繼電保護(hù)整定技術(shù)在智能電網(wǎng)供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

山東黃金電力有限公司 朱勝強(qiáng)

電力系統(tǒng)運(yùn)行期間產(chǎn)生故障的概率很大，繼電保護(hù)裝置是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。現(xiàn)今，電力企業(yè)高度重視供電與配電之間的穩(wěn)定與平衡，電網(wǎng)對繼電保護(hù)的要求越來越高。隨著科技進(jìn)步，計(jì)算機(jī)軟件逐步代替手工進(jìn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算，提高了繼電保護(hù)整定計(jì)算的效率，并在智能電網(wǎng)中起著關(guān)鍵的作用，其是智能電網(wǎng)發(fā)展的一大趨勢。本文主要闡述繼電保護(hù)整定技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。

目前，我國仍使用傳統(tǒng)的電力能源為主，供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，供配電中的繼電保護(hù)在維持供配的穩(wěn)定與平衡的同時(shí)，還能節(jié)省電力成本。通常情況下，繼電保護(hù)是以電網(wǎng)的短路電流為基礎(chǔ)，并按照一定的計(jì)算原則對電流賦值，繼電保護(hù)根據(jù)值的大小來決定是否進(jìn)行。賦值保護(hù)的弊端在于精準(zhǔn)度較低，導(dǎo)致大面積停電的情況時(shí)有發(fā)生，對居民生產(chǎn)生活和供電可靠穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。所以，智能電網(wǎng)的供配電應(yīng)嚴(yán)格計(jì)算短路電流、精準(zhǔn)修復(fù)誤差，極大程度保障用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 繼電保護(hù)整定技術(shù)

為了安全穩(wěn)定的運(yùn)行繼電保護(hù)裝置，工作人員務(wù)必對繼電保護(hù)裝置的制造程序、整定計(jì)算、運(yùn)行安全和機(jī)件設(shè)計(jì)等綜合考慮、全面科學(xué)設(shè)計(jì)，其中繼電保護(hù)整定計(jì)算是重中之重。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，計(jì)算定值保護(hù)的方法也隨之更新；但不變的是計(jì)算人員仍要掌握基本的整定計(jì)算原理，在分析電力系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)和電力保護(hù)要求的前期下，使用科學(xué)的計(jì)算手段。在眾多整定計(jì)算方法中，序分量法和相分量法應(yīng)用的最為廣泛。另外，計(jì)算工作人員在遵守整定計(jì)算原則的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)確定合理適用的計(jì)算舉措。例如，可以先使用相分量法對電氣量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)故障產(chǎn)生的電氣量和前一步的結(jié)果繼續(xù)對保護(hù)整定值進(jìn)行求證，最終得到相應(yīng)的結(jié)果。以下五大模塊組成了繼電保護(hù)整定系統(tǒng)。

1.1 CPU模塊

CPU（central processing unit）是電力繼電保護(hù)的核心部件，它具有識別判斷和篩選功能，可以識別系統(tǒng)的供電圖并對需要的參數(shù)進(jìn)行篩選，得到特性曲線；根據(jù)處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開進(jìn)一步優(yōu)化，按整定的具體規(guī)則和核校規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的具體處理。

1.2 屬性圖數(shù)據(jù)庫模塊

在繼電保護(hù)整定系統(tǒng)中，將整定轉(zhuǎn)化出的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃編輯，即可構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫儲存著電力系統(tǒng)的信息與信息間的關(guān)系，包含大量的數(shù)據(jù)，且可根據(jù)需要及時(shí)準(zhǔn)確的查找、篩選出各時(shí)間段所有類型的數(shù)據(jù)。

1.3 整定規(guī)則模塊

此模塊是結(jié)合供配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行的，在具體的供配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，事先梳理好各種能影響整定計(jì)算的因素，并反復(fù)不斷的優(yōu)化調(diào)整，確保形成的整定規(guī)則是準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)模辉谇笆霾襟E的基礎(chǔ)上搭建各種處理程序，最終保證整體上的整定設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

