地區(qū)電網(wǎng)繼保系統(tǒng)在線自整定與評估預(yù)警方法

陳青松，李華

地區(qū)電網(wǎng)繼保系統(tǒng)在線自整定與評估預(yù)警方法

陳青松，李華

地區(qū)電網(wǎng)作為電力用戶供電的核心，其承擔(dān)著盡可能多的吸納新能源、給用戶提供可靠經(jīng)濟(jì)電能的責(zé)任，是現(xiàn)代智能電網(wǎng)重點發(fā)展的環(huán)節(jié)。針對地區(qū)級電網(wǎng)的實際情況，重點研究繼電保護(hù)在線整定計算以及繼電保護(hù)在線評估與預(yù)警，解決地區(qū)電網(wǎng)中繼電保護(hù)定值與電網(wǎng)的適應(yīng)性問題，同時，針對石家莊地區(qū)電網(wǎng)的實際情況研究實現(xiàn)地縣繼電保護(hù)整定計算與定值管理一體化系統(tǒng)，對提升繼電保護(hù)的性能具有重要的理論意義及實用價值。

地區(qū)電網(wǎng)；繼電保護(hù)；在線自整定；評估警報

0 引言

智能電網(wǎng)作為世界電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，可以促進(jìn)節(jié)能減排、實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，智能電網(wǎng)的建設(shè)工作已經(jīng)成為我國的國家戰(zhàn)略[1-3]。考慮到我國的能源分布與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實際特點，大量電能將從西部向東部輸送，特高壓遠(yuǎn)距離交直流混合輸電是我國電網(wǎng)的重要特征，這使得我國電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，安全穩(wěn)定運行的難度也更大。同時，一部分可再生能源以分布式電源的方式接入低壓配電網(wǎng)，使得配電網(wǎng)由單電源系統(tǒng)變成多電源系統(tǒng)，電源運行方式變化幅度大、速度快，電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，交直流混合輸電、長短線路交織，所有這些問題都給繼電保護(hù)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[4-5]。

地區(qū)電網(wǎng)作為用戶供電的主體，承擔(dān)著盡可能多的吸納新能源、給用戶提供可靠經(jīng)濟(jì)電能的責(zé)任，是智能電網(wǎng)重點發(fā)展的環(huán)節(jié)。地區(qū)電網(wǎng)電壓等級盡管相對較低，但與高壓電網(wǎng)相比，其不規(guī)范接線較多，繼電保護(hù)配置方式多樣，有一定的特殊性[6-8]。具體表現(xiàn)在：

（1）地區(qū)電網(wǎng)中各不同線路的保護(hù)配置方式及其限制條件不一定相同，在不同類型的保護(hù)裝置之間還需要相互配合。不同地區(qū)電網(wǎng)的整定原則也會因為當(dāng)?shù)乩^電保護(hù)工作者習(xí)慣不同而不同，地區(qū)電網(wǎng)的繼電保護(hù)配合工作較高壓電網(wǎng)復(fù)雜。

（2）隨著大量新能源接入地區(qū)電網(wǎng)，使得地區(qū)電網(wǎng)的復(fù)雜程度日益增加，分布式電源接入配電網(wǎng)使地區(qū)電網(wǎng)由傳統(tǒng)的舉側(cè)電源變成多側(cè)電源，導(dǎo)致地區(qū)電網(wǎng)的運行方式發(fā)生了很大變化。

地區(qū)電網(wǎng)作為用戶供電的主體，承擔(dān)著盡可能多的吸納新能源、給用戶提供可靠經(jīng)濟(jì)電能的責(zé)任，是智能電網(wǎng)重點發(fā)展的環(huán)節(jié)。針對地區(qū)級電網(wǎng)的實際情況，重點研究繼電保護(hù)在線整定計算以及繼電保護(hù)在線評估與預(yù)警，解決地區(qū)電網(wǎng)中繼電保護(hù)定值與電網(wǎng)的適應(yīng)性問題，同時針對石家莊地區(qū)電網(wǎng)的實際情況研究實現(xiàn)地縣繼電保護(hù)整定計算與定值管理一體化系統(tǒng)，對提升繼電保護(hù)的性能具有重要的理論意義及實用價值。

