一種基于分項(xiàng)綜合指標(biāo)繼電保護(hù)定值在線校核的新方法

孫 冬， 薛 勇

(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司 通化供電公司,吉林 通化 134001)

0 引言

繼電保護(hù)可靠性的內(nèi)涵包括兩個(gè)方面：保護(hù)定值準(zhǔn)確性和保護(hù)裝置穩(wěn)定性。其中，保護(hù)裝置的穩(wěn)定性取決于保護(hù)裝置本身的制造質(zhì)量、保護(hù)回路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)的水平，還可通過(guò)態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行提高。而保護(hù)定值的準(zhǔn)確性除了依賴(lài)合理的整定計(jì)算以外，還需要在線校核技術(shù)的配合。實(shí)時(shí)的在線校核可以保證在電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的情況下，檢驗(yàn)保護(hù)整定項(xiàng)(整定值和動(dòng)作時(shí)間)，使定值仍能保持選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。

上世紀(jì)70年代，我國(guó)科研人員就開(kāi)始深入研究繼電保護(hù)定值在線校核技術(shù)[1-3]。當(dāng)前繼電保護(hù)定值在線校核較多應(yīng)用配置在省級(jí)較大電網(wǎng)中[4]，主要偏重保護(hù)靈敏度以及距離III段避免過(guò)負(fù)荷的校核，對(duì)于小地區(qū)的復(fù)雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并不適用。繼電保護(hù)定值在線校核方法有很多其中基于故障點(diǎn)集的校核方法是以故障點(diǎn)為中心進(jìn)行多項(xiàng)保護(hù)校核，但該方法容易出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象；基于綜合定值比較和保護(hù)范圍比較的一二次系統(tǒng)聯(lián)合仿真校核方法在全面校核定值全面性方面有欠缺[5]?；诒Ｗo(hù)重要度的繼電保護(hù)定值在線校核方法，將線路重要度等條件考慮到了校核方法中，但由于線路重要度的情況在地方電網(wǎng)中變化很大導(dǎo)致其不具備適普性[6～8]。圖形系統(tǒng)在繼電保護(hù)定值在線校核的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了校驗(yàn)的可視化，但是復(fù)雜的編程過(guò)程阻礙了這種方法的進(jìn)一步發(fā)展[9，10]。基于動(dòng)態(tài)短路電流繼電保護(hù)定值在線校核使在線校驗(yàn)的實(shí)時(shí)性得以實(shí)現(xiàn)，可以更快速地對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式提出整改方案[11]，更好地解決繼電保護(hù)定值可靠性的問(wèn)題。本文提出了基于分項(xiàng)綜合指標(biāo)的繼電保護(hù)定值在線校核方法，該方法在國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)程的基礎(chǔ)上[12]，將保護(hù)選擇性、靈敏性和速動(dòng)性分項(xiàng)校核，統(tǒng)一規(guī)劃，以更好地解決地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護(hù)配置繁多的問(wèn)題，使運(yùn)行維護(hù)人員能得到直觀的分析結(jié)果和及時(shí)的預(yù)警信息。

1 基于分項(xiàng)綜合指標(biāo)的繼電保護(hù)定值在線校核方法

基于分項(xiàng)綜合指標(biāo)的繼電保護(hù)定值在線校核方法是以保護(hù)定值以及保護(hù)的靈敏性、選擇性、速動(dòng)性是否滿足要求為核心思想，利用分層的思想，依次在系統(tǒng)中維護(hù)保護(hù)裝置所包含的裝置型號(hào)、整定項(xiàng)以及保護(hù)原理，從而進(jìn)行定值分享校核，并給出分項(xiàng)校核報(bào)告。數(shù)據(jù)來(lái)源主要從繼電保護(hù)整定軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)(一次設(shè)備電網(wǎng)資源功能位置、一次設(shè)備計(jì)算阻抗參數(shù)、支持兩種拓?fù)潢P(guān)系的圖形、保護(hù)模板及實(shí)例化保護(hù))和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)(一次設(shè)備電網(wǎng)資源功能位置、一次設(shè)備計(jì)算定額參數(shù)、支持兩種拓?fù)潢P(guān)系的圖形、實(shí)行運(yùn)行方式狀態(tài))中提取，通過(guò)定值在線校核功能實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)橫向時(shí)間的校核、保護(hù)縱向時(shí)序配合的校驗(yàn)、保護(hù)靈敏度校驗(yàn)、保護(hù)縱向范圍校驗(yàn)、保護(hù)速動(dòng)校驗(yàn)、保護(hù)整體方案評(píng)價(jià)校驗(yàn)、實(shí)時(shí)定值讀取比較校驗(yàn)。

