芻議電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置及其仿真實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)

石晶 楊文

摘要：電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)是應(yīng)用比較廣泛的一種科學(xué)有效的培訓(xùn)手段，保護(hù)仿真的任務(wù)是模擬保護(hù)裝置的配置原理以及一些保護(hù)行為?，F(xiàn)主要根據(jù)通用保護(hù)模型，分別應(yīng)用于線(xiàn)路保護(hù)、母線(xiàn)保護(hù)、變壓器保護(hù)仿真，并對(duì)每一個(gè)具體保護(hù)進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)裝置：仿真系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)保護(hù)通用模型來(lái)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)裝置的功能。設(shè)立保護(hù)總的故障入口，另外把保護(hù)分為4大模塊，分別是線(xiàn)路、變壓器、母線(xiàn)和發(fā)電機(jī)，每一種模塊中包含了一些具體的保護(hù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)各自的功能。本文通過(guò)了解繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的分類(lèi)及組成對(duì)事故中繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為和線(xiàn)路保護(hù)及其仿真原理進(jìn)行分析。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)仿真技術(shù)的分類(lèi)

1．1 數(shù)模混合仿真技術(shù)

電網(wǎng)重要的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備采用數(shù)學(xué)模擬方法，重要的變壓器、線(xiàn)路元件和直流輸電系統(tǒng)采用物理模擬方法，其他電網(wǎng)元件及特性采用全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)模擬，通過(guò)功率連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真與物理仿真裝置的連接，從而構(gòu)成兼有物理和數(shù)字模擬技術(shù)特點(diǎn)，并且能夠突破模擬規(guī)模限制為特征的實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡婺M。該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)突破的重要依托之一，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)關(guān)鍵仿真模擬功能的重要試驗(yàn)驗(yàn)證手段之一。

1．2 動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù)

具有多年的動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)l000 kV及以下交流系統(tǒng)，800 kV直流輸電系統(tǒng)及交直流混合輸電系統(tǒng)、變壓器、并聯(lián)電抗器、固定及可控串補(bǔ)、數(shù)字式電壓、電流互感器等的動(dòng)態(tài)模擬?？砷_(kāi)展繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的試驗(yàn)研究；保護(hù)控制裝置與通道的聯(lián)合測(cè)試；負(fù)荷模型、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)的試驗(yàn)研究：可控電抗器、靜止無(wú)功補(bǔ)償、故障限流器等新型設(shè)備的性能及對(duì)系統(tǒng)影響的試驗(yàn)研究。

1．3 建模技術(shù)

采用統(tǒng)計(jì)綜合法、總體辨測(cè)法、故障擬合法等技術(shù)，開(kāi)展負(fù)荷模型建模研究及SLM 綜合負(fù)荷模型適應(yīng)性研究；結(jié)合機(jī)組勵(lì)磁及PSS參數(shù)實(shí)測(cè)、調(diào)速系統(tǒng)實(shí)測(cè)技術(shù)研究工作，進(jìn)行大電網(wǎng)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真建模及校核技術(shù)研究。

2 事故中繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為的分析

如果在電網(wǎng)故障中，保護(hù)裝置有不正確動(dòng)作行為，要根據(jù)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式，在尋找到的故障點(diǎn)處模擬相同的故障類(lèi)型，來(lái)計(jì)算相關(guān)變電站和發(fā)電廠(chǎng)的電壓、電流及阻抗等值，觀(guān)察保護(hù)的動(dòng)作情況，分析故障中的保護(hù)裝置的動(dòng)作行為。并與錄波結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行核實(shí)，以保證與當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況相符，從而驗(yàn)證了保護(hù)裝置動(dòng)作的正確與否。利用仿真程序分析電網(wǎng)事故，可以大大提高工作效率和工作質(zhì)量，為繼電保護(hù)工作提供了先進(jìn)的管理手段。

在電網(wǎng)運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)很多難以預(yù)料的運(yùn)行方式，這些運(yùn)行方式在保護(hù)整定計(jì)算中，是沒(méi)有考慮的，也是無(wú)法預(yù)料的。利用繼電保護(hù)仿真程序，可以很方便地校驗(yàn)臨時(shí)方式各種保護(hù)的靈敏度，對(duì)緊急情況或電網(wǎng)事故作出正確的處理。

3 繼電保護(hù)仿真系統(tǒng)的組成

繼電保護(hù)仿真程序就是利用計(jì)算機(jī)程序模擬電力系統(tǒng)各種故障，用故障量來(lái)檢測(cè)保護(hù)的動(dòng)作行為，并能輸出各站的保護(hù)動(dòng)作情況。其主要由程序和數(shù)據(jù)庫(kù)2部分組成。

3．1 數(shù)據(jù)庫(kù)

(1)電網(wǎng)一次系統(tǒng)圖。包括所有整定范圍的一次電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)標(biāo)有斷路器狀態(tài)，斷路器在斷開(kāi)位置和合閘位置應(yīng)有明顯區(qū)別，以提醒計(jì)算人員有關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘情況。

(2)繼電保護(hù)定值庫(kù)。1)元件參數(shù)：電網(wǎng)元件參數(shù)數(shù)據(jù)是用來(lái)模擬故障計(jì)算時(shí)的依據(jù)，必須是電網(wǎng)運(yùn)行元件的實(shí)測(cè)參數(shù)。2)繼電保護(hù)定值庫(kù)：與在電網(wǎng)中運(yùn)行的實(shí)際定值一致，包括各種保護(hù)的定值。

