圖形化繼電保護智能整定計算的應用及探討

唐繼俊（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州市545000）

圖形化繼電保護智能整定計算的應用及探討

唐繼俊（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州市545000）

繼電保護裝置是保證電力系統(tǒng)安全運行的裝置，當系統(tǒng)出現(xiàn)短路等故障的時候，可以快速、有選擇性地切除故障，保證無故障線路和設備繼續(xù)工作。如今，隨著超高壓和特高壓電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)元件、線路的增多，結構變得復雜，對作為適用于高壓電網(wǎng)的距離保護的整定計算要求就越來越高。許多繼電保護整定計算都重在原理級保護，然而，實際當中，還要考慮裝置級的整定計算。本文介紹一種繼電保護新型整定方法“圖形化的電網(wǎng)繼電保護智能整定計算法”。

距離保護；原理級保護；裝置級保護；整定計算；震蕩

1 繼電保護整定計算的現(xiàn)狀和存在問題

保護裝置的整定計算對電力系統(tǒng)的安全運行起著關鍵性的作用。尤其是高壓電網(wǎng)，電壓水平越高，對設備的本身要求就越高，并且高壓電網(wǎng)線路結構和輔助設備多并且復雜，因而也會增加許多需要考慮或者會產(chǎn)生干擾的因素。目前，在整定計算的領域里，由于計算機介入輔助整定計算，不但使得整定計算的速度和效率得到了很大的提高。但是，由于許多主觀性和客觀性條件的限制，還有許多地區(qū)使用人工計算和計算機整定計算相結合的方法，利用計算機完成數(shù)據(jù)的部分處理，再人工計算結果或者復核計算機預算結果，計算過程仍然十分復雜，計算效率低下。

2 圖形化繼電保護整定計算軟件

這一次所用到的輔助整定工具是一款將繼電保護整定計算圖形化的軟件，它可以完成繼電保護裝置原理及和裝置級的全過程整定計算、故障計算。計算過程和結果不需要人工干預，只需根據(jù)需要修改相應的參數(shù)便可實現(xiàn)保護的整定計算。在功能結構上，系統(tǒng)由四個模塊構成：①系統(tǒng)管理模塊；②整定計算模塊；③故障計算模塊；④定值通知單管理模塊，這四個模塊相互之間的聯(lián)系可以用圖1表示。

圖1

3 圖形化繼電保護原理級整定計算

本設計將利用圖形化繼電保護整定計算。以地區(qū)電網(wǎng)220kV的高壓電網(wǎng)的距離保護的原理級、裝置級整定計算為方向，研究電網(wǎng)中距離保護Ⅲ段式整體整定以及整定過程中的元件搭配的問題。

接地距離保護整定計算：

接地距離保護Ⅰ段整定，Ⅰ段整定首先滿足選擇性為主，為速動保護，所以起保護范圍不應超出本線路末端，因為本線路末端故障，220kV線路有全線速動保護快速切除。通常，接地距離保護Ⅰ段采用整定原理為：按安躲過本線路線路末端短路的原理。

式中：ZI——接地距離Ⅰ段整定阻抗值；

KIre1——可靠系數(shù)；

Z——線路單位長度阻抗值。

接地距離Ⅱ段，Ⅲ段式整定比較復雜，當相鄰線路存在多個保護元件時，其配合就會變得更加復雜。因此，在首先滿足對本線路末端有足夠的靈敏度為主，同時考慮選擇性和速動性的情況下，可根據(jù)情況進行適當?shù)呐浜虾喕?/p>

（1）接地距離Ⅰ段整定原則

圖2 接地距離保護Ⅰ段簡化整定計算原則

（2）接地距離Ⅱ段整定原則

圖3 接地距離保護Ⅱ簡化整定計算原則

（3）接地距離Ⅲ段整定原則（見圖4）

此法可以根據(jù)不同的階段式保護的配合條件進行添加和選擇。然后利用圖形化繼電保護整定計算軟件整定計算，便可快捷得出需要整定的定值，再根據(jù)實際裝置進行校驗，精確化，便可以快速初步實現(xiàn)復雜接線繼電保護原理級整定。

4 圖形化繼電保護裝置級整定計算

原理級保護與裝置級保護確實存在著密切的聯(lián)系，但是卻又存在著區(qū)別：

（1）原理級保護不針對也不能滿足線路上不同具體的裝置和電氣元件，它是以電網(wǎng)整體或部分布局出發(fā)，依據(jù)整定配合的原則，對網(wǎng)絡進行整體式或某個部分做整定計算，它能滿足線路上同時安裝的不同型號類別的裝置的保護，是原理級保護的補充。