在以裝置為保護(hù)單位的地區(qū)電網(wǎng)，保護(hù)整定項(xiàng)是核心，校核的本質(zhì)就是研究整定項(xiàng)與選擇性、靈敏性和速動(dòng)性之間的關(guān)系，關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 整定項(xiàng)與三性之間的關(guān)系圖

每一個(gè)整定項(xiàng)都由整定值和動(dòng)作時(shí)間構(gòu)成，保護(hù)的靈敏性取決于定值，速動(dòng)性則由動(dòng)作時(shí)間決定，保護(hù)的選擇性由整定值和動(dòng)作時(shí)間二者共同影響。保護(hù)的選擇性在裝置層面可以分為本保護(hù)裝置內(nèi)保護(hù)之間的配合以及不同裝置之間保護(hù)的配合兩種關(guān)系。故整定項(xiàng)的校核可細(xì)化為以下4點(diǎn)：

(1)按照保護(hù)速動(dòng)性要求進(jìn)行校核；

(2)按照保護(hù)靈敏性要求進(jìn)行校核；

(3)同一裝置整定值和整定時(shí)間配合時(shí)序選擇性校核；

(4)不同裝置之間整定值保護(hù)范圍與整定時(shí)間時(shí)序的配合保證選擇性校核。

2 分項(xiàng)校核指標(biāo)的設(shè)計(jì)

2.1 保護(hù)定值橫向時(shí)序校核

橫向時(shí)序定值校核是指本裝置內(nèi)的保護(hù)定值和動(dòng)作時(shí)間的配合關(guān)系的校核，應(yīng)該按以下3個(gè)角度進(jìn)行校核，分別為：

(1)動(dòng)作時(shí)限應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)；

(2)低時(shí)序保護(hù)的時(shí)限應(yīng)比高時(shí)序時(shí)限至少相差一個(gè)級(jí)差；

(3)對(duì)于欠量起動(dòng)保護(hù)低時(shí)序整定值不大于高時(shí)序整定值；對(duì)于過(guò)量起動(dòng)保護(hù)低時(shí)序定值不小于高時(shí)序整定值。

2.2 保護(hù)定值縱向時(shí)序校核

保護(hù)縱向時(shí)序校核是面向相鄰保護(hù)裝置整定項(xiàng)之間的校核，因?yàn)殡娏鞅Ｗo(hù)在地區(qū)電網(wǎng)中被大量應(yīng)用，這里以電流保護(hù)為例，對(duì)電流II段保護(hù)需要與相鄰線路的I段相配合，即不同裝置之間的配合，所以需要II段保護(hù)定值具有一定的延時(shí)，故其定值由延時(shí)和相鄰I段保護(hù)時(shí)間決定?？偟膩?lái)說(shuō)，校核的保護(hù)時(shí)限應(yīng)大出與其配合的保護(hù)時(shí)限至少一個(gè)級(jí)差。

圖2 保護(hù)定值縱向時(shí)序校核流程

2.3 保護(hù)定值靈敏度校核

靈敏度是指保護(hù)裝置對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或異常狀態(tài)的反應(yīng)能力，通常使用靈敏系數(shù)Ksen表示，其數(shù)值由故障量和整定值所決定。保護(hù)靈敏度校核的流程如圖3所示。

圖3 保護(hù)定值靈敏度校核流程

靈敏度系數(shù)在一定程度內(nèi)越高越好，可以降低故障對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的損害，使得電網(wǎng)可靠性提高，但在此基礎(chǔ)之上必須規(guī)定下限值，使其保證在故障時(shí)穩(wěn)定動(dòng)作。對(duì)于成套保護(hù)裝置，對(duì)于靈敏度有要求的保護(hù)都配有測(cè)量元件。裝置內(nèi)對(duì)于閉鎖元件靈敏度要求最高，測(cè)量元件的要求最低。對(duì)于電流III段保護(hù)，方向閉鎖元件的靈敏度要求要大于2，其他測(cè)量元件的靈敏度要求在1.3～1.5之間。不同的運(yùn)行方式，靈敏度計(jì)算結(jié)果也不同，一般選擇大于最大負(fù)荷電流的運(yùn)行方式來(lái)校核靈敏度。