1.4 整定計(jì)算模塊

供配電系統(tǒng)的圖種類繁多，相應(yīng)的整定方法也大有不同。全自動計(jì)算方式是目前大多數(shù)整定計(jì)算所使用的，工作人員只需要把供電系統(tǒng)圖制作好，選取分析各部件技術(shù)參數(shù)，其最大的優(yōu)勢是在過程中沒有人工干預(yù)，借助參數(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的自動化計(jì)算，極大程度上避免人工計(jì)算造成的錯(cuò)誤情況；同時(shí)，還有半自動的計(jì)算方式，有機(jī)結(jié)合人工與自動化計(jì)算，即在需要人工指定配點(diǎn)和參數(shù)失配的情況下完成，計(jì)算機(jī)完成剩余部分參數(shù)的計(jì)算。計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)果會與半自動計(jì)算結(jié)果對照比較，避免人工計(jì)算錯(cuò)誤結(jié)果的發(fā)生。全人工計(jì)算則是采用網(wǎng)絡(luò)人工問答形式，將每步結(jié)果顯示在屏幕上，工作人員根據(jù)具體情況進(jìn)行人工干預(yù)。

1.5 電網(wǎng)拓?fù)鋱D模塊

電網(wǎng)拓?fù)涫莾?nèi)部鑲嵌機(jī)械和電子繪圖軟件包的電網(wǎng)繪圖工具。其能根據(jù)具體的繪圖需求，借助動態(tài)模塊將具體的線路與斷路器立體顯示出來，形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)是立體化全方位的，可有效實(shí)現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)與二次網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)制圖。模塊以此形式構(gòu)建完成，可使用戶的交互體驗(yàn)更豐富，便于更好的設(shè)計(jì)整定方案。

2 繼電保護(hù)整定計(jì)算中存在的問題

2.1 難以確定對電力系統(tǒng)最有利的運(yùn)行方式

為確定動作值和校驗(yàn)靈敏度，應(yīng)先找尋確定對電力系統(tǒng)最不利的運(yùn)行方式。其中，將繼電保護(hù)所處母線的關(guān)聯(lián)線路進(jìn)行輪流的斷開是最常用的確定電力系統(tǒng)運(yùn)行最小方式的方法。但是，這只針對大多數(shù)情況而言，對于少部分的特殊情況，上述方法難以行之有效的確定最不利的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。

2.2 非全相震蕩正序網(wǎng)斷相口的電壓問題

在非全相狀態(tài)下線路運(yùn)行過程中，電力系統(tǒng)會產(chǎn)生一定的震蕩，因此在整定計(jì)算時(shí)必須充分考慮震蕩影響電流的電氣量。應(yīng)事先記錄好正序網(wǎng)斷相口處的開路電壓值與計(jì)算系統(tǒng)的母線的阻抗等值。此方法的不足之處在于受到的干擾因素較多，網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境變化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變都會影響到計(jì)算方法，此時(shí)必須要更新整定值。

2.3 重復(fù)斷開同一段線路

使用計(jì)算機(jī)來計(jì)算繼電保護(hù)整定值時(shí)，循環(huán)保護(hù)的線性流程通常被采用。循環(huán)保護(hù)所觸發(fā)的機(jī)制會導(dǎo)致整定計(jì)算時(shí)多次重復(fù)斷開同一條線路的多次沖段；同時(shí)，這種重復(fù)的斷開在繼電保護(hù)延時(shí)段動作值計(jì)算時(shí)也經(jīng)常發(fā)生。

2.4 分支系數(shù)計(jì)算中的問題

當(dāng)電力分支系數(shù)運(yùn)行跟極限短路電流運(yùn)行出現(xiàn)差別時(shí)，意味著此時(shí)無繼電保護(hù)區(qū)域處于虛擬的運(yùn)行狀態(tài)，其動作值對應(yīng)的模式是不利運(yùn)行的。電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行模式多樣化，且分支系數(shù)的存在，會增加電流保護(hù)延遲區(qū)域動作值。所以，分支系數(shù)是在何種情況下被電源運(yùn)行模式所影響，這個(gè)問題很難準(zhǔn)確的去分析評價(jià)。