圖4 接地距離保護Ⅲ簡化整定計算原則

（2）裝置級保護與原理級保護的整定計算也有所區(qū)別，原理級的保護整定計算是不用考慮具體電氣元件的內(nèi)部結構參數(shù)，而裝置級保護則需要考慮，例如變壓器和互感器的變比、接線方式，過流參數(shù)等，還要考慮電容的大小。

以下以線路545裝置級整定計算為例：

（1）利用圖形化繼電保護整定計算軟件，在“線路”中選擇線路545，雙擊打開線路信息，根據(jù)實際設置好CT、PT的變比值，在“保護配置”信息框中點擊“添加”得到：

圖5

選擇好LFP-941A模板之后，確定就可以將保護裝置添加到線路中：

圖6 裝置級整定計算

（2）進行計算，“前選中保護”，軟件變會自動計算出結果，生成新定值，這樣也可用模板的樣式輸出結果。到這里，裝置級保護整定就完成了。

5 振蕩閉鎖問題

所謂電力系統(tǒng)振蕩，就是并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)或者發(fā)電廠出現(xiàn)功率角大范圍周期性的變化，當系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的失步振蕩時就會引起繼電保護裝置誤動作，同時會使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定運行的工作狀態(tài)[9～10]。只有系統(tǒng)存在多個電源是，才會引起系統(tǒng)的振蕩。對于220kV及以上電壓等級的高壓電網(wǎng)，系統(tǒng)的振蕩就不可忽視。這時往往需要采用振蕩閉鎖裝置。對于距離保護Ⅰ、Ⅱ段來說，將第Ⅰ段第Ⅱ段保護閉鎖，由第Ⅲ段先動作，而第Ⅲ段時間TⅢ本身就延遲較大，這樣就可以利用第Ⅲ段延遲來躲開系統(tǒng)振蕩，實現(xiàn)振蕩閉鎖。系統(tǒng)系統(tǒng)振蕩的第一個周期使系統(tǒng)的一個重要數(shù)據(jù)，此時系統(tǒng)的穩(wěn)定剛開始受到破壞，正常送電角度發(fā)展到擺開到180°，要經(jīng)過一定的時間，約為0.23s，為振蕩前半周的時間，這個時間長短表示系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的程度的輕重。隨后，又擺開到360°，時間約0.29s，為后半周振蕩時間，兩個時間之和為第一周期的總時間，約0.5s。

基于振蕩周期特性以及周期時間，通常振蕩時測量阻抗進入其動作范圍內(nèi)的時間小于1～1.5s，所以在這次距離保護整定計算中考慮到系統(tǒng)的振蕩，Ⅲ段保護動作時間TⅢ≥1.5s。以避免保護因為電力系統(tǒng)的振蕩而誤動作。時間越短說明振蕩越嚴重。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，第一個震蕩時間多數(shù)在1～1.5s。從穩(wěn)定破壞開始，第一個振蕩周期時間最長，圖7是靜態(tài)穩(wěn)定振蕩破壞時的錄波圖[9]。

圖7 靜態(tài)破壞時振蕩錄波圖

實際可以設定距離Ⅲ段動作時間TⅢ≥1.5s。用此措施來避免整定的距離保護不至于因為系統(tǒng)的振蕩而勿動，失去選擇性的問題。另外，對于配合比較多，原件比較復雜的距離保護，設置每一段的時間級差在確保保護裝置具有足夠的靈敏度的情況下，可以稍微長一些，以滿足各個元件保護裝置的充分的配合，也能避開系統(tǒng)振蕩的影響。

6 總結

本文通過舉例距離保護整定計算，利用輔助工具“圖形化的電網(wǎng)繼電保護智能整定計算系統(tǒng)”實現(xiàn)的一種新的計算方法。對地區(qū)220kV以上電壓等級的電網(wǎng)進行距離保護原理級保護整定計算以及裝置級保護整定計算的一個計算機輔助整定的過程。結合數(shù)據(jù)，對距離保護整定計算配合原則去除一些不合理的或者不需要的搭配，簡化整定計算，使得整定數(shù)據(jù)簡單化，提高整定計算的速度和效率，同時也突出了計算機輔助整定計算的優(yōu)越性。

隨著未來電網(wǎng)的不斷完善，不斷地融入高新科技，電網(wǎng)將會變得越來越復雜。繼電保護之間的整定和配合也會變得越來越復雜。這就要求我們不斷的開發(fā)應用新的軟件和技術來簡化這些繁雜的整定和配合過程，高效、準確的實現(xiàn)多線路、多元件的電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護的定值整定和上下級之間、主保護和后備保護、交叉保護之間的配合問題，圖形化軟件就能實現(xiàn)這一目標，也可以根據(jù)電網(wǎng)的演變而不斷的完善和深化精確計算的一款計繼電保護整定。

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TM774

A

2095-2066（2016）34-0030-02

2016-11-22

唐繼俊（1987－），男，助理工程師，本科，主要從事變電站運行值班工作。