Value" => 1);
# Включение заземляющих выключателей 
engee.set_param!(model_name*"/"*grounding_step_name, "Value" => 0);

运行加载模型并导入结果：

In [ ]: 
results = engee.run(model_name);
# вектора токов в точке измерения №1
i_1mut = hcat(results["i_a_1mut"].value,results["i_b_1mut"].value,results["i_c_1mut"].value,results["sum_i_1mut"].value);
i_1 = hcat(results["i_a_1"].value,results["i_b_1"].value,results["i_c_1"].value,results["sum_i_1"].value);
# вектора токов в точке измерения №2
i_2mut = hcat(results["i_a_2mut"].value,results["i_b_2mut"].value,results["i_c_2mut"].value,results["sum_i_2mut"].value);
i_2 = hcat(results["i_a_2"].value,results["i_b_2"].value,results["i_c_2"].value,results["sum_i_2"].value);

1 号和 2 号测量点（变电站 A 侧架空线起点）的三倍零序电流图：

In [ ]: 
p1 = plot(sim_time, [i_1mut[:,4] i_1[:,4]], label = [L"3I_0(система\,1)" L"3I_0(система\,2)"],
title = "Утроенные токи НП в точке измерения 1", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
p2 = plot(sim_time, [i_2mut[:,4] i_2[:,4]], label = [L"3I_0(система\,1)" L"3I_0(система\,2)"],
title = "Утроенные токи НП в точке измерения 2", ylabel = "I, А", xlabel="Время, c")
plot(p1, p2, layout = (2,1), size = (700,440))
Out[0]:

从图中可以看出，由于互感作用，第一回路会在第二回路中感应出零序电流。考虑到互感因素，三倍 NP 电流变得更大。在这种模式下，双回路架空线路的阻抗最小。从实验中可以看出，考虑架空线路回路之间的互感会对电流产生很大影响，从而影响保护跳闸整定值的计算。

附录

尝试自行更改以下模型参数，并研究其对模拟结果的影响：

  1. 架空线路长度增加 140 千米；
  2. 故障（三相） 块中的故障类型；
  3. 互感的比感应电阻为 1 欧姆/千米。

结论

在本示例中，使用了 Engee 模型的指令控制工具和仿真结果上传工具，并展示了 Plots 模块的工作。测量的电流从 result 变量导入工作区，然后绘制成时间图。演示了双回路输电线路模块的使用，该模块考虑了架空线路电路之间的相互感应，并与传统的架空线路模块进行了比较。

参考文献

1.SHE2607 021 型机柜中储备保护功能的调整参数（设定值）和算法的计算与选择方法。URL: https://ekra.ru/product/docs/rz-ps-110-750kv/zashchita-lin/she2607-she2710/Рекомендации%20по%20расчету%20уставок%20КСЗ%20110-220%20кВ.pdf?ysclid=m2oicx6k7852299404 (дата обращения 28.10.2024) 1.PJSC FGC UES 组织标准。СТО 56947007-29.120.70.241-2017.基于微处理器的 RPA 设备的技术要求。网址：https://www.rosseti.ru/upload/iblock/bc9/wgavy1h2g4grcll6x2rmxfltcjatlcfk.pdf（分发日期：28.10.2024）

示例中使用的块