國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院 李 斌 周 勇 李明霞 南東亮

國網(wǎng)新疆電力有限公司電力調(diào)度控制中心 崔大林

整定計算的主要作用是對繼電保護運行使用要求、選型等進行明確，是當前的研究熱點。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)逐漸向智能化方向轉(zhuǎn)變，電網(wǎng)互聯(lián)成為必然趨勢，而在此環(huán)境下電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性日盛，運行方式也呈現(xiàn)出多樣化特點，增加了整定計算的難度。如何優(yōu)化運行方式，選擇正確的計算方式，精準計算出配合系數(shù)，確保相鄰定值配合的合理性，是行業(yè)一直以來關(guān)注的焦點。

當前已有很多學(xué)者對運行方式的選擇與優(yōu)化進行了深入研究。程小平等通過研究不同運行方式對配合系數(shù)的影響，總結(jié)其中的規(guī)律為運行方式的選擇提供了有效指導(dǎo)。但這些經(jīng)驗規(guī)律并不適用于全自動整定計算。而基于枚舉法進行的自動整定計算往往只能得出最終結(jié)果，無法獲得具體的操作過程，導(dǎo)致整定計算結(jié)果的實用性大打折扣。張鋒等學(xué)者為進一步改變傳統(tǒng)的整定計算方法，基于元件投停法而提出了阻抗矩陣法，即通過篩選出電網(wǎng)中的重要線路進行整合，以實現(xiàn)提高計算精準度和效率的目的。李冰等學(xué)者圍繞電流分布系數(shù)，提出了利用節(jié)點阻抗矩陣和電機支路阻抗的計算法。但在門檻值的選擇上電流分布系數(shù)法依舊存在很多問題亟待解決。

1 相關(guān)概念及整定計算方法存在的不足

繼電保護原理概述。對于電力系統(tǒng)而言，繼電保護的作用性不言而喻，承擔(dān)著消滅事故的重任，主要是監(jiān)測系統(tǒng)是否存在故障或異常情況并向管理人員自動發(fā)送報警信號，以便能夠及時消除故障。同時也可自動對一些故障點進行隔離，以避免其他設(shè)備受損，確保區(qū)域供電的穩(wěn)定性。電流、電壓、測量阻抗等值在系統(tǒng)發(fā)生故障時會出現(xiàn)明顯變化，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱故障時，可根據(jù)功率方向、相序分量等變化情況判定被保護原件的狀態(tài)。繼電保護裝置除反映出電氣量的保護情況外，還可反映出非電量的保護。如當出現(xiàn)鐵芯故障、油面下降、繞組多相短路、開關(guān)接觸不良等情況時，電力線路中的瓦斯保護裝置、過熱保護裝置將發(fā)揮作用，確保整個電力線路的穩(wěn)定運行。繼電保護裝置一般是由測量單元、邏輯單元和執(zhí)行單元三部分組成，確定保護范圍后就需進行設(shè)置，比如根據(jù)所發(fā)生故障的強度設(shè)定對應(yīng)的保護反應(yīng)。而在執(zhí)行單元中，主要是根據(jù)事先設(shè)定的邏輯執(zhí)行指令確保裝置正常運行。

繼電保護整定計算方法。隨著時代發(fā)展整定計算也隨之發(fā)生改變，逐漸從以往的人工計算向自動化計算方式轉(zhuǎn)變。這種改變在很大程度上推動了行業(yè)與時代接軌，拉近了與大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的距離，有效解決了計算精準度不高、耗時長、工作量大等問題?？傊?，整定計算工程浩大、牽涉多項工作，需相關(guān)人員了解其基本原理，熟悉電力系統(tǒng)運作，掌握電網(wǎng)運行流程。而在實際整定計算過程中，首先要充分了解電力系統(tǒng)運行條件及要求；其次結(jié)合電力系統(tǒng)具體情況，制定科學(xué)、合理的計算方案。通常整定計算主要采取的是有序分量法和相分量法兩種?；谏鲜鲈瓌t就可找出最優(yōu)計算方法。譬如以有序分量法和相分量法為依據(jù)得出電氣量，而后確定好設(shè)定值。

