喬 妮

（烏海電業(yè)局，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

0 引言

隨著內(nèi)蒙古配電網(wǎng)自動(dòng)化工程的逐步推進(jìn)，自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)的保護(hù)問(wèn)題已引起更多的關(guān)注。常規(guī)配電網(wǎng)線路僅涉及站內(nèi)一級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定，而配電網(wǎng)自動(dòng)化線路涉及站內(nèi)出線開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等三級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定[1]，整定計(jì)算量大。傳統(tǒng)的由人工進(jìn)行保護(hù)整定計(jì)算的方法，從基礎(chǔ)參數(shù)的計(jì)算、保護(hù)定值的整定到保護(hù)范圍、靈敏度的校驗(yàn)，各個(gè)環(huán)節(jié)緊密相扣，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致后續(xù)計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤，需返回重新計(jì)算。定值校驗(yàn)結(jié)果不滿足相關(guān)規(guī)程要求時(shí)還需改變整定原則，重新計(jì)算工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)。

本文針對(duì)配電網(wǎng)線路保護(hù)整定“繁、雜、重、慢”的現(xiàn)狀以及配電網(wǎng)自動(dòng)化線路三級(jí)開關(guān)保護(hù)整定的需求，開發(fā)一款能代替人工進(jìn)行保護(hù)整定計(jì)算的軟件，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)計(jì)算界面內(nèi)同時(shí)進(jìn)行配電網(wǎng)線路三級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定，降低人工進(jìn)行保護(hù)整定的復(fù)雜性、繁瑣性，提高工作效率。

1 配電網(wǎng)線路保護(hù)配置及整定算法

1.1 保護(hù)配置

配電網(wǎng)線路通常配置電流速斷、過(guò)流保護(hù)兩段式保護(hù)，作為線路相間故障的保護(hù)，重合閘一般采用三相重合閘[2-3]。配電網(wǎng)自動(dòng)化線路按保護(hù)安裝位置、接帶負(fù)荷的性質(zhì)將多個(gè)開關(guān)劃分為三級(jí)進(jìn)行整定[4-6]。各級(jí)開關(guān)配合關(guān)系如圖1所示。

圖1 各級(jí)開關(guān)配合關(guān)系

圖1（a）為單回線路各級(jí)保護(hù)配合關(guān)系，站內(nèi)出線開關(guān)默認(rèn)為一級(jí)開關(guān)，速斷保護(hù)時(shí)限取0.3 s，過(guò)流保護(hù)時(shí)限取0.45 s，各級(jí)保護(hù)逐級(jí)配合，時(shí)間級(jí)差為0.15 s。圖1（b）為具備聯(lián)絡(luò)能力的線路各級(jí)保護(hù)配合關(guān)系?？梢钥闯觯月?lián)絡(luò)方式運(yùn)行時(shí)，被轉(zhuǎn)帶的線路各級(jí)保護(hù)時(shí)限均取0 s，保證繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性。

1.2 整定算法

根據(jù)DL/T 584—2007《3 kV~110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》有關(guān)規(guī)定[7]，結(jié)合配電網(wǎng)自動(dòng)化線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確立各級(jí)開關(guān)電流速斷、過(guò)流保護(hù)的整定算法[8-14]。

（1）電流速斷保護(hù)的整定。按躲本級(jí)線路末端故障最大短路電流整定，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

式中：Idz為電流速斷整定一次值；Kk為可靠系數(shù)，取1.2~1.3；Id.max為最大短路電流；Ij為線路所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電流；Xxt.max為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式的正序短路阻抗（標(biāo)幺值）；Xxl為本級(jí)線路的正序阻抗（標(biāo)幺值）。各電壓等級(jí)基準(zhǔn)電流如表1所示。

表1 各電壓等級(jí)基準(zhǔn)電流 A

保護(hù)性能分析：最小運(yùn)行方式下兩相短路保護(hù)

范圍的計(jì)算方法見(jiàn)式（2）：

式中：Xxt.min為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式的正序短路阻抗。

最小運(yùn)行方式下三相短路保護(hù)范圍的計(jì)算方法見(jiàn)式（3）：

按照DL/T 584—2007要求[7]，電流速斷的保護(hù)范圍應(yīng)滿足最小運(yùn)行方式下兩相短路保護(hù)范圍不小于本級(jí)線路全長(zhǎng)的15%。

（2）過(guò)流保護(hù)的整定。按躲本線路最大負(fù)荷電流整定，計(jì)算公式見(jiàn)式（4）：

式中：可靠系數(shù)Kk取1.15~1.25；Kf為返回系數(shù)，取0.9；Kzqd為電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取1.5~2.5；Ifh.max為本級(jí)線路最大負(fù)荷電流。

保護(hù)性能分析時(shí)，靈敏度系數(shù)按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下本線路末端故障有足夠靈敏度整定，如式（5）所示：

式中：Klm為靈敏度系數(shù)為最小方式兩相短路電流；為最小方式三相短路電流為全線路正序阻抗（標(biāo)幺值）。按照DL/T 584—2007要求：200 km以上線路，Klm≥1.3；50~200 km線路，Klm≥1.4；50 km以下線路，Klm≥1.5[7]。

2 軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

為了實(shí)現(xiàn)在一個(gè)計(jì)算界面內(nèi)同時(shí)進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化線路三級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定計(jì)算，并提供定值的校驗(yàn)功能，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路保護(hù)整定軟件，線路整定軟件總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 線路整定軟件總體架構(gòu)

2.1 軟件功能設(shè)計(jì)

