基于電力系統故障計算的保護定值仿真系統應用

于春雷

摘要：經濟的發展，城鎮化進的的加快，各行業用電需求不斷增多。現代電網規模越來越大，結構越來越復雜，繼電保護日常管理工作也變得日益復雜，電網運行方式多種多樣使得繼電保護整定計算十分復雜，而整定計算結果是否準確合理，應該經過實際系統故障的考驗，但是從電網的穩定性和設備的安全性考慮，直接在實際電力系統中進行故障試驗來校核定值是不現實的。因此，運用計算機數字仿真技術來模擬電力系統故障，校核保護定值的合理與否，分析保護的動作行為，可以有效地解決整定計算定值無法通過實際故障來驗證其選擇性和靈敏度的問題，從而減少定值配合失誤帶來的各種事故，充分發揮繼電保護裝置性能，保證電網安全穩定運行。本文就基于電力系統故障計算的保護定值仿真系統應用展開探討。

關鍵詞：電力系統;故障計算;保護定值

引言

繼電保護裝置是保證電力系統安全穩定運行的重要組成部分，是電力系統對故障的第一道防線，是實現定值從原理整定到工程應用的主要媒介。繼電保護裝置正確動作與否直接關系到電網的安全穩定運行，而保護定值的合理設置則直接關系到保護裝置能否正確動作。

1貝瑞隆法的等值電路和數學模型

貝瑞隆法是計算暫態過程的一種有效的數值計算方法。高電壓工程專業首先把它用于電力系統的暫態計算，使許多在實驗室難以進行的試驗，可以方便的由電子計算機的仿真計算來完成。所謂貝瑞隆方法就是首先根據描述電力系統各元件電壓，電流的微分方程，導出各元件的諾頓型等值電路，然后根據具體電路列寫節點電壓方程，從一個已知的初始狀態開始，用遞推的辦法，計算暫態過程中各節點電壓和各支路電流。

2仿真原理

目前繼電保護裝置仿真主要有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故障計算無關，主要根據設定的故障點和故障類型，查找相關的保護裝置，再根據對應的動作規則來判斷是否啟動保護裝置，從而能快速給出保護動作的情況，但是這種仿真方法缺乏真實性，無法校驗繼電保護裝置保護定值是否可靠。定值判斷法需要借助故障計算來測量保護裝置處的電氣量，與保護定值進行比較，若滿足動作條件，則保護動作，因此定值判斷法可以用于繼電保護裝置的定值仿真校核。運用定值判斷法針對系統各種運行方式，模擬系統故障，進行故障計算，從而能夠比較真實地反映系統的實際運行情況，校驗保護定值的可靠性和模擬繼電保護裝置的動作行為。經典的定值判斷仿真法主要是基于仿真定時器的重復故障計算，以線路后備保護為例，首先將仿真定時器時間指到0s，進入一段動作時間，此時系統故障，根據故障信息，進行故障計算，測量各個保護裝置安裝處的電氣量，與保護定值進行比較，滿足動作條件，則保護裝置按照動作規則跳閘。如果此時切除故障，則進行網絡的潮流計算，以查看潮流轉移是否引起過線路負荷。如果故障沒有完全切除，則仿真定時器時間指到0.5s，進入二段動作時間，此時由于0s時刻有保護裝置動作，系統網絡結構發生變化，所以重新進行0.5s時刻的故障計算，進行測量比較，保護動作，如果完全切除故障則進行潮流計算，查看是否有線路過負荷，否則仿真定時器時間指到1.0s，繼續進行計算，直至故障切除或者仿真時間用完。實際的繼電保護整定計算的定值校核中，由于只需要校驗定值的合理性，所以可以不需要采用以上復雜的算法。系統第0s故障計算后，如果應該動作保護的一段動作切除故障卻沒有動作，則經過延時，如果不發生據動，一般是由該保護的二段動作來切除故障，此規則滿足大多數電力系統繼電保護裝置后備保護的動作要求，可以首先啟動定值判斷仿真法，計算第0s時刻保護安裝處的電氣量，比較定值，動作保護，如果沒有完全切除故障，則啟動邏輯判斷法進行仿真，此時不需要進行故障計算，按照保護裝置的動作邏輯，利用智能搜索技術進行保護裝置動作行為的模擬，最終切除系統故障，完成定值的校核和動作行為的仿真，輸出仿真報告。

3真實例

下面以某電網35kV寧陜供區為仿真對象進行仿真實驗，模擬故障后保護的啟動及動作情況。圖2所示為仿真示例電網模型，線路上均配置電流電壓保護，具體定值配置如圖1所示。正常方式下，110kV寧陜變經3599寧關I線供35kV關口變，經關口變3512關太線供35kV太山變;110kV龍王坪變經3575龍錦Ⅰ線供35kV錦雞河變，經錦雞河變3571錦筒線供筒車灣變。當110kV寧陜變35kV系統故障或檢修時，考慮將35kV關口變、太山變經3582關兩線、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關太開關的運行保護定值是否滿足電網特殊運行方式的需要。在3512關太線距離35kV關口變35kV母線側60%處設置三相短路故障，對3512關太開關電流電壓保護功能進行仿真。在完成特殊運行方式及仿真功能設置后，通過故障計算及仿真，可直觀地看到3512關太開關呈閃爍狀態，仿真程序跳開3512關太開關。由仿真報告可以看出，3512開關上配置的電流電壓保護在故障發生后0s的測量電流值為865A，而Ⅰ段定值為589A，故過流Ⅰ段保護啟動。同理，Ⅱ段保護在第0s也啟動。因Ⅰ段無延時動作，3512關太開關在第0s過流Ⅰ段動作切除故障。因此，可知3512關太開關的保護定值在上述特定運行方式下仍然適用，無須對保護定值進行調整。由上述實驗可知，該系統可以在系統故障前校核保護定值在故障后的動作特性。

結語

繼電保護定值仿真校核功能解決了繼電保護整定計算工作計算出的整定值在系統故障前無法驗證其動作正確與否的問題，同時可以進行故障中繼電保護裝置動作行為的分析和事故預想等，大大提高了工作效率和質量。應用實踐表明，仿真系統使用方便、穩定可靠、直觀可視，避開了傳統人工校核過程中的各種錯誤風險，高效率、高質量地實現了繼電保護定值校核的功能，對電網的安全穩定運行具有較高的實用價值和經濟效益。

參考文獻

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