基于電力系統(tǒng)故障計(jì)算的保護(hù)定值仿真系統(tǒng)應(yīng)用

于春雷

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)的的加快，各行業(yè)用電需求不斷增多?，F(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，繼電保護(hù)日常管理工作也變得日益復(fù)雜，電網(wǎng)運(yùn)行方式多種多樣使得繼電保護(hù)整定計(jì)算十分復(fù)雜，而整定計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確合理，應(yīng)該經(jīng)過(guò)實(shí)際系統(tǒng)故障的考驗(yàn)，但是從電網(wǎng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的安全性考慮，直接在實(shí)際電力系統(tǒng)中進(jìn)行故障試驗(yàn)來(lái)校核定值是不現(xiàn)實(shí)的。因此，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)來(lái)模擬電力系統(tǒng)故障，校核保護(hù)定值的合理與否，分析保護(hù)的動(dòng)作行為，可以有效地解決整定計(jì)算定值無(wú)法通過(guò)實(shí)際故障來(lái)驗(yàn)證其選擇性和靈敏度的問(wèn)題，從而減少定值配合失誤帶來(lái)的各種事故，充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置性能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文就基于電力系統(tǒng)故障計(jì)算的保護(hù)定值仿真系統(tǒng)應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);故障計(jì)算;保護(hù)定值

引言

繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，是電力系統(tǒng)對(duì)故障的第一道防線，是實(shí)現(xiàn)定值從原理整定到工程應(yīng)用的主要媒介。繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作與否直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而保護(hù)定值的合理設(shè)置則直接關(guān)系到保護(hù)裝置能否正確動(dòng)作。

1貝瑞隆法的等值電路和數(shù)學(xué)模型

貝瑞隆法是計(jì)算暫態(tài)過(guò)程的一種有效的數(shù)值計(jì)算方法。高電壓工程專業(yè)首先把它用于電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算，使許多在實(shí)驗(yàn)室難以進(jìn)行的試驗(yàn)，可以方便的由電子計(jì)算機(jī)的仿真計(jì)算來(lái)完成。所謂貝瑞隆方法就是首先根據(jù)描述電力系統(tǒng)各元件電壓，電流的微分方程，導(dǎo)出各元件的諾頓型等值電路，然后根據(jù)具體電路列寫節(jié)點(diǎn)電壓方程，從一個(gè)已知的初始狀態(tài)開始，用遞推的辦法，計(jì)算暫態(tài)過(guò)程中各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流。

2仿真原理

目前繼電保護(hù)裝置仿真主要有2種方法：邏輯判斷法和定值判斷法。邏輯判斷法與電力系統(tǒng)故障計(jì)算無(wú)關(guān)，主要根據(jù)設(shè)定的故障點(diǎn)和故障類型，查找相關(guān)的保護(hù)裝置，再根據(jù)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作規(guī)則來(lái)判斷是否啟動(dòng)保護(hù)裝置，從而能快速給出保護(hù)動(dòng)作的情況，但是這種仿真方法缺乏真實(shí)性，無(wú)法校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置保護(hù)定值是否可靠。定值判斷法需要借助故障計(jì)算來(lái)測(cè)量保護(hù)裝置處的電氣量，與保護(hù)定值進(jìn)行比較，若滿足動(dòng)作條件，則保護(hù)動(dòng)作，因此定值判斷法可以用于繼電保護(hù)裝置的定值仿真校核。運(yùn)用定值判斷法針對(duì)系統(tǒng)各種運(yùn)行方式，模擬系統(tǒng)故障，進(jìn)行故障計(jì)算，從而能夠比較真實(shí)地反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，校驗(yàn)保護(hù)定值的可靠性和模擬繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作行為。經(jīng)典的定值判斷仿真法主要是基于仿真定時(shí)器的重復(fù)故障計(jì)算，以線路后備保護(hù)為例，首先將仿真定時(shí)器時(shí)間指到0s，進(jìn)入一段動(dòng)作時(shí)間，此時(shí)系統(tǒng)故障，根據(jù)故障信息，進(jìn)行故障計(jì)算，測(cè)量各個(gè)保護(hù)裝置安裝處的電氣量，與保護(hù)定值進(jìn)行比較，滿足動(dòng)作條件，則保護(hù)裝置按照動(dòng)作規(guī)則跳閘。如果此時(shí)切除故障，則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算，以查看潮流轉(zhuǎn)移是否引起過(guò)線路負(fù)荷。如果故障沒(méi)有完全切除，則仿真定時(shí)器時(shí)間指到0.5s，進(jìn)入二段動(dòng)作時(shí)間，此時(shí)由于0s時(shí)刻有保護(hù)裝置動(dòng)作，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，所以重新進(jìn)行0.5s時(shí)刻的故障計(jì)算，進(jìn)行測(cè)量比較，保護(hù)動(dòng)作，如果完全切除故障則進(jìn)行潮流計(jì)算，查看是否有線路過(guò)負(fù)荷，否則仿真定時(shí)器時(shí)間指到1.0s，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，直至故障切除或者仿真時(shí)間用完。實(shí)際的繼電保護(hù)整定計(jì)算的定值校核中，由于只需要校驗(yàn)定值的合理性，所以可以不需要采用以上復(fù)雜的算法。系統(tǒng)第0s故障計(jì)算后，如果應(yīng)該動(dòng)作保護(hù)的一段動(dòng)作切除故障卻沒(méi)有動(dòng)作，則經(jīng)過(guò)延時(shí)，如果不發(fā)生據(jù)動(dòng)，一般是由該保護(hù)的二段動(dòng)作來(lái)切除故障，此規(guī)則滿足大多數(shù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置后備保護(hù)的動(dòng)作要求，可以首先啟動(dòng)定值判斷仿真法，計(jì)算第0s時(shí)刻保護(hù)安裝處的電氣量，比較定值，動(dòng)作保護(hù)，如果沒(méi)有完全切除故障，則啟動(dòng)邏輯判斷法進(jìn)行仿真，此時(shí)不需要進(jìn)行故障計(jì)算，按照保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯，利用智能搜索技術(shù)進(jìn)行保護(hù)裝置動(dòng)作行為的模擬，最終切除系統(tǒng)故障，完成定值的校核和動(dòng)作行為的仿真，輸出仿真報(bào)告。