3 智能電網(wǎng)與繼電保護(hù)裝置技術(shù)分析

我國的智能電網(wǎng)是在能源專家吳建東提出的互動電網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它基于開放的互聯(lián)模式信息并通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備實(shí)現(xiàn)。智能電網(wǎng)可分級調(diào)度和管理電力生產(chǎn)、輸送、供應(yīng)、使用過程，并不斷反饋信息，來完善電力設(shè)施體系的效能，實(shí)現(xiàn)我國電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值的高效利用和管理模式的思想轉(zhuǎn)變，便于最大化的使用能源。

智能電網(wǎng)的最大特點(diǎn)是根據(jù)用戶所需的電量不斷進(jìn)行改善，降低供配電過程中發(fā)生故障的概率。它基本流程是通過相應(yīng)的計(jì)量系統(tǒng)和動態(tài)判別模式，優(yōu)先化選擇發(fā)電和用電設(shè)備功率，優(yōu)化負(fù)荷平衡；并通過智能電網(wǎng)中的信息交互，有效保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在數(shù)據(jù)的采集過程中，因?yàn)殡娏骰ジ衅黠柡偷痊F(xiàn)象會使電網(wǎng)繼電器保護(hù)裝置產(chǎn)生一定的差動。建立在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)配置基礎(chǔ)之上的智能電網(wǎng)，同時(shí)還具備相應(yīng)的GOOSE網(wǎng)傳輸跳閘命令和啟動失靈、重新合閘等功能。

4 繼電保護(hù)整定計(jì)算方法的改善措施與具體應(yīng)用

4.1 找出最不利的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式

實(shí)施繼電保護(hù)整定計(jì)算要開斷相關(guān)的線路，過程中要找出開斷線路形成擾動域的情況，即把繼電保護(hù)整定值范圍值確定好，就可以發(fā)現(xiàn)最不穩(wěn)定的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。為明確擾動域，可以采取以下方式，先設(shè)定一個(gè)小數(shù)，如果某線路存在開斷問題，就以此線路作為新的圓心，對經(jīng)同一層線路保護(hù)的短路電流按由內(nèi)而外的順序進(jìn)行計(jì)算，并將開斷前后流經(jīng)繼電保護(hù)的短路電流進(jìn)行比較。如果所得差值大于這個(gè)小數(shù)，應(yīng)繼續(xù)向外查找；如果跟此小數(shù)非常近似，表明此時(shí)保護(hù)處于擾動域邊界。

4.2 豐富接口方式

軟件接口方式多種多樣，若接口方式相對單一，會影響與外界的聯(lián)系，使軟件數(shù)據(jù)封閉單一，因此必須將接口方式豐富充盈起來。隨著科技的發(fā)展，各類信息量不斷增加，冗雜繁多交錯(cuò)，基于此對軟件的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分發(fā)揮其可查詢的功能，幫助用戶快速便捷掌握最新的消息，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

4.3 創(chuàng)新繼電保護(hù)整定計(jì)算方法

為了最準(zhǔn)確有效的得到繼電保護(hù)整定計(jì)算的結(jié)果，應(yīng)及時(shí)更新相關(guān)的整定計(jì)算軟件，同時(shí)嚴(yán)格測試和準(zhǔn)確分析軟件運(yùn)行過程，使各計(jì)算程序的開發(fā)得到科學(xué)保障，最終確保得到的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確無誤。例如，在使用網(wǎng)絡(luò)等值法計(jì)算保護(hù)整定值的過程中，所有的線路都會存在一個(gè)相同的問題，問題往往出現(xiàn)在無緣雙端口網(wǎng)絡(luò)圖線路上，此時(shí)會直接引發(fā)電力系統(tǒng)局部震蕩甚至兩側(cè)節(jié)點(diǎn)的端口松動。所以，在設(shè)置繼電保護(hù)裝置時(shí)，要把正序網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成雙端口（無源）網(wǎng)絡(luò)。

4.4 減少重復(fù)斷開同一線路的方法

應(yīng)按照開斷線路的循環(huán)計(jì)算繼電保護(hù)整定值，合理的調(diào)整繼電保護(hù)整定計(jì)算順序，有效減少重復(fù)開斷同一線路問題。