2.4 保護(hù)定值速動(dòng)性校核

在保護(hù)整定方案的設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足選擇性的要求，在整定某些保護(hù)時(shí)需要設(shè)置延時(shí)，但延時(shí)過(guò)長(zhǎng)又會(huì)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)影響，所以需要對(duì)保護(hù)速動(dòng)性進(jìn)行校核。具體方法是先根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)浣泳€和被保護(hù)設(shè)備的狀況事先確定保護(hù)速動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)，然后將整定后的時(shí)限與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行速動(dòng)性校驗(yàn)。

2.5 保護(hù)定值縱向保護(hù)范圍的校核

縱向保護(hù)范圍的校核主要針對(duì)不同線路之間的保護(hù)，校核其是否滿足選擇性的要求，這是通過(guò)定值反驗(yàn)證保護(hù)范圍的校核方法。

裝置的各時(shí)序保護(hù)選擇性保護(hù)范圍校核，應(yīng)從3個(gè)角度進(jìn)行校核：

(1)對(duì)于I段保護(hù)應(yīng)當(dāng)單獨(dú)校核最小保護(hù)范圍和最大保護(hù)范圍，看其是否滿足要求；

(2)對(duì)于后備段保護(hù)，應(yīng)計(jì)算保護(hù)定值的保護(hù)范圍是否延伸到相鄰設(shè)備，看其是否滿足要求；

(3)對(duì)于后備段保護(hù)，首先根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確立配合關(guān)系，通過(guò)配合關(guān)系確定各保護(hù)裝置之間應(yīng)配合的整定項(xiàng)，然后通過(guò)計(jì)算，按照整定保護(hù)范圍小于配合保護(hù)范圍的原則，判斷保護(hù)范圍是否正確，其中對(duì)于保護(hù)范圍的計(jì)算是關(guān)鍵。定值縱向保護(hù)范圍校核的流程如圖4所示。

圖4 縱向保護(hù)范圍校核流程

2.6 保護(hù)整體方案的校核

保護(hù)整定方案校核是對(duì)保護(hù)出口、死區(qū)，配合時(shí)序以及速動(dòng)性校核告警信息等進(jìn)行綜合性校核的過(guò)程。

對(duì)整體方案的校核是對(duì)保護(hù)間配合關(guān)系的全面校核，結(jié)合地區(qū)實(shí)際保護(hù)整定方案的要求，涉及到的方面有保護(hù)項(xiàng)、保護(hù)范圍顯示、保護(hù)是否存在死區(qū)、與相鄰保護(hù)配合范圍是否滿足要求、是否存在保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的可能。

3 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)上述方法研發(fā)的地區(qū)電網(wǎng)保護(hù)定值在線校核與預(yù)警系統(tǒng)在通化地區(qū)應(yīng)用，該系統(tǒng)基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，使用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，具有3層軟件體系結(jié)構(gòu)，并具有針對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的故障計(jì)算、整定計(jì)算、在線校核等功能?，F(xiàn)以實(shí)際的校核結(jié)果為例說(shuō)明。

如圖5所示為該系統(tǒng)的局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，待校核線路設(shè)為L(zhǎng)1，校核保護(hù)為電流保護(hù)。在校核過(guò)程中，根據(jù)分項(xiàng)指標(biāo)校核方法，首先使用合理的定值進(jìn)行校核，再修改定值進(jìn)行第2次校核，2次結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，查看是否可以校核正確。

圖5 通化電網(wǎng)局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

首先對(duì)L1進(jìn)行橫向時(shí)間校核，定值正常時(shí)，L1的II段過(guò)電流整定值標(biāo)幺值為0.063 A時(shí)的動(dòng)作時(shí)間為0.3 s，II段過(guò)電流整定值標(biāo)幺值為0.001 A時(shí)的動(dòng)作時(shí)間為0.6 s。而定值異常時(shí)II段過(guò)電流整定值標(biāo)幺值為0.063 A時(shí)的動(dòng)作時(shí)間為0.3 s，II段過(guò)電流整定值標(biāo)幺值為0.065 5 A時(shí)的動(dòng)作時(shí)間為0.5 s。橫向時(shí)序校核的結(jié)果如表1所示。

