電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值失配點(diǎn)推移方法研究與應(yīng)用

陳波，錢(qián)文姝

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司，陜西西安 710048；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西西安 710100）

電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值失配點(diǎn)推移方法研究與應(yīng)用

陳波1，錢(qián)文姝2

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司，陜西西安 710048；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西西安 710100）

繼電保護(hù)定值配合計(jì)算中，受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響，歷來(lái)都有部分線(xiàn)路保護(hù)定值無(wú)法做到相互完全配合，失配點(diǎn)不僅存在于一般線(xiàn)路也同樣存在于不同運(yùn)行方式下的一些重要線(xiàn)路。目前各單位只能通過(guò)事故備案來(lái)提醒相關(guān)部門(mén)注意，實(shí)際系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)不正確動(dòng)作將首先發(fā)生在這些線(xiàn)路上，如果失配點(diǎn)落在重要線(xiàn)路（迎峰度夏、冬期、特殊保電方式等其間的關(guān)鍵線(xiàn)路）上，此時(shí)保護(hù)不正確動(dòng)作會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)災(zāi)難性的破壞。

電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值配合失配點(diǎn)推移法，針對(duì)重要線(xiàn)路存在的保護(hù)定值失配情況，研究出了繼電保護(hù)定值配合失配點(diǎn)推移法，即將整定計(jì)算與N-1潮流計(jì)算相結(jié)合確定解環(huán)點(diǎn)，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)電網(wǎng)中不同時(shí)期線(xiàn)路輸送功率的重要性進(jìn)行分析計(jì)算，將整定計(jì)算中存在的重要線(xiàn)路失配點(diǎn)推移到非重要線(xiàn)路上，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)確保重要線(xiàn)路保護(hù)不因定值失配發(fā)生不正確動(dòng)作，保證了重要聯(lián)絡(luò)線(xiàn)、重要用戶(hù)可靠供電，重要電廠(chǎng)可靠送出。

1 分析計(jì)算

線(xiàn)路輸送功率的重要性從2個(gè)方面進(jìn)行分析，一是負(fù)荷的性質(zhì)，二是負(fù)荷的大小。根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)對(duì)電網(wǎng)中的支路進(jìn)行劃分，通過(guò)潮流計(jì)算對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的輸送功率大小進(jìn)行排序。

對(duì)于一個(gè)有b條支路的電網(wǎng)，將需要充分保證的重要線(xiàn)路集合記作Z，其他的支路集合記作S。

以常規(guī)大方式（考慮N－1檢修）為例分析網(wǎng)絡(luò)中的各線(xiàn)路輸送功率的重要性。

1）通過(guò)潮流計(jì)算，將大方式下各支路的輸送功率記為

N－1檢修情況下各支路的輸送功率記為

2）將某條支路在各種情況下的潮流計(jì)算結(jié)果求平均值

記作P＝{P1，P2…+Pb}將集合P中的元素按照從小到大的順序進(jìn)行排列。

3）依據(jù)上面計(jì)算出的結(jié)果，將Z和S 2個(gè)集合中的元素按照其輸送功率從小到大的順序排列出來(lái)。

2 選取解環(huán)點(diǎn)

本方案依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)電網(wǎng)中不同時(shí)期（夏大、夏小、冬大、冬小、特殊方式）線(xiàn)路輸送功率的重要性進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)于整定計(jì)算中出現(xiàn)的“死循環(huán)”給出合理的解環(huán)點(diǎn)，使電網(wǎng)中的失配點(diǎn)推移到相對(duì)不重要的線(xiàn)路上。

在多電源環(huán)網(wǎng)中，如果配置的全是三段式方向保護(hù)，極易產(chǎn)生嵌套互鎖的問(wèn)題，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的失配點(diǎn)。如圖1所示為一簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)，線(xiàn)路L1、L2、L3、L4配置的距離保護(hù) P1、P2、P3、P4為三段式。