3真實(shí)例

下面以某電網(wǎng)35kV寧陜供區(qū)為仿真對(duì)象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，模擬故障后保護(hù)的啟動(dòng)及動(dòng)作情況。圖2所示為仿真示例電網(wǎng)模型，線路上均配置電流電壓保護(hù)，具體定值配置如圖1所示。正常方式下，110kV寧陜變經(jīng)3599寧關(guān)I線供35kV關(guān)口變，經(jīng)關(guān)口變3512關(guān)太線供35kV太山變;110kV龍王坪變經(jīng)3575龍錦Ⅰ線供35kV錦雞河變，經(jīng)錦雞河變3571錦筒線供筒車灣變。當(dāng)110kV寧陜變35kV系統(tǒng)故障或檢修時(shí)，考慮將35kV關(guān)口變、太山變經(jīng)3582關(guān)兩線、筒車灣變倒由110kV龍王坪變3575龍錦Ⅰ線供電。因此，有必要校核3512關(guān)太開關(guān)的運(yùn)行保護(hù)定值是否滿足電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式的需要。在3512關(guān)太線距離35kV關(guān)口變35kV母線側(cè)60%處設(shè)置三相短路故障，對(duì)3512關(guān)太開關(guān)電流電壓保護(hù)功能進(jìn)行仿真。在完成特殊運(yùn)行方式及仿真功能設(shè)置后，通過(guò)故障計(jì)算及仿真，可直觀地看到3512關(guān)太開關(guān)呈閃爍狀態(tài)，仿真程序跳開3512關(guān)太開關(guān)。由仿真報(bào)告可以看出，3512開關(guān)上配置的電流電壓保護(hù)在故障發(fā)生后0s的測(cè)量電流值為865A，而Ⅰ段定值為589A，故過(guò)流Ⅰ段保護(hù)啟動(dòng)。同理，Ⅱ段保護(hù)在第0s也啟動(dòng)。因Ⅰ段無(wú)延時(shí)動(dòng)作，3512關(guān)太開關(guān)在第0s過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作切除故障。因此，可知3512關(guān)太開關(guān)的保護(hù)定值在上述特定運(yùn)行方式下仍然適用，無(wú)須對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整。由上述實(shí)驗(yàn)可知，該系統(tǒng)可以在系統(tǒng)故障前校核保護(hù)定值在故障后的動(dòng)作特性。

結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)定值仿真校核功能解決了繼電保護(hù)整定計(jì)算工作計(jì)算出的整定值在系統(tǒng)故障前無(wú)法驗(yàn)證其動(dòng)作正確與否的問(wèn)題，同時(shí)可以進(jìn)行故障中繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為的分析和事故預(yù)想等，大大提高了工作效率和質(zhì)量。應(yīng)用實(shí)踐表明，仿真系統(tǒng)使用方便、穩(wěn)定可靠、直觀可視，避開了傳統(tǒng)人工校核過(guò)程中的各種錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，高效率、高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)定值校核的功能，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較高的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]秦曉波.地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算與管理系統(tǒng)的開發(fā)[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[2]龔仁敏，曾憲鵬.繼電保護(hù)故障分析整定管理及仿真系統(tǒng)用戶使用手冊(cè)[Z].北京：中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，2015：28-40.

[3]李志.電網(wǎng)繼電保護(hù)定制仿真校驗(yàn)系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016.