1 地區(qū)電網(wǎng)繼保系統(tǒng)模型

地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)在線自整定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)在線自整定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包含主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)和保護(hù)裝置3大部分，其中主站系統(tǒng)置于調(diào)度端，子站系統(tǒng)置于廠站端。各個層次功能如下：

（1）保護(hù)裝置

就地整定。根據(jù)其所在位置檢測信息，判斷保護(hù)定值是否發(fā)生變更，如需要變更，則計算保護(hù)定值并直接更改保護(hù)運行定值。根據(jù)遠(yuǎn)程控制信息調(diào)整保護(hù)定值。

（2）子站系統(tǒng)

子站整定。根據(jù)子站中各個保護(hù)裝置的檢測信息以及子站內(nèi)斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，判斷子站內(nèi)保護(hù)定值是否發(fā)生變更，如需要變更，則計算保護(hù)定值并發(fā)送到各個保護(hù)裝置中，更改保護(hù)運行定值。

（3）主站系統(tǒng)

集中整定。根據(jù)所有子站的上傳信息判斷系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)（直接從系統(tǒng)中獲取實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析結(jié)果），實現(xiàn)保護(hù)的集中整定。完成集中整定后，對于需要變更的保護(hù)，通過子站控制中心將新定值發(fā)送給各個保護(hù)。

2 評估預(yù)警結(jié)果判據(jù)

運行方式發(fā)生改變時，繼電保護(hù)的原定值不再適應(yīng)，甚至?xí)?dǎo)致繼電保護(hù)不正確動作，從而給電網(wǎng)帶來安全隱患。所以需要定量評估繼電保護(hù)定值不合理對電網(wǎng)安全的影響，確定電網(wǎng)中保護(hù)定值不合理的薄弱環(huán)節(jié)，以便釆取措施消除故障隱患。本文采取風(fēng)險評價矩陣法，定量評估繼電保護(hù)隱患對電網(wǎng)安全的影響，實現(xiàn)在線評估和預(yù)警。

風(fēng)險分析方法如FMEA、事件樹等，大多數(shù)風(fēng)險分析方法都有一定的缺陷。其中 FMEA法只考慮非危險性失效因素，浪費時間，一般不能考慮各種實效的綜合因素；事件樹法不易理解，在數(shù)學(xué)上往往非單一解，并且包含復(fù)雜的邏輯關(guān)系。綜合考慮，釆用風(fēng)險評價矩陣法，使風(fēng)險分析結(jié)果更直觀、精確。110kV定值校驗規(guī)則如表1所示：

表1110kV定值校驗規(guī)則

3 整定系統(tǒng)的工作流程

考慮到用于故障信息子主站之間通訊的規(guī)約并不支持定值修改以及文件下裝功能，故系統(tǒng)研發(fā)時在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)展了規(guī)約的定義?；诠收闲畔⒅髡窘ㄔO(shè)的裝置定值遠(yuǎn)方在線自動整定系統(tǒng)，可以獲取 XML格式定值單的主要內(nèi)容，將其與裝置內(nèi)部定值對比，差異顯示不一致定值，同時，在遠(yuǎn)端在線修改裝置為定值。假若用戶需要就地自動整定裝置定值時，可通過主站將XML格式定值單下裝至子站，利用裝置廠家調(diào)試軟件實現(xiàn)裝置定值就地自動整定。

定值自動校核功能的處理流程如圖2所示：

圖2 定值自動校核功能的處理流程

具體如下：

（1）核對XML定值單的合法性。首先，將XML格式定值單中的定值內(nèi)容依次提取出來并置于一個結(jié)構(gòu)體化的緩沖區(qū)中，使用SAX對XML文件進(jìn)行解析上來，并將當(dāng)前緩沖區(qū)中的模板描述與召喚上來的裝置版本、類型進(jìn)行比較，如果一致則進(jìn)入到定值的轉(zhuǎn)換部分，否則系統(tǒng)進(jìn)行報錯。