圖1 死循環(huán)網(wǎng)說(shuō)明Fig.1 Description of the endless loop grid

通過(guò)計(jì)算得出P1、P2、P3、P4的I段定值，開(kāi)始計(jì)算P1的II段定值，計(jì)算P1的II段定值需要P2的I、II段定值，如果P1的II段定值與P2的I段定值配合不上，需要與P2的II段定值配合，而P2的II段定值未知，因此需要先計(jì)算P2的II段定值。因此P2的II段定值與P3的I段定值配合不上，需要與P3的II段定值配合，而P3的II段定值未知，因此需要先計(jì)算P3的II段定值；P3的II段定值與P4的I段定值配合不上，需要與P4的II段定值配合，而P4的II段定值未知，因此需要先計(jì)算P4的II段定值；計(jì)算P4的II段定值需要與P1的I、II段定值，如果與P1的I段定值配合不上，需要與P1的II段定值配合，而P1的II段定值未知。這時(shí)，保護(hù)P4、P3、P2、P1之間互相等待，形成死循環(huán)，整定無(wú)法進(jìn)行下去。

選取解環(huán)點(diǎn)的目的是為了解決繼電保護(hù)整定計(jì)算配合中出現(xiàn)的死循環(huán)問(wèn)題，死循環(huán)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因：一是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中有通路的存在，二是線(xiàn)路保護(hù)定值配合計(jì)算中保護(hù)定值相互循環(huán)配合。通路的存在是由電網(wǎng)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)決定的，是系統(tǒng)實(shí)際固有的；保護(hù)定值相互循環(huán)配合是在環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路配合中一些特殊情況下產(chǎn)生的。此處的解環(huán)點(diǎn)也是網(wǎng)絡(luò)的失配點(diǎn)，在進(jìn)行繼電保護(hù)定值配合計(jì)算中，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路定值配合形成死循環(huán)時(shí)，定值間上下級(jí)的配合關(guān)系無(wú)法滿(mǎn)足靈敏性或選擇性的要求，失配點(diǎn)選擇不當(dāng)，電網(wǎng)在此死循環(huán)區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，周邊存在配合關(guān)系的線(xiàn)路可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)情況，對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成不不可估量的損失。

電網(wǎng)形成在前，繼電保護(hù)定值配合計(jì)算在后，由于電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特殊性而產(chǎn)生的保護(hù)定值配合死循環(huán)情況非常普遍，電網(wǎng)中由長(zhǎng)短線(xiàn)構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)中最容易形成。在系統(tǒng)的重要負(fù)荷區(qū)域，為了保證重要負(fù)荷供電的可靠性和安全性，重要負(fù)荷所在區(qū)域的保護(hù)不允許失配。本項(xiàng)目的關(guān)鍵問(wèn)題就是通過(guò)潮流計(jì)算，選擇合理的失配點(diǎn)，使系統(tǒng)因停電切負(fù)荷造成的損失最小。

3 失配點(diǎn)推移

通過(guò)分析，找出電網(wǎng)中有n個(gè)死循環(huán)回路記為集合H：

其中將死循環(huán)Hi中的支路記為：

3.1 循環(huán)回路的失配點(diǎn)求取

如果Hi中的元素與H中的其他回路的元素沒(méi)有交集，則為循環(huán)回路。首先在集合S中搜索中的支路，將最先出現(xiàn)的支路做為循環(huán)回路的失配點(diǎn)；如果S中沒(méi)有中的元素，則去集合Z中搜索中的元素，最先出現(xiàn)的支路作為死循環(huán)回路的失配點(diǎn)。

3.2 復(fù)雜循環(huán)回路的失配點(diǎn)求取

如果出現(xiàn)死循環(huán)的回路是一個(gè)復(fù)雜回路，如圖2所示。

圖2 復(fù)雜回路示意圖Fig.2 Schematic diagram of the complex circuit

假設(shè)圖2有n個(gè)死循環(huán)回路，則死循環(huán)回路的線(xiàn)性組合個(gè)數(shù)為：

要描述所有會(huì)出現(xiàn)的線(xiàn)性組合，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型：數(shù)列矩陣T。矩陣T的行用g（二進(jìn)制數(shù)）表示，1≤g≤2n-1，即T為（2n-1）×n階數(shù)列矩陣。

死循環(huán)回路計(jì)算：設(shè)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)b條支路，如果它的一子圖是由一條連支和其他樹(shù)枝組成的閉合路徑，則稱(chēng)該子圖為一個(gè)死循環(huán)回路。圖2的死循環(huán)回路總數(shù)為：g=b-n+1。

