基于海上石油平臺(tái)電網(wǎng)的繼電保護(hù)在線校核系統(tǒng)應(yīng)用研究

魏曉豐 張 慧 黃 猛 劉 方 王少偉

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司）

0 引言

當(dāng)前海上石油平臺(tái)電網(wǎng)經(jīng)過大規(guī)模組網(wǎng)之后，系統(tǒng)工況更加多樣，故障類型更加多變，因此對繼電保護(hù)定值的合理性提出更高的要求。然而，當(dāng)前海上電力組網(wǎng)仍然采用傳統(tǒng)的離線繼電保護(hù)校核方式。在此基礎(chǔ)上雖然電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況多樣化，但當(dāng)前定值整定的原則卻只是采用最大和最小運(yùn)行方式來進(jìn)行計(jì)算，并且石油平臺(tái)電網(wǎng)在多種工況下運(yùn)行，而整定定值卻只有一種，存在隱患。因此開發(fā)適用于海上平臺(tái)的繼電保護(hù)在線校核系統(tǒng)就顯得尤為重要。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對石油平臺(tái)電網(wǎng)繼電保護(hù)定值的實(shí)時(shí)校核，本系統(tǒng)的建立將提升海上石油平臺(tái)現(xiàn)有繼電保護(hù)定值管理工作的效率，消除電網(wǎng)潛在定值安全隱患，并極大程度減少因保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致生產(chǎn)損失的可能性。

1 在線校核系統(tǒng)的優(yōu)勢

本系統(tǒng)緊貼現(xiàn)場實(shí)際，以解決現(xiàn)場實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，在充分利用現(xiàn)有技術(shù)條件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)勢：

1）針對海洋石油特點(diǎn)開發(fā)，基于平臺(tái)實(shí)際保護(hù)裝置創(chuàng)建定值校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并依?jù)海洋石油工程設(shè)計(jì)指南及電力行標(biāo)制定校核標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)特點(diǎn)鮮明，針對性強(qiáng)。

2）在多數(shù)情況下，離線整定計(jì)算的保護(hù)定值都不夠精確合理，這必然會(huì)導(dǎo)致保護(hù)范圍縮小、保護(hù)延時(shí)長、失配率升高［1］。而在線校核系統(tǒng)運(yùn)用DMS提供的實(shí)時(shí)工況，校核現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行定值，對存在不合理性的定值進(jìn)行告警，避免擴(kuò)大電網(wǎng)事故范圍，造成生產(chǎn)損失。

3）開發(fā)具有簡單故障、復(fù)合故障、跨線故障的故障分析功能，并結(jié)合DMS的工況數(shù)據(jù)，具備校核海上石油平臺(tái)實(shí)時(shí)工況下定值合理性的功能的系統(tǒng)。

2 在線校核系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 功能需求分析

繼電保護(hù)在線校核系統(tǒng)是使用Oracle數(shù)據(jù)庫，依據(jù)DMS提供的電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)與制定的保護(hù)校核的規(guī)則，利用故障短路計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)定值校核、整定和繼電保護(hù)數(shù)據(jù)管理的功能。該系統(tǒng)主要可以分為兩部分，即實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)處理部分與繼電保護(hù)定值校核部分。

在線數(shù)據(jù)處理模塊重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“在線”，該模塊應(yīng)能夠提供繼電保護(hù)校核所需的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如電網(wǎng)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)、電網(wǎng)現(xiàn)場使用的繼電保護(hù)定值等。繼電保護(hù)定值校核模塊重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“校核”，該功能模塊通過系統(tǒng)已建立的電力系統(tǒng)一次模型，依據(jù)校核技術(shù)規(guī)程進(jìn)行繼電保護(hù)裝置定值的在線校核。在線校核系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要上述兩個(gè)模塊功能的合理運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體分為應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)處理層，軟件整體運(yùn)行架構(gòu)如圖1所示。

圖1 在線校核系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.2.2 系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)信息維護(hù)模塊

電網(wǎng)信息維護(hù)模塊主要功能是對電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的維護(hù)，主要包含對一次設(shè)備拓?fù)浜蛥?shù)的維護(hù)，二次設(shè)備保護(hù)定值的數(shù)值和項(xiàng)目修改，以及保護(hù)校核規(guī)則的維護(hù)。

（2）故障計(jì)算模塊

故障計(jì)算模塊是該系統(tǒng)電力軟件的核心部分之一，其功能一是作為獨(dú)立功能模塊，進(jìn)行電網(wǎng)故障分析；二是供校核模塊調(diào)用故障計(jì)算結(jié)果，利用該數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)校核。系統(tǒng)故障計(jì)算是指在線路或母線上設(shè)置不同的故障類型，如單相故障、兩相故障等簡單故障，以及復(fù)合故障、跨線故障等，以此進(jìn)行故障計(jì)算輸出故障計(jì)算結(jié)果，并提供多樣化的故障量查詢功能。

（3）校核計(jì)算模塊

校核模塊是該系統(tǒng)電力軟件的核心組成部分，依據(jù)設(shè)置的運(yùn)行工況，進(jìn)行故障計(jì)算，把計(jì)算值作為故障實(shí)測值，對保護(hù)定值、動(dòng)作特性信息進(jìn)行比較分析，進(jìn)而得出相應(yīng)結(jié)論［2］。系統(tǒng)根據(jù)分析要求設(shè)定電網(wǎng)故障點(diǎn)、故障類型、校核仿真級別范圍等，校核完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)反饋保護(hù)動(dòng)作配合的合理性。

（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊是該校核系統(tǒng)軟件的工況數(shù)據(jù)接口的核心部分，也是校核的離線與在線的核心差異。該模塊使校核系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，保持與電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)一致。

