唐繼?。ㄖ袊?guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州市545000）

圖形化繼電保護(hù)智能整定計(jì)算的應(yīng)用及探討

唐繼?。ㄖ袊?guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州市545000）

繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的裝置，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路等故障的時(shí)候，可以快速、有選擇性地切除故障，保證無(wú)故障線(xiàn)路和設(shè)備繼續(xù)工作。如今，隨著超高壓和特高壓電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)元件、線(xiàn)路的增多，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，對(duì)作為適用于高壓電網(wǎng)的距離保護(hù)的整定計(jì)算要求就越來(lái)越高。許多繼電保護(hù)整定計(jì)算都重在原理級(jí)保護(hù)，然而，實(shí)際當(dāng)中，還要考慮裝置級(jí)的整定計(jì)算。本文介紹一種繼電保護(hù)新型整定方法“圖形化的電網(wǎng)繼電保護(hù)智能整定計(jì)算法”。

距離保護(hù)；原理級(jí)保護(hù)；裝置級(jí)保護(hù)；整定計(jì)算；震蕩

1 繼電保護(hù)整定計(jì)算的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

保護(hù)裝置的整定計(jì)算對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。尤其是高壓電網(wǎng)，電壓水平越高，對(duì)設(shè)備的本身要求就越高，并且高壓電網(wǎng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備多并且復(fù)雜，因而也會(huì)增加許多需要考慮或者會(huì)產(chǎn)生干擾的因素。目前，在整定計(jì)算的領(lǐng)域里，由于計(jì)算機(jī)介入輔助整定計(jì)算，不但使得整定計(jì)算的速度和效率得到了很大的提高。但是，由于許多主觀性和客觀性條件的限制，還有許多地區(qū)使用人工計(jì)算和計(jì)算機(jī)整定計(jì)算相結(jié)合的方法，利用計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的部分處理，再人工計(jì)算結(jié)果或者復(fù)核計(jì)算機(jī)預(yù)算結(jié)果，計(jì)算過(guò)程仍然十分復(fù)雜，計(jì)算效率低下。

2 圖形化繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件

這一次所用到的輔助整定工具是一款將繼電保護(hù)整定計(jì)算圖形化的軟件，它可以完成繼電保護(hù)裝置原理及和裝置級(jí)的全過(guò)程整定計(jì)算、故障計(jì)算。計(jì)算過(guò)程和結(jié)果不需要人工干預(yù)，只需根據(jù)需要修改相應(yīng)的參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的整定計(jì)算。在功能結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)由四個(gè)模塊構(gòu)成：①系統(tǒng)管理模塊；②整定計(jì)算模塊；③故障計(jì)算模塊；④定值通知單管理模塊，這四個(gè)模塊相互之間的聯(lián)系可以用圖1表示。

圖1

3 圖形化繼電保護(hù)原理級(jí)整定計(jì)算

本設(shè)計(jì)將利用圖形化繼電保護(hù)整定計(jì)算。以地區(qū)電網(wǎng)220kV的高壓電網(wǎng)的距離保護(hù)的原理級(jí)、裝置級(jí)整定計(jì)算為方向，研究電網(wǎng)中距離保護(hù)Ⅲ段式整體整定以及整定過(guò)程中的元件搭配的問(wèn)題。

接地距離保護(hù)整定計(jì)算：

接地距離保護(hù)Ⅰ段整定，Ⅰ段整定首先滿(mǎn)足選擇性為主，為速動(dòng)保護(hù)，所以起保護(hù)范圍不應(yīng)超出本線(xiàn)路末端，因?yàn)楸揪€(xiàn)路末端故障，220kV線(xiàn)路有全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)快速切除。通常，接地距離保護(hù)Ⅰ段采用整定原理為：按安躲過(guò)本線(xiàn)路線(xiàn)路末端短路的原理。

式中：ZI——接地距離Ⅰ段整定阻抗值；

KIre1——可靠系數(shù)；

Z——線(xiàn)路單位長(zhǎng)度阻抗值。

接地距離Ⅱ段，Ⅲ段式整定比較復(fù)雜，當(dāng)相鄰線(xiàn)路存在多個(gè)保護(hù)元件時(shí)，其配合就會(huì)變得更加復(fù)雜。因此，在首先滿(mǎn)足對(duì)本線(xiàn)路末端有足夠的靈敏度為主，同時(shí)考慮選擇性和速動(dòng)性的情況下，可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜虾?jiǎn)化。

