第4章 110kV线路三段式电流微机保护仿真实例分析
4.1 仿真实验现象及波形分析
如图3-9所示的电力系统，使用MATLAB/Simulink搭建的仿真模型（见目录I）。可以通过设置不同故障点、不同故障类型来验证搭建的模型的准确性，以便对各种算法的性能分析。
下面以k1点a、b两相相间相短路为例对仿真进行分析说明，故障点参数设置见图4-1。
图4-1 故障点参数的设置
（1）首先，为了观察各种算法的区别，先让跳闸信号与断路器断开，即便发生故障时，断路器也不会跳闸，故障一直不会被切除的情况。
当a、b两相相间短路时，对于图3-1所示的电力系统，故障相电流急剧增大，且两相电流方向性反、大小相等，电压的大小根据离电源点的距离
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的不同而不同，非故障相电流稍微有所增大，电压大小不变。
母线A、B、C的电压、电流波形如下：
5x 104 abc电压0-5 00.20.40.60.811.21.41.61.821000500 abc电流0-500-1000 00.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-2 故障前后母线A电压电流波形
5x 104 abc电压0-5 00.20.40.60.811.21.41.61.82400200 abc电流0-200-400 00.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-3 故障前后母线B电压电流波形
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5x 104 abc电压0-5 00.20.40.60.811.21.41.61.82400200 abc电流0-200-400 00.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-4 故障前后母线C电压电流波形
此时，各断路器各种算法的跳闸信号及分析如下
（1）断路器1各种算法跳闸信号如图4-5所示，当k1点发生两相相间短路故障时，为断路器1一段电流保护范围，电流一段保护，电流突变量法因为突变量存在时间短，系统稳定后，跳闸信号消失，理论上只存在10ms左右。
两点乘积法210210200.20.40.60.811.21.41.61.82突变量电流法00.20.40.60.811.21.41.61.82导数法1000.20.40.60.811.21.41.61.82傅里叶级数法21000.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-5 断路器1跳闸信号
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（2）断路器2各种算法跳闸信号如图4-6所示，此时，属于断路器2正方向一段电流保护范围。
两点乘积法210210200.20.40.60.811.21.41.61.82突变量电流法00.20.40.60.811.21.41.61.82导数法1000.20.40.60.811.21.41.61.82傅里叶级数法21000.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-6 断路器2跳闸信号
（3）断路器3各种算法跳闸信号如图4-7所示，属于断路器方向故障类型，因此不在保护范围之内。
两点乘积法10-110-1100.20.40.60.811.21.41.61.82突变量电流法00.20.40.60.811.21.41.61.82导数法0-100.20.40.60.811.21.41.61.82傅里叶级数法10-100.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-7 断路器3跳闸信号
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（4）断路器4各种算法跳闸信号如图4-8所示，k1短路对于断路器来说属于正方向二段电流限时速断保护，故障发生0.5s后动作。而突变量电流法能够马上就凸显出故障来。
两点乘积法210210200.20.40.60.811.21.41.61.82突变量电流法00.20.40.60.811.21.41.61.82导数法1000.20.40.60.811.21.41.61.82傅里叶级数法21000.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
图4-8 断路器4跳闸信号
（2）当断路器1和短路器2都可靠动作时，断路器1和断路器2将速断，各个母线的电压、电流波形，如下：
5x 104 abc电压0-5 00.20.40.60.811.21.41.61.82500 abc电流0-500 00.20.40.60.81Time1.21.41.61.82
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图4-9 断路器1、2可靠动作时母线A的电压、电流值