斷相口開路電壓計算問題。一般情況下整定計算都是按照一定步驟進行，首先需要計算電網(wǎng)的電流、電壓等值，如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，極易導(dǎo)致一相或兩相開關(guān)未合好，進而產(chǎn)生定子三相電流不均衡的故障現(xiàn)象。此時就需對正序網(wǎng)絡(luò)上未與負載相連時的電壓進行計算，而發(fā)電機的等值電勢、電阻則可選用特定符號代替，一旦系統(tǒng)中任意一條線路發(fā)生該故障現(xiàn)象，就可以利用疊加定理計算開路電壓[1]。盡管通過這一操作可精準計算出開路電壓，但卻并不具備普適性、尤其是當電力系統(tǒng)規(guī)模較大時，而通過H 參數(shù)法可有效解決上述問題，充分考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，通過分解成兩個震蕩群的方式利用H 參數(shù)法計算出處于系統(tǒng)震蕩狀態(tài)下發(fā)電機的開路電壓。

運行方式選擇存在的問題。對于繼電保護整定而言，一般采取的是隔離母線的方式，很少會考慮其他運行方式的影響，導(dǎo)致繼電保護范圍較大。為進一步做好繼電保護整定就需找出極端運行方式，主要查找方法就是輪流斷開保護范圍內(nèi)的線路。但在某些特殊情況下這種方式根本無法找到極端運行方式，可通過計算機將最不利于電力系統(tǒng)運行的方式找出，通過計算機進行線路開斷，并根據(jù)開斷操作對電力系統(tǒng)造成的影響判斷出整定計算的范圍，從而找出最不利的運行方式。

分支系數(shù)計算問題。繼電保護的整定計算，需要對分布式電源變化對分支系數(shù)所造成的影響進行全面分析，如果分支系數(shù)選擇不合理，會導(dǎo)致整定計算的結(jié)果出現(xiàn)較大誤差[2]。為進一步提高分支系數(shù)選擇的合理性，需在分支系數(shù)計算前綜合考慮各方因素。如分布式電源出現(xiàn)變化則需更新數(shù)據(jù)，確保分支系數(shù)準確，盡可能降低誤差值。

勵磁涌流問題。電力系統(tǒng)在勵磁電壓的影響下將會出現(xiàn)勵磁涌流現(xiàn)象，即當變壓器處于全壓充電狀態(tài)時，繞組中產(chǎn)生暫態(tài)電流。其原因是因為鐵芯中的磁通在空頭變壓器過程中無法快速突變，導(dǎo)致分量磁通產(chǎn)生，進而使得內(nèi)部鐵芯飽和，其電流提升。通常勵磁涌流電流可達正常電流的7倍，電流變大、電容變小，電流與電容之間呈反比關(guān)系。在解決勵磁涌流問題時，由于隨著時間的變化二次諧波亦會發(fā)生改變，而這也恰好是勵磁涌流的根本性質(zhì)，就可充分利用這一性質(zhì)來解決問題。例如，當電流保護裝置快速斷開時通?？稍O(shè)定延時，但這種方式在實際應(yīng)用中無法快速解決好變壓器故障，所以需進行完善。因勵磁涌流中二次諧波和五次諧波量大，波形在時間軸一側(cè)，間斷角度為60度[3]，就可通過諧波制動原理、間斷角原理避免電力系統(tǒng)中勵磁涌流情況的發(fā)生，為提高繼電保護整定計算的精確度奠定基礎(chǔ)?？梢?，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，整定計算要求和操作方式更加復(fù)雜，而隨著時間的推移二次諧波逐漸衰減。在我國變壓器差動保護中主要還是二次諧波制動比，一般整定15%～20%[4]。但鑒于變壓器空投后出現(xiàn)了誤動情況，電網(wǎng)公司提出將二次諧波制動比調(diào)整為12%。

保護出口整定問題。計算繼電保護定值非常重要，但在實際工作中卻忽略了保護出口的整定計算。以往在開展整定計算時，跳分支開關(guān)、解列滅磁、發(fā)變組全停等非常重要，但近年來繼電保護設(shè)備自動化程度加強，機組容量越來越大，需要尤其關(guān)注保護出口中啟動失靈、遠跳、分支快切等功能的整定，通過保護出口整定值來提高繼電保護裝置的功效，確保其正常運行。