以圖2的拓?fù)鋱D所示，g＝7-5+1=3，則

在圖2中定義A、B、C、D支路為樹(shù)枝，死循環(huán)回路矩陣Bf：

用T中的第i行不是零的元素選擇Bf矩陣中第i種死循環(huán)回路線(xiàn)性組合的可能。對(duì)所有死循環(huán)回路線(xiàn)性組合的可能都記錄于矩陣Ni。取T中的第5行，即為N5：

T矩陣有2n-1行，則Bf就有2n-1個(gè)不同的線(xiàn)性組合。依照此法，便可得到2n-1個(gè)Ni矩陣。從以上矩陣與拓?fù)鋱D可以得出：Ni所指出的線(xiàn)性組合可能不是死循環(huán)回路。由此可以推出：若Ni（i=1，2，…，2n-1）中不會(huì)有任何一列含有兩個(gè)以上的非零元素，這說(shuō)明參與線(xiàn)性組合的多個(gè)死循環(huán)回路交集，也就是說(shuō)所得死循環(huán)回路的線(xiàn)性組合不是一個(gè)真正的死循環(huán)回路。要得到圖2的所有死循環(huán)回路，必須要使Ni中必須有偶數(shù)個(gè)非零項(xiàng)的列數(shù)集合M，若Ni僅有一行，則代表一個(gè)死循環(huán)回路，并且是一個(gè)基本死循環(huán)回路；再就是要選出Ni數(shù)列矩陣中的第J列，列中第一行元素非零，若Ni中無(wú)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件的元素，這說(shuō)明Ni中的所有死循環(huán)回路沒(méi)有交集，最多只有一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，該數(shù)列矩陣對(duì)于要找到所有死循環(huán)回路不具有存在的實(shí)際作用，在此不做保留；若找到滿(mǎn)足上面兩個(gè)條件的列時(shí)，可使Ni中第P行和第一行的第J列均為非零元素進(jìn)行組合：

這樣在得到新的矩陣Ni之后，再回到第一步，反復(fù)循環(huán)，直到得到的矩陣Ni再也難以有適合上面2個(gè)條件時(shí)的列為止，設(shè)這時(shí)得到的矩陣Ni為，若可化簡(jiǎn)為僅有單行非零元素的一個(gè)矩陣，這個(gè)組合一定滿(mǎn)足一個(gè)死循環(huán)回路所具備的必備條件，就有可能構(gòu)成一個(gè)死循環(huán)回路；反之，這個(gè)組合就不構(gòu)成一個(gè)死循環(huán)回路，此時(shí)，該組合將被取消，接著再繼續(xù)一種組合。這樣的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行（i=1，2，…，2n-1），直到得到由Ni得到所有可能的死循環(huán)回路。矩陣如果找不到滿(mǎn)足上述2個(gè)條件的列，則新得到的2個(gè)子圖不再具有公共支路，因此該組合不可能是一個(gè)死循環(huán)回路，它或是分離子圖，或是復(fù)合回路。

即使矩陣N′i化成了僅一行有非零元素，所得結(jié)果也可能含有復(fù)合回路，因此必須加入新的充分條件，才能得到所有的死循環(huán)回路。這個(gè)條件就是：必須按死循環(huán)回路的定義校驗(yàn)所得子圖的節(jié)點(diǎn)度數(shù)，將度數(shù)大于2的節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的組合進(jìn)行剔除，就會(huì)得到繼電保護(hù)整定計(jì)算配合中需要的死循環(huán)回路。具體的實(shí)現(xiàn)方法如下：

1）設(shè)定回路分析矩陣A，行i為支路號(hào)，列j中為簡(jiǎn)單回路數(shù)。如果第j個(gè)回路中包含支路i，則Aij=1，否則為Aij=0。

2）設(shè)定各支路的潮流因子列向量F，行數(shù)為簡(jiǎn)單回路數(shù)，各列的數(shù)值為在各種負(fù)荷方案下簡(jiǎn)單回路各支路的計(jì)算潮流值的平均值。

3）設(shè)定解環(huán)列向量S，根據(jù)公式S=A*F得到解環(huán)列向量中的數(shù)值。根據(jù)得到求解的S列向量的值確定解環(huán)點(diǎn)的先后順序。首先解開(kāi)S向量中值最小的支路，進(jìn)行整定計(jì)算。整定計(jì)算結(jié)果中對(duì)簡(jiǎn)單回路再進(jìn)行同上方法的計(jì)算，最后將環(huán)逐一解開(kāi)，使失配點(diǎn)得到推移。