表1 橫向時(shí)序校核結(jié)果顯示

結(jié)果分析：時(shí)序校核配合不合格：II段低延時(shí)：0.3 s，Ⅲ段高延時(shí)0.5 s，高段時(shí)間不滿足大于至少一個(gè)時(shí)間級(jí)差0.3 s，不符合靈敏性要求；保護(hù)定值配合校核不合格：II段低定值：0.063，Ⅲ段高定值：0.0655，低段保護(hù)定值小于高段序保護(hù)定值，選擇性不滿足要求。

接下來(lái)對(duì)線路L2進(jìn)行縱向保護(hù)范圍校核，該線路配置電流I段保護(hù)，其定值二次值為200 A，是正確保護(hù)定值，其保護(hù)范圍為線路全長(zhǎng)的93.7%。修改定值為220 A，校核結(jié)果不合格，如表2所示。

表2 縱向保護(hù)范圍校核結(jié)果顯示

結(jié)果分析：整定保護(hù)無(wú)保護(hù)范圍，保護(hù)不起作用。

通化地區(qū)電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)有317條線路，配有電流保護(hù)、距離保護(hù)等。以該地區(qū)總整定方案為依據(jù)，對(duì)地區(qū)中配置的相關(guān)待校核保護(hù)進(jìn)行重新核算，其中橫向、縱向時(shí)序校核時(shí)間分別為8 s和7.2 s，保護(hù)靈敏度和速動(dòng)性校核時(shí)間分別為7 s和 6.5 s，縱向保護(hù)范圍校核和保護(hù)整體方案校核時(shí)間分別為45 s和97 s(與電網(wǎng)復(fù)雜程度有關(guān))。根據(jù)數(shù)據(jù)采集源和國(guó)家電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)程規(guī)定，運(yùn)用該方法進(jìn)行在線校核的時(shí)間大大縮短，校核效率大大提高。

4 結(jié)論

本文提出的基于分項(xiàng)綜合指標(biāo)的繼電保護(hù)在線校核方法是針對(duì)地區(qū)電網(wǎng)，將保護(hù)選擇性、靈敏性和速動(dòng)性獨(dú)立校核，最后統(tǒng)一比較，校核結(jié)果顯示直觀，易懂，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)定值存在的問(wèn)題。運(yùn)用該方法設(shè)計(jì)的校核系統(tǒng)已成功應(yīng)用于通化地區(qū)電網(wǎng)的繼電保護(hù)在線校核業(yè)務(wù)中，對(duì)該地區(qū)的定值校核結(jié)果準(zhǔn)確，且運(yùn)行維護(hù)人員所進(jìn)行的操作步驟大大減少，不僅提高了校核效率，同時(shí)減輕了工作人員的工作負(fù)擔(dān)，取得了較好的成效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊杰. 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)在線整定系統(tǒng)探析[J]. 電工技術(shù)，2017(12):73-75.

[2] 曾耿暉，劉瑋. 繼電保護(hù)在線整定系統(tǒng)的探討[J]. 繼電器，2004(17):38-42.

[3] 王友懷, 楊增力, 周虎兵,等. 繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2015, 27(6):91-97.

[4] 劉國(guó)平. 地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)在線整定與評(píng)估預(yù)警方法研究[D]. 北京：華北電力大學(xué), 2013.

[5] 張海翔, 呂飛鵬, 廖小君. 一種繼電保護(hù)定值在線校核評(píng)估方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013, 37(3):98-103.

[6] 鄧豐強(qiáng), 呂飛鵬. 考慮保護(hù)重要度的繼電保護(hù)定值在線校核[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2013, 25(4):85-90.

[7] 薛志剛, 張海翔, 呂飛鵬. 一種繼電保護(hù)定值在線校核優(yōu)化排序方法[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 40(5):24-30.

[8] 劉高會(huì), 劉敏, 王朝霞,等. 圖形化故障分析整定檢驗(yàn)軟件在整定計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 電工電氣, 2011(2):35-38.

[9] 周特軍, 邱建, 王春藝,等. 基于SVG的可視化技術(shù)在繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015，43(16):112-117.

[10] 畢兆東, 王寧, 夏彥輝,等. 基于動(dòng)態(tài)短路電流計(jì)算的繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 36(7):81-85.

[11] 王祎, 胡鐵軍, 范黎敏,等. 地縣一體化繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J]. 浙江電力, 2015，34(5):23-26.

[12] 王偉，楊偉光，高立忠， 等. 基于智能電網(wǎng)調(diào)度支持的居民用電側(cè)自動(dòng)需求響應(yīng)系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40(10):172-174.