2.2.3 在線校核功能實(shí)現(xiàn)的流程設(shè)計(jì)

在線校核是通過DMS獲取電網(wǎng)的實(shí)時(shí)工況，對當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行中使用的繼電保護(hù)定值的合理性進(jìn)行校核計(jì)算。在系統(tǒng)啟動(dòng)在線校核時(shí)，依據(jù)校核邏輯，通過設(shè)立故障集的方式，對保護(hù)中主要?jiǎng)幼饔谔l的定值項(xiàng)的“四性”進(jìn)行分析。即對繼電保護(hù)定值的選擇性、可靠性、靈敏性和速動(dòng)性進(jìn)行分析，對存在不合理性的定值做出告警，為專業(yè)人員提供可靠的分析依據(jù)。

流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 在線校核系統(tǒng)工作流程

2.2.4 在線校核實(shí)施方案

（1）校核數(shù)據(jù)來源方案（見下表）

表 在線校核實(shí)施方案

1）方案一：實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)，手動(dòng)搭建電網(wǎng)一次模型，錄入開關(guān)保護(hù)定值，工況數(shù)據(jù)文件的變化將觸發(fā)電網(wǎng)工況模型的變化以及對運(yùn)行定值的校核分析。

2）方案二：在方案一基礎(chǔ)上，增加保護(hù)單導(dǎo)入／導(dǎo)出功能，系統(tǒng)可以導(dǎo)出保護(hù)定值單，供專業(yè)人員依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行值填寫定值，定值單可導(dǎo)入系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)將其與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)定值進(jìn)行比對，并對不一致項(xiàng)觸發(fā)警告。

3）方案三：在方案一基礎(chǔ)上，將手動(dòng)輸入定值單變?yōu)樽詣?dòng)讀取，該功能的實(shí)現(xiàn)需搭建現(xiàn)場微機(jī)保護(hù)通訊平臺(tái)。

（2）校核數(shù)據(jù)來源方案

故障集包括故障位置、故障類型，而對于故障位置的確定是最重要的，目前主要有兩種方式：

1）方案一：以相關(guān)國家及行業(yè)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，所依據(jù)的校驗(yàn)原則與之一一對應(yīng)，以此完成保護(hù)定值校核。

通過綁定整定規(guī)則和整定公式、故障點(diǎn)位置，當(dāng)進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，通過選擇整定規(guī)則，系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)提供與之綁定的整定公式來進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算［3］。該方案缺點(diǎn)是過程復(fù)雜，計(jì)算不夠全面，易出錯(cuò)。

2）方案二：該方案的理念是保護(hù)性質(zhì)校核，對所有裝置進(jìn)行掃描式校核，故障位置主要為母線、線路和設(shè)備，校核過程啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的電網(wǎng)工況，在所有母線、線路上設(shè)置故障點(diǎn)，與此故障點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的所有保護(hù)裝置都進(jìn)行校核，進(jìn)而形成故障集。該方案在于過程簡單、可靠，對靈敏度及級差校核涵蓋較全面，不易遺漏。

對比上述兩種電網(wǎng)系統(tǒng)故障設(shè)置方式的結(jié)果發(fā)現(xiàn)海上平臺(tái)在線校核系統(tǒng)應(yīng)該使用方案二。

3 在線校核系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 某海上平臺(tái)電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用

繼電保護(hù)定值校核系統(tǒng)模型搭建完成后，海上某電力組網(wǎng)平臺(tái)作為應(yīng)用實(shí)施基地，完成繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)部署，如圖3所示。校核系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖4所示。

圖3 校核系統(tǒng)工作流程

圖4 校核系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.2 電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)通訊

通信格式為“e格式”，用于讀取電網(wǎng)的主要開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。DMS電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)通過映射的方式，為在線校核系統(tǒng)提供可識別、讀取的通訊數(shù)據(jù)文件，如圖5所示。

圖5 通訊規(guī)則“e格式”

電網(wǎng)狀態(tài)讀取結(jié)果對比無誤，如圖6所示。

圖6 電網(wǎng)工況圖

3.3 在線定值校核

在上述電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況的基礎(chǔ)上對當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行使用的保護(hù)定值進(jìn)行在線校核。

3.3.1 靈敏度校核

通過系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置故障點(diǎn)，對裝置進(jìn)行靈敏度校核，對變壓器高壓側(cè)開關(guān)過流定值進(jìn)行靈敏度校核，結(jié)果為5.57，滿足靈敏度要求，如圖7所示。

圖7 靈敏度校核結(jié)果

3.3.2 時(shí)序配合校核

保護(hù)的選擇性是指繼電保護(hù)裝置只將發(fā)生故障的設(shè)備切除，保證非故障設(shè)備的正常運(yùn)行。為保證對上下級設(shè)備和線路有級差要求的保護(hù)裝置的選擇性，要求保護(hù)裝置的靈敏度及動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)進(jìn)行合理整定。校核結(jié)果如圖8所示。

圖8 時(shí)序配合校核結(jié)果

校核結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在母聯(lián)開關(guān)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與平臺(tái)之間聯(lián)絡(luò)線路開關(guān)VCB MD04過流保護(hù)配合級差問題。

4 結(jié)束語

隨著海上石油平臺(tái)電力組網(wǎng)的規(guī)模越來越大，電網(wǎng)所擔(dān)負(fù)的生產(chǎn)安全責(zé)任也越來越大，對電網(wǎng)的安全可靠性也提出了越來越高的要求，繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要保障，其定值的合理性變得尤為重要。因此，也要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷開拓新的技術(shù)以保障海上石油平臺(tái)的安全供電。