（1）接地距離Ⅰ段整定原則

圖2 接地距離保護(hù)Ⅰ段簡(jiǎn)化整定計(jì)算原則

（2）接地距離Ⅱ段整定原則

圖3 接地距離保護(hù)Ⅱ簡(jiǎn)化整定計(jì)算原則

（3）接地距離Ⅲ段整定原則（見(jiàn)圖4）

此法可以根據(jù)不同的階段式保護(hù)的配合條件進(jìn)行添加和選擇。然后利用圖形化繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件整定計(jì)算，便可快捷得出需要整定的定值，再根據(jù)實(shí)際裝置進(jìn)行校驗(yàn)，精確化，便可以快速初步實(shí)現(xiàn)復(fù)雜接線(xiàn)繼電保護(hù)原理級(jí)整定。

4 圖形化繼電保護(hù)裝置級(jí)整定計(jì)算

原理級(jí)保護(hù)與裝置級(jí)保護(hù)確實(shí)存在著密切的聯(lián)系，但是卻又存在著區(qū)別：

（1）原理級(jí)保護(hù)不針對(duì)也不能滿(mǎn)足線(xiàn)路上不同具體的裝置和電氣元件，它是以電網(wǎng)整體或部分布局出發(fā)，依據(jù)整定配合的原則，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體式或某個(gè)部分做整定計(jì)算，它能滿(mǎn)足線(xiàn)路上同時(shí)安裝的不同型號(hào)類(lèi)別的裝置的保護(hù)，是原理級(jí)保護(hù)的補(bǔ)充。

圖4 接地距離保護(hù)Ⅲ簡(jiǎn)化整定計(jì)算原則

（2）裝置級(jí)保護(hù)與原理級(jí)保護(hù)的整定計(jì)算也有所區(qū)別，原理級(jí)的保護(hù)整定計(jì)算是不用考慮具體電氣元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)，而裝置級(jí)保護(hù)則需要考慮，例如變壓器和互感器的變比、接線(xiàn)方式，過(guò)流參數(shù)等，還要考慮電容的大小。

以下以線(xiàn)路545裝置級(jí)整定計(jì)算為例：

（1）利用圖形化繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件，在“線(xiàn)路”中選擇線(xiàn)路545，雙擊打開(kāi)線(xiàn)路信息，根據(jù)實(shí)際設(shè)置好CT、PT的變比值，在“保護(hù)配置”信息框中點(diǎn)擊“添加”得到：

圖5

選擇好LFP-941A模板之后，確定就可以將保護(hù)裝置添加到線(xiàn)路中：

圖6 裝置級(jí)整定計(jì)算

（2）進(jìn)行計(jì)算，“前選中保護(hù)”，軟件變會(huì)自動(dòng)計(jì)算出結(jié)果，生成新定值，這樣也可用模板的樣式輸出結(jié)果。到這里，裝置級(jí)保護(hù)整定就完成了。

5 振蕩閉鎖問(wèn)題

所謂電力系統(tǒng)振蕩，就是并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)或者發(fā)電廠出現(xiàn)功率角大范圍周期性的變化，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的失步振蕩時(shí)就會(huì)引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，同時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定運(yùn)行的工作狀態(tài)[9～10]。只有系統(tǒng)存在多個(gè)電源是，才會(huì)引起系統(tǒng)的振蕩。對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的高壓電網(wǎng)，系統(tǒng)的振蕩就不可忽視。這時(shí)往往需要采用振蕩閉鎖裝置。對(duì)于距離保護(hù)Ⅰ、Ⅱ段來(lái)說(shuō)，將第Ⅰ段第Ⅱ段保護(hù)閉鎖，由第Ⅲ段先動(dòng)作，而第Ⅲ段時(shí)間TⅢ本身就延遲較大，這樣就可以利用第Ⅲ段延遲來(lái)躲開(kāi)系統(tǒng)振蕩，實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。系統(tǒng)系統(tǒng)振蕩的第一個(gè)周期使系統(tǒng)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定剛開(kāi)始受到破壞，正常送電角度發(fā)展到擺開(kāi)到180°，要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，約為0.23s，為振蕩前半周的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)短表示系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的程度的輕重。隨后，又?jǐn)[開(kāi)到360°，時(shí)間約0.29s，為后半周振蕩時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間之和為第一周期的總時(shí)間，約0.5s。