2 電力系統(tǒng)繼電保護整定計算中運行方式的組合問題優(yōu)化

2.1 運行方式的組合問題優(yōu)化思路

通過對當前電力系統(tǒng)運行方式進行歸納分析，可發(fā)現(xiàn)若其運行環(huán)路發(fā)生變化，將會影響繼電保護裝置在故障時所表現(xiàn)出的阻抗形式。因此，優(yōu)化繼電保護整定計算運行方式最核心要點還是在于對傳統(tǒng)整定計算數(shù)據(jù)來源的改變。以往整定計算的焦點集中于線路兩端的最大值，很少會關(guān)注到線路改變是否會對數(shù)值產(chǎn)生影響，從而使得整定計算數(shù)值的精確度得不到有效保障。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中計算機系統(tǒng)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，為整定計算精確度的提高奠定了良好基礎(chǔ)。當前阻抗矩陣法是繼電保護整定計算中最常用的數(shù)據(jù)分析法，其所采用的公式是ZI=U。阻抗矩陣法中系統(tǒng)運行所需電力選用阻抗對角線的阻抗值表示，轉(zhuǎn)移阻抗數(shù)據(jù)則選用非對角線阻抗矩陣數(shù)據(jù)表示，從而真實、客觀反映出電力系統(tǒng)的運行情況[5]?？梢宰杩咕仃噥肀硎鞠到y(tǒng)運行方式，并在電力故障診斷中引入節(jié)點阻抗矩陣。當前在電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護整定計算等工作中，節(jié)點阻抗矩陣法應(yīng)用非常廣泛。

支路追加法也是較常用的一種方式，在具體操作中可事先對支路線路進行編號，而后借助計算機查找出現(xiàn)故障的線路。在系統(tǒng)發(fā)生故障時還可通過計算機得出斷開節(jié)點的邊界數(shù)值，以此來找出故障所在位置。如果是大規(guī)模電力系統(tǒng)中電路某個節(jié)點發(fā)生故障，還可對阻抗參數(shù)進行計算，以此來明確該系統(tǒng)的運行方式。如果是電力系統(tǒng)邊界電路發(fā)生故障、出現(xiàn)短路等情況導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，仍可選擇阻抗矩陣描述，找出系統(tǒng)中重要路線的運行方式?？梢姡槍鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)繼電保護運行而言，引入阻抗矩陣法是對該運行模式的優(yōu)化和完善。

2.2 繼電保護整定計算方式的優(yōu)化

明確電力系統(tǒng)的運行方式，通過阻抗矩陣法預(yù)測系統(tǒng)運行的可行性，如系統(tǒng)存在異常就需針對故障現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)分析。當電力系統(tǒng)環(huán)路安裝有繼電保護設(shè)備時，就需將保護系統(tǒng)的最大電流計算出來，同時考慮斷開節(jié)點位置是否會對系統(tǒng)定值產(chǎn)生影響。

以繼電保護電流單相短路為例，當系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路，短路處數(shù)值以I=Z=0進行表示，受環(huán)路斷開操作的影響，系統(tǒng)運行方式有所改變；當系統(tǒng)中任意一個節(jié)點被斷開，其任意節(jié)點故障值的阻抗均發(fā)生改變，那么就可通過對斷開節(jié)點的邊界數(shù)值進行計算來找出故障的具體位置[6]。

總之，當系統(tǒng)節(jié)點發(fā)生單相短路，通過對抗組參數(shù)進行計算可確定具體的運行方式。同時，通過阻抗矩陣描述系統(tǒng)邊界電流的電路情況，從而找出整個系統(tǒng)重要路線的運行方式。對于繼電保護系統(tǒng)而言，環(huán)路中線路運行方式將會對其電流產(chǎn)生一定的影響，采用傳統(tǒng)運行方式的選擇是無法看到這一影響的，需借助阻抗矩陣法。但在整個電力系統(tǒng)中，不僅是電力系統(tǒng)節(jié)點可采用阻抗矩陣表示，在電力系統(tǒng)運行方式選擇以及環(huán)路上也可采用阻抗矩陣表示[7]。首先在節(jié)點位置將阻抗連支斷開，此時系統(tǒng)壓力分布將發(fā)生改變，但由于整個系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)是固定不變的，拓撲結(jié)構(gòu)又具有較強的穩(wěn)定性，所以阻抗矩陣變化不明顯，只需要在環(huán)路形式描述中對阻抗矩陣進行微調(diào)。

3 結(jié)語

作為電力系統(tǒng)的保護裝置，繼電保護是確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行上作用顯著，需進一步優(yōu)化裝置性能。而電力系統(tǒng)繼電保護整定計算有助于對故障進行快速診斷，提高系統(tǒng)運行效率，因此必須要提高整定計算的精確度，結(jié)合系統(tǒng)實際情況合理調(diào)整繼電保護整定計算。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，在全面分析故障數(shù)據(jù)的同時，還可通過阻抗形式對節(jié)點計算進行表達。因為在整個系統(tǒng)中節(jié)點數(shù)確定，而電力系統(tǒng)中電路組成結(jié)構(gòu)愈發(fā)穩(wěn)定，即便采用阻抗矩陣描述所發(fā)生的變化也不大，通過進行短路計算能快速找到故障的具體位置。