芻議電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置及其仿真實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)

石晶 楊文

摘要：電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)是應(yīng)用比較廣泛的一種科學(xué)有效的培訓(xùn)手段，保護(hù)仿真的任務(wù)是模擬保護(hù)裝置的配置原理以及一些保護(hù)行為。現(xiàn)主要根據(jù)通用保護(hù)模型，分別應(yīng)用于線路保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)仿真，并對每一個具體保護(hù)進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)裝置：仿真系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)保護(hù)通用模型來實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)裝置的功能。設(shè)立保護(hù)總的故障入口，另外把保護(hù)分為4大模塊，分別是線路、變壓器、母線和發(fā)電機(jī)，每一種模塊中包含了一些具體的保護(hù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)各自的功能。本文通過了解繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的分類及組成對事故中繼電保護(hù)裝置動作行為和線路保護(hù)及其仿真原理進(jìn)行分析。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)仿真技術(shù)的分類

1．1 數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)

電網(wǎng)重要的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備采用數(shù)學(xué)模擬方法，重要的變壓器、線路元件和直流輸電系統(tǒng)采用物理模擬方法，其他電網(wǎng)元件及特性采用全數(shù)字實(shí)時仿真系統(tǒng)模擬，通過功率連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字實(shí)時仿真與物理仿真裝置的連接，從而構(gòu)成兼有物理和數(shù)字模擬技術(shù)特點(diǎn)，并且能夠突破模擬規(guī)模限制為特征的實(shí)時電力系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡婺M。該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)突破的重要依托之一，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)關(guān)鍵仿真模擬功能的重要試驗(yàn)驗(yàn)證手段之一。

1．2 動態(tài)模擬仿真技術(shù)

具有多年的動態(tài)模擬仿真技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)l000 kV及以下交流系統(tǒng)，800 kV直流輸電系統(tǒng)及交直流混合輸電系統(tǒng)、變壓器、并聯(lián)電抗器、固定及可控串補(bǔ)、數(shù)字式電壓、電流互感器等的動態(tài)模擬?？砷_展繼電保護(hù)和安全自動裝置的試驗(yàn)研究；保護(hù)控制裝置與通道的聯(lián)合測試；負(fù)荷模型、發(fā)電機(jī)及其勵磁系統(tǒng)參數(shù)的試驗(yàn)研究：可控電抗器、靜止無功補(bǔ)償、故障限流器等新型設(shè)備的性能及對系統(tǒng)影響的試驗(yàn)研究。

1．3 建模技術(shù)

采用統(tǒng)計(jì)綜合法、總體辨測法、故障擬合法等技術(shù)，開展負(fù)荷模型建模研究及SLM 綜合負(fù)荷模型適應(yīng)性研究；結(jié)合機(jī)組勵磁及PSS參數(shù)實(shí)測、調(diào)速系統(tǒng)實(shí)測技術(shù)研究工作，進(jìn)行大電網(wǎng)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真建模及校核技術(shù)研究。

2 事故中繼電保護(hù)裝置動作行為的分析

如果在電網(wǎng)故障中，保護(hù)裝置有不正確動作行為，要根據(jù)當(dāng)時的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式，在尋找到的故障點(diǎn)處模擬相同的故障類型，來計(jì)算相關(guān)變電站和發(fā)電廠的電壓、電流及阻抗等值，觀察保護(hù)的動作情況，分析故障中的保護(hù)裝置的動作行為。并與錄波結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行核實(shí)，以保證與當(dāng)時的實(shí)際情況相符，從而驗(yàn)證了保護(hù)裝置動作的正確與否。利用仿真程序分析電網(wǎng)事故，可以大大提高工作效率和工作質(zhì)量，為繼電保護(hù)工作提供了先進(jìn)的管理手段。

在電網(wǎng)運(yùn)行中，會出現(xiàn)很多難以預(yù)料的運(yùn)行方式，這些運(yùn)行方式在保護(hù)整定計(jì)算中，是沒有考慮的，也是無法預(yù)料的。利用繼電保護(hù)仿真程序，可以很方便地校驗(yàn)臨時方式各種保護(hù)的靈敏度，對緊急情況或電網(wǎng)事故作出正確的處理。

3 繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的組成

繼電保護(hù)仿真程序就是利用計(jì)算機(jī)程序模擬電力系統(tǒng)各種故障，用故障量來檢測保護(hù)的動作行為，并能輸出各站的保護(hù)動作情況。其主要由程序和數(shù)據(jù)庫2部分組成。

3．1 數(shù)據(jù)庫

(1)電網(wǎng)一次系統(tǒng)圖。包括所有整定范圍的一次電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)標(biāo)有斷路器狀態(tài)，斷路器在斷開位置和合閘位置應(yīng)有明顯區(qū)別，以提醒計(jì)算人員有關(guān)保護(hù)動作跳閘情況。