基于振蕩周期特性以及周期時(shí)間，通常振蕩時(shí)測(cè)量阻抗進(jìn)入其動(dòng)作范圍內(nèi)的時(shí)間小于1～1.5s，所以在這次距離保護(hù)整定計(jì)算中考慮到系統(tǒng)的振蕩，Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間TⅢ≥1.5s。以避免保護(hù)因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的振蕩而誤動(dòng)作。時(shí)間越短說(shuō)明振蕩越嚴(yán)重。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，第一個(gè)震蕩時(shí)間多數(shù)在1～1.5s。從穩(wěn)定破壞開(kāi)始，第一個(gè)振蕩周期時(shí)間最長(zhǎng)，圖7是靜態(tài)穩(wěn)定振蕩破壞時(shí)的錄波圖[9]。

圖7 靜態(tài)破壞時(shí)振蕩錄波圖

實(shí)際可以設(shè)定距離Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間TⅢ≥1.5s。用此措施來(lái)避免整定的距離保護(hù)不至于因?yàn)橄到y(tǒng)的振蕩而勿動(dòng)，失去選擇性的問(wèn)題。另外，對(duì)于配合比較多，原件比較復(fù)雜的距離保護(hù)，設(shè)置每一段的時(shí)間級(jí)差在確保保護(hù)裝置具有足夠的靈敏度的情況下，可以稍微長(zhǎng)一些，以滿(mǎn)足各個(gè)元件保護(hù)裝置的充分的配合，也能避開(kāi)系統(tǒng)振蕩的影響。

6 總結(jié)

本文通過(guò)舉例距離保護(hù)整定計(jì)算，利用輔助工具“圖形化的電網(wǎng)繼電保護(hù)智能整定計(jì)算系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)的一種新的計(jì)算方法。對(duì)地區(qū)220kV以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)進(jìn)行距離保護(hù)原理級(jí)保護(hù)整定計(jì)算以及裝置級(jí)保護(hù)整定計(jì)算的一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助整定的過(guò)程。結(jié)合數(shù)據(jù)，對(duì)距離保護(hù)整定計(jì)算配合原則去除一些不合理的或者不需要的搭配，簡(jiǎn)化整定計(jì)算，使得整定數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單化，提高整定計(jì)算的速度和效率，同時(shí)也突出了計(jì)算機(jī)輔助整定計(jì)算的優(yōu)越性。

隨著未來(lái)電網(wǎng)的不斷完善，不斷地融入高新科技，電網(wǎng)將會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜。繼電保護(hù)之間的整定和配合也會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜。這就要求我們不斷的開(kāi)發(fā)應(yīng)用新的軟件和技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化這些繁雜的整定和配合過(guò)程，高效、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)路、多元件的電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)的定值整定和上下級(jí)之間、主保護(hù)和后備保護(hù)、交叉保護(hù)之間的配合問(wèn)題，圖形化軟件就能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，也可以根據(jù)電網(wǎng)的演變而不斷的完善和深化精確計(jì)算的一款計(jì)繼電保護(hù)整定。

[1]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).中國(guó)電力出版社，2009.

[2]李華強(qiáng)，呂飛鵬.面向?qū)ο蟮木嚯x保護(hù)整定計(jì)算智能軟件系統(tǒng)研究，四川聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

[3]呂 霞.電力系統(tǒng)裝置級(jí)保護(hù)整定計(jì)算軟件研究.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，2003.

[4]馬 力，沈廣濤，賈占嶺.基于電子表格的繼電保護(hù)裝置級(jí)定值整定方法.

[5]吳祎瓊.地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算一體化系統(tǒng)的研制.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，2004.

[6]劉 英.電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路接地距離保護(hù)整定計(jì)算探討.貴州電力技術(shù)，2008.

[7]馬長(zhǎng)貴.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理.水利電力出版社，1987.

[8]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù).水利電力出版社，1983.

[9]余 鴻，趙向紅.湖北電網(wǎng)220kV距離保護(hù)整定計(jì)算優(yōu)化.華中電力，2006.

[10]王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用.中國(guó)電力出版社，1998.

TM774

A

2095-2066（2016）34-0030-02

2016-11-22

唐繼?。?987－），男，助理工程師，本科，主要從事變電站運(yùn)行值班工作。