線路整定軟件主要用于配電網(wǎng)自動(dòng)化線路三級(jí)開關(guān)保護(hù)定值的整定、校驗(yàn)，其功能如圖3所示。

圖3 線路整定軟件功能

2.2 用戶界面設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)線路主要配置電流速斷、過(guò)流兩段式保護(hù)，保護(hù)配置簡(jiǎn)單，整定原則、計(jì)算公式相對(duì)固定，因此，要求計(jì)算界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、直觀，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化線路三級(jí)開關(guān)保護(hù)的快速準(zhǔn)確整定，設(shè)計(jì)過(guò)程如圖4所示。

圖4 圖形化界面設(shè)計(jì)過(guò)程

2.3 數(shù)據(jù)算法程序設(shè)計(jì)

根據(jù)1.2確立的整定算法，對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，當(dāng)計(jì)算結(jié)果不滿足相關(guān)規(guī)程要求時(shí)，計(jì)算結(jié)果自動(dòng)標(biāo)紅。然后改變整定原則，再次進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出到計(jì)算界面。數(shù)據(jù)算法程序如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)算法程序

2.4 C++語(yǔ)言編程

基于設(shè)計(jì)好的邏輯算法，在VS.2003集成開發(fā)環(huán)境下，利用VC++6.0語(yǔ)言進(jìn)行編程，電流速斷、過(guò)流保護(hù)整定計(jì)算程序截圖見(jiàn)圖6，保護(hù)范圍校驗(yàn)程序截圖見(jiàn)圖7。

圖6 電流速斷、過(guò)流保護(hù)整定計(jì)算程序

圖7 保護(hù)范圍校驗(yàn)程序

2.5 設(shè)計(jì)效果

線路整定軟件計(jì)算界面截圖如圖8所示，軟件計(jì)算界面簡(jiǎn)潔、直觀，通過(guò)輸入計(jì)算參數(shù)，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，即可快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線路保護(hù)整定。另外，軟件還提供了定值校驗(yàn)功能，用于保護(hù)范圍、靈敏度的校驗(yàn)。

圖8 軟件計(jì)算界面

3 算例驗(yàn)證

以某變電站10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化線路9113濱河Ⅳ回線路為例，分別進(jìn)行人工計(jì)算和軟件計(jì)算，線路結(jié)構(gòu)如圖9所示。9113線路由5個(gè)環(huán)網(wǎng)柜組成，站內(nèi)出線開關(guān)為一級(jí)開關(guān)，1號(hào)、2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜為二級(jí)開關(guān)，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜為三級(jí)開關(guān)。線路參數(shù)如表2所示，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185，TA變比為600/5。

圖9 9113濱河Ⅳ回線路結(jié)構(gòu)

表2 10 kV配電網(wǎng)線路參數(shù)

3.1 人工計(jì)算

3.1.1 整定參數(shù)

大方式系統(tǒng)阻抗Xxt.max=0.228 5，小方式系統(tǒng)阻抗Xxt.min=0.379 7，線路阻抗=2.169 0；二級(jí)開關(guān)系統(tǒng)阻抗=1.017 2，X′xt.min=1.168 4；三級(jí)開關(guān)系統(tǒng)阻抗=1.411 6=1.562 8。

3.1.2 三級(jí)開關(guān)保護(hù)整定

一級(jí)開關(guān)速斷保護(hù)按躲本級(jí)線路末端最大短路電流整定，則：

二次值I′dz=7 029.1/120≈58.6，

動(dòng)作時(shí)間t=0.3 s。

對(duì)保護(hù)范圍進(jìn)行計(jì)算，則小方式兩相短路保護(hù)范圍為：

小方式三相短路保護(hù)范圍為：

過(guò)流保護(hù)按躲本線路最大負(fù)荷電流整定，則：

動(dòng)作時(shí)間t=0.45 s。

靈敏度按小方式兩相短路進(jìn)行校驗(yàn)，則其靈敏度Klm為：

Klm=滿足規(guī)程要求[7]。

二級(jí)開關(guān)、三級(jí)開關(guān)整定原則、計(jì)算公式同一級(jí)開關(guān)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 計(jì)算結(jié)果

3.2 軟件計(jì)算

利用開發(fā)的軟件對(duì)三級(jí)開關(guān)保護(hù)進(jìn)行整定，計(jì)算結(jié)果截圖如圖10所示。

圖10 軟件計(jì)算結(jié)果

3.3 軟件計(jì)算與人工計(jì)算對(duì)比

軟件計(jì)算值與人工計(jì)算值比較結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可看出，軟件計(jì)算值與人工計(jì)算結(jié)果吻合率達(dá)100%，驗(yàn)證了所開發(fā)軟件的正確性與有效性。

表4 軟件計(jì)算值與人工計(jì)算值對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化線路涉及三級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定計(jì)算量大的問(wèn)題，開發(fā)了一款能代替人工算法進(jìn)行保護(hù)整定計(jì)算的軟件。軟件實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)計(jì)算界面內(nèi)同時(shí)進(jìn)行配電網(wǎng)線路三級(jí)開關(guān)的保護(hù)整定，計(jì)算速度快，準(zhǔn)確率高，降低了人工計(jì)算保護(hù)定值的復(fù)雜性、繁瑣性。軟件同時(shí)提供了定值校驗(yàn)功能，當(dāng)計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)程要求時(shí)，可通過(guò)該功能進(jìn)行保護(hù)范圍、靈敏度的校驗(yàn)，保證下發(fā)定值的正確性與有效性，保障配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。