（2）定值轉(zhuǎn)換校驗。將各種類型（16進(jìn)制類型、整數(shù)類型、浮點類型等）的定值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)裝置能夠辨識的數(shù)值；比較對定值的有效性，查看各個定值是否越界，若出現(xiàn)越界行為，當(dāng)整個比較結(jié)束后，給出比較結(jié)果。

（3）下傳裝置定值。對比 XML定值單內(nèi)定值與裝置定值后，差異顯示不一致項，經(jīng)用戶確認(rèn)后，采取規(guī)約進(jìn)行定值傳輸，主站僅下傳需修改的定值，子站完成修改裝置定值工作。就地自動整定時，這些工作均由廠家調(diào)試軟件完成。修改結(jié)束后，再次召喚定值與緩沖區(qū)中定位進(jìn)行比對，如果返回確則成功完成裝置定值自動整定。

4 繼電保護(hù)在線整定的實現(xiàn)

隨著電網(wǎng)事故分析、處理的應(yīng)用要求的提高，故障信總系統(tǒng)在調(diào)度自動化系統(tǒng)中的地位越來越重要。鑒于電網(wǎng)發(fā)生事故時，對不同類型信總時效性、完整性需求的差界，該系統(tǒng)采取了信息的分層處理，通過信息主站與子站間完成的故障記錄、故障錄波、故障分析與故障結(jié)果處理等信息的交可.，為電網(wǎng)事故分析、處現(xiàn)提供有效的幫助。

在線自整定系統(tǒng)通過故障信息通道，結(jié)合專用定值整定單元或故障信息系統(tǒng)完成與站端保護(hù)的通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的定值在線整定功能，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 在線整定系統(tǒng)功能框圖

在線整定避免了運行方式的不確定性對保護(hù)定值性能的不利影響，可以明顯提高保護(hù)的性能。對某地區(qū)電網(wǎng)在線整定的定值和原有的離線整定定值進(jìn)行了統(tǒng)計比較，結(jié)果如圖4所示：

圖4 在線整定與離線整定比較

圖4中：白色豎條表示在線整定結(jié)果，黑色豎條表示離線整定結(jié)果。可以看出，在線整定定值比離線整定定值的靈敏度高、失配保護(hù)少、延時短。

5 總結(jié)

為了滿足電網(wǎng)對繼電保護(hù)提出的4個特性（可靠性、選擇性、快速性、靈敏性）的要求，充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的效能，本文針對地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)在線整定與評估預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了如下結(jié)論：

（1）本文所述保護(hù)定值在線整定系統(tǒng)采用精確的故障計算模型，并且通過沿線逐點計算來確定定值，避免了離線整定中引入分支系數(shù)帶來的計算誤差。

（2）通過分析電網(wǎng)局部變化對保護(hù)定值的影響以及實際算例，說明各種電網(wǎng)局部變化對保護(hù)定值的影響都是局部的。在線自整定技術(shù)提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的動作速度和精度。

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Online Self-tuning Grid Relay Protection System and Assessment Method

Chen Qingsong, Li Hua
(Foshan power supply bureau of Guangdong power grid company, Foshan528000, China)

As the core of power supplier, regional power grid takes responsibility for absorbing energy as much as possible and providing consumers with reliable economical electric energy. It is the key link in the development of modern smart grids. For the current situation of regional grid, this paper focuses on the online setting calculation, evaluation and forewarning of reply protection. It solves the contradiction between set value of reply protection and grid’s adaptability in the regional grid. At the same time, it also researches and realizes the integration between setting calculation and management of the prefectural and county reply protection for the realities of regional grid at Shijiazhuang. It has important theoretical significance and practical value for the improvement of reply protection.

Regional Network; Relay Protection; Online Self-turning; AssessAlert

TM46

A

2015.02.08）

1007-757X(2015)05-0061-02

陳青松（1984-），男，廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，工程師，碩士，研究方向：變電運行、繼電保護(hù)等，佛山，528000李 華（1988-），女，廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，助理工程師，學(xué)士，研究方向：變電運行、繼電保護(hù)等，佛山，528000