(2)繼電保護(hù)定值庫。1)元件參數(shù)：電網(wǎng)元件參數(shù)數(shù)據(jù)是用來模擬故障計(jì)算時的依據(jù)，必須是電網(wǎng)運(yùn)行元件的實(shí)測參數(shù)。2)繼電保護(hù)定值庫：與在電網(wǎng)中運(yùn)行的實(shí)際定值一致，包括各種保護(hù)的定值。

3．2 程序部分

程序主要包括以下幾個部分：模擬故障計(jì)算、保護(hù)動作行為的判斷和報告輸出等。

(1)模擬故障計(jì)算程序：模擬故障計(jì)算程序是仿真系統(tǒng)的核心，它應(yīng)能模擬各種故障類型，并對各廠、變每條線的保護(hù)的各種測量值進(jìn)行計(jì)算，如相電壓、相電流、相問阻抗、接地阻抗、零序電流、負(fù)序電流等。(2)輸出報告：比較完畢后，輸出保護(hù)動作情況報告，并在電網(wǎng)一次結(jié)線圖上標(biāo)明保護(hù)動作情況。

4 線路保護(hù)及其仿真

4．1 線路保護(hù)配置原理

110 kV及以下中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)，主要采用過電流保護(hù)，某些情況下采用距離保護(hù)，甚至是高頻保護(hù)，并列運(yùn)行的平行線路采用橫聯(lián)差動保護(hù)作為主保護(hù)，以階段式電流保護(hù)作為后備保護(hù)。110--220 kV中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，通常采用距離保護(hù)作為主保護(hù)，階段式或反時限零序電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)作為后備保護(hù)，有些110kV線路也裝設(shè)l套全線速動保護(hù)。220kV線路通常裝設(shè)2套全線速動保護(hù)，采用接地距離保護(hù)、階段式或反時限零序電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)等作為后備保護(hù)。

4．2 管理功能

4．2．1 定值單的自動生成功能

當(dāng)完成系統(tǒng)整定配合后，進(jìn)入定值單生成模塊。程序可根據(jù)保護(hù)裝置類型自動提供一種裝置定值單的模板，定值項(xiàng)的值自動取自整定出的定值。定值單可以修改、保存。

4．2．2 計(jì)算書自動生成功能

定值整定的整個過程都自動記錄在計(jì)算書中。手工進(jìn)行整定計(jì)算時，計(jì)算書同步顯示，清楚地顯示每步操作的情況，十分方便。計(jì)算書可以查看、保存。

4．2．3 定值單管理功能

可以顯示所有生成的系統(tǒng)定值單，也可分別顯示正在整定、待執(zhí)行、已執(zhí)行、已作廢4種狀態(tài)的定值單。可查閱各定值單對應(yīng)的裝置型號、保護(hù)對象、定值單編號等?？梢詫⒋龍?zhí)行定值單通過點(diǎn)擊轉(zhuǎn)化為已執(zhí)行定值單，并自動添加執(zhí)行日期?？梢詫⒁褕?zhí)行定值單通過點(diǎn)擊轉(zhuǎn)為已作廢定值單，并自動記錄作廢日期。對于已作廢的定值單可設(shè)定保留期限，到期后自動刪除。

5 變壓器保護(hù)及仿真

5．1 變壓器保護(hù)的邏輯動作原理

變壓器保護(hù)主保護(hù)的邏輯動作方式比較簡單，不管設(shè)置的內(nèi)部故障還是外部絕緣套管及引出線處故障，都只要直接跳開變壓器兩側(cè)或三側(cè)開關(guān)。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，搜索此變壓器上安裝的保護(hù)，并根據(jù)其動作時延進(jìn)行排序，動作時延最短的即為動作的保護(hù)，由于變壓器很多保護(hù)都是零秒延時，因此有可能2個保護(hù)同時動作。當(dāng)變壓器發(fā)生外部絕緣套管及引出線處發(fā)生故障時則認(rèn)為差動保護(hù)動作。保護(hù)變壓器防止出現(xiàn)故障和后備保護(hù)的動作

情況與線路故障基本相同。

5．2 變壓器保護(hù)模型仿真流程

系統(tǒng)中的變壓器保護(hù)是由函數(shù)TransformerSimulator來實(shí)現(xiàn)的，變壓器保護(hù)的程序流程框圖如圖1所示。

變壓器保護(hù)仿真程序流程圖

6 結(jié)語

本文以基于邏輯的保護(hù)通用為基礎(chǔ)，并根據(jù)實(shí)際保護(hù)元件的特點(diǎn)，對各種元件保護(hù)原理實(shí)行變通和合理的分析，使其更能滿足本課題的快速性及逼真性的要求。分別對線路保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)及發(fā)電機(jī)保護(hù)中各相具體保護(hù)裝置明確動作原理及判據(jù)，而后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及程序?qū)崿F(xiàn)，并對其作必要的解釋說明，根據(jù)各類的保護(hù)裝置的相互配合，即可仿真實(shí)現(xiàn)整個繼電保護(hù)系統(tǒng)的仿真。

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