3．2 程序部分

程序主要包括以下幾個(gè)部分：模擬故障計(jì)算、保護(hù)動(dòng)作行為的判斷和報(bào)告輸出等。

(1)模擬故障計(jì)算程序：模擬故障計(jì)算程序是仿真系統(tǒng)的核心，它應(yīng)能模擬各種故障類(lèi)型，并對(duì)各廠(chǎng)、變每條線(xiàn)的保護(hù)的各種測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算，如相電壓、相電流、相問(wèn)阻抗、接地阻抗、零序電流、負(fù)序電流等。(2)輸出報(bào)告：比較完畢后，輸出保護(hù)動(dòng)作情況報(bào)告，并在電網(wǎng)一次結(jié)線(xiàn)圖上標(biāo)明保護(hù)動(dòng)作情況。

4 線(xiàn)路保護(hù)及其仿真

4．1 線(xiàn)路保護(hù)配置原理

110 kV及以下中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)，主要采用過(guò)電流保護(hù)，某些情況下采用距離保護(hù)，甚至是高頻保護(hù)，并列運(yùn)行的平行線(xiàn)路采用橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，以階段式電流保護(hù)作為后備保護(hù)。110--220 kV中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，通常采用距離保護(hù)作為主保護(hù)，階段式或反時(shí)限零序電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)作為后備保護(hù)，有些110kV線(xiàn)路也裝設(shè)l套全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)。220kV線(xiàn)路通常裝設(shè)2套全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)，采用接地距離保護(hù)、階段式或反時(shí)限零序電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)等作為后備保護(hù)。

4．2 管理功能

4．2．1 定值單的自動(dòng)生成功能

當(dāng)完成系統(tǒng)整定配合后，進(jìn)入定值單生成模塊。程序可根據(jù)保護(hù)裝置類(lèi)型自動(dòng)提供一種裝置定值單的模板，定值項(xiàng)的值自動(dòng)取自整定出的定值。定值單可以修改、保存。

4．2．2 計(jì)算書(shū)自動(dòng)生成功能

定值整定的整個(gè)過(guò)程都自動(dòng)記錄在計(jì)算書(shū)中。手工進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，計(jì)算書(shū)同步顯示，清楚地顯示每步操作的情況，十分方便。計(jì)算書(shū)可以查看、保存。

4．2．3 定值單管理功能

可以顯示所有生成的系統(tǒng)定值單，也可分別顯示正在整定、待執(zhí)行、已執(zhí)行、已作廢4種狀態(tài)的定值單?？刹殚喐鞫ㄖ祮螌?duì)應(yīng)的裝置型號(hào)、保護(hù)對(duì)象、定值單編號(hào)等?？梢詫⒋龍?zhí)行定值單通過(guò)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)化為已執(zhí)行定值單，并自動(dòng)添加執(zhí)行日期?？梢詫⒁褕?zhí)行定值單通過(guò)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)為已作廢定值單，并自動(dòng)記錄作廢日期。對(duì)于已作廢的定值單可設(shè)定保留期限，到期后自動(dòng)刪除。

5 變壓器保護(hù)及仿真

5．1 變壓器保護(hù)的邏輯動(dòng)作原理

變壓器保護(hù)主保護(hù)的邏輯動(dòng)作方式比較簡(jiǎn)單，不管設(shè)置的內(nèi)部故障還是外部絕緣套管及引出線(xiàn)處故障，都只要直接跳開(kāi)變壓器兩側(cè)或三側(cè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，搜索此變壓器上安裝的保護(hù)，并根據(jù)其動(dòng)作時(shí)延進(jìn)行排序，動(dòng)作時(shí)延最短的即為動(dòng)作的保護(hù)，由于變壓器很多保護(hù)都是零秒延時(shí)，因此有可能2個(gè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。當(dāng)變壓器發(fā)生外部絕緣套管及引出線(xiàn)處發(fā)生故障時(shí)則認(rèn)為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)變壓器防止出現(xiàn)故障和后備保護(hù)的動(dòng)作

情況與線(xiàn)路故障基本相同。

5．2 變壓器保護(hù)模型仿真流程

系統(tǒng)中的變壓器保護(hù)是由函數(shù)TransformerSimulator來(lái)實(shí)現(xiàn)的，變壓器保護(hù)的程序流程框圖如圖1所示。

變壓器保護(hù)仿真程序流程圖

6 結(jié)語(yǔ)

本文以基于邏輯的保護(hù)通用為基礎(chǔ)，并根據(jù)實(shí)際保護(hù)元件的特點(diǎn)，對(duì)各種元件保護(hù)原理實(shí)行變通和合理的分析，使其更能滿(mǎn)足本課題的快速性及逼真性的要求。分別對(duì)線(xiàn)路保護(hù)、母線(xiàn)保護(hù)、變壓器保護(hù)及發(fā)電機(jī)保護(hù)中各相具體保護(hù)裝置明確動(dòng)作原理及判據(jù)，而后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及程序?qū)崿F(xiàn)，并對(duì)其作必要的解釋說(shuō)明，根據(jù)各類(lèi)的保護(hù)裝置的相互配合，即可仿真實(shí)現(xiàn)整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的仿真。

[參考文獻(xiàn)】

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