4 應(yīng)用效果

2013年冬大方式陜北地區(qū)保護(hù)整定計(jì)算中，750 kV洛川智能站330 kV出線(xiàn)產(chǎn)生了失配點(diǎn)，我們利用該研究成果，將陜北地區(qū)750 kV、330 kV主網(wǎng)以及110 kV地區(qū)網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷、潮流等與整定計(jì)算與N-1潮流計(jì)算相結(jié)合從新選擇解環(huán)點(diǎn)，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)電網(wǎng)中不同時(shí)期線(xiàn)路輸送功率的重要性進(jìn)行分析計(jì)算，針對(duì)負(fù)荷性質(zhì)和潮流大小進(jìn)行判斷，判斷后根據(jù)圖論技術(shù)，按回路矩陣進(jìn)行統(tǒng)一分析，將750 kV洛川智能站330 kV出線(xiàn)的失配點(diǎn)進(jìn)行了推移，得到了失配點(diǎn)推移后的保護(hù)整定值，為首座750 kV智能站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)定的技術(shù)支持。

5 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值失配點(diǎn)推移方法的研究與應(yīng)用使得繼電保護(hù)整定計(jì)算過(guò)程發(fā)生了新的變化，保護(hù)定值的配合工作不僅要做到使用整定計(jì)算參數(shù)配合保護(hù)定值，還要結(jié)合電網(wǎng)不同運(yùn)行方式下潮流情況分析、判斷線(xiàn)路重要性，對(duì)于落在重要線(xiàn)路上的保護(hù)定值失配點(diǎn)不能只在定值單中進(jìn)行備注，而要將其進(jìn)行推移，做到重要線(xiàn)路保護(hù)定值完全配合。

國(guó)網(wǎng)公司近期正在各網(wǎng)、省調(diào)推進(jìn)繼電保護(hù)整定計(jì)算在線(xiàn)校核系統(tǒng)應(yīng)用，該系統(tǒng)能將實(shí)時(shí)在線(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳應(yīng)用，電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值失配點(diǎn)推移所使用的潮流數(shù)據(jù)會(huì)非常準(zhǔn)確得到，電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值失配點(diǎn)推移方法的應(yīng)用將會(huì)得到更好的發(fā)揮和推廣。

[1]王顯平，張莉.電力系統(tǒng)故障分析 [M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]賀家李，李永麗.董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出社，2010.

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[6]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[S].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

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Research and Application of Mismatch Points Transfer Method for Relay Protection Setting Values of Important Transmission Lines

CHEN Bo1，QIAN Wenshu2
（1.State Grid Shaanxi Electric Power Company，Xi’an 710048，Shaanxi，China；2.State Grid Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi’an 710100，Shaanxi，China）

Based on research of mismatch points in setting values for the relay protection of important transmission lines，a mismatch point transfer method is introduced in this paper.And the setting calculation and flow calculation are combined to determine ring rejection point.Through calculation result of transmission power importance in different periods based on system operation modes，mismatch points can be transferred from important lines to unimportant lines，and the relay protection setting values of important transmission lines can be fully coordinated.

power grid important transmission line;valuesetting mismatch points;power flow calculation

針對(duì)電網(wǎng)重要線(xiàn)路繼電保護(hù)定值配合存在失配點(diǎn)問(wèn)題，提出了將整定計(jì)算與潮流計(jì)算相結(jié)合確定解環(huán)點(diǎn)，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)電網(wǎng)中不同時(shí)期線(xiàn)路輸送功率的重要性進(jìn)行分析計(jì)算，使保護(hù)定值配合中產(chǎn)生在重要線(xiàn)路上的失配點(diǎn)推移到非重要線(xiàn)路上，重要線(xiàn)路保護(hù)定值達(dá)到完全配合。

電網(wǎng)重要線(xiàn)路；定值失配點(diǎn)；潮流計(jì)算

1674-3814（2017）09-0017-04

TM774

A

2017-03-08。

陳 波(1969—)，男，碩士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度控制等工作；

錢(qián)文姝（1982—），通訊作者，女，碩士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事輸變電試驗(yàn)與技術(shù)管理等方面的工作。

（編輯 徐花榮）