繼電保護整定技術在智能電網供配電系統中的應用

山東黃金電力有限公司 朱勝強

電力系統運行期間產生故障的概率很大，繼電保護裝置是維持電力系統安全穩定運行的第一道防線。現今，電力企業高度重視供電與配電之間的穩定與平衡，電網對繼電保護的要求越來越高。隨著科技進步，計算機軟件逐步代替手工進行繼電保護整定計算，提高了繼電保護整定計算的效率，并在智能電網中起著關鍵的作用，其是智能電網發展的一大趨勢。本文主要闡述繼電保護整定技術在智能電網中的應用。

目前，我國仍使用傳統的電力能源為主，供配電系統的結構比較復雜，供配電中的繼電保護在維持供配的穩定與平衡的同時，還能節省電力成本。通常情況下，繼電保護是以電網的短路電流為基礎，并按照一定的計算原則對電流賦值，繼電保護根據值的大小來決定是否進行。賦值保護的弊端在于精準度較低，導致大面積停電的情況時有發生，對居民生產生活和供電可靠穩定產生一定影響。所以，智能電網的供配電應嚴格計算短路電流、精準修復誤差，極大程度保障用電設備的安全運行。

1 繼電保護整定技術

為了安全穩定的運行繼電保護裝置，工作人員務必對繼電保護裝置的制造程序、整定計算、運行安全和機件設計等綜合考慮、全面科學設計，其中繼電保護整定計算是重中之重。隨著電網規模不斷擴大，計算定值保護的方法也隨之更新；但不變的是計算人員仍要掌握基本的整定計算原理，在分析電力系統運行結構和電力保護要求的前期下，使用科學的計算手段。在眾多整定計算方法中，序分量法和相分量法應用的最為廣泛。另外，計算工作人員在遵守整定計算原則的基礎上，精準確定合理適用的計算舉措。例如，可以先使用相分量法對電氣量進行計算，根據故障產生的電氣量和前一步的結果繼續對保護整定值進行求證，最終得到相應的結果。以下五大模塊組成了繼電保護整定系統。

1.1 CPU模塊

CPU（central processing unit）是電力繼電保護的核心部件，它具有識別判斷和篩選功能，可以識別系統的供電圖并對需要的參數進行篩選，得到特性曲線；根據處理技術標準展開進一步優化，按整定的具體規則和核校規則進行數據的具體處理。

1.2 屬性圖數據庫模塊

在繼電保護整定系統中，將整定轉化出的數據和信息進行科學合理的規劃編輯，即可構建一個數據庫，該數據庫儲存著電力系統的信息與信息間的關系，包含大量的數據，且可根據需要及時準確的查找、篩選出各時間段所有類型的數據。

1.3 整定規則模塊

此模塊是結合供配電網絡結構模式進行的，在具體的供配電網絡系統中，事先梳理好各種能影響整定計算的因素，并反復不斷的優化調整，確保形成的整定規則是準確恰當的；在前述步驟的基礎上搭建各種處理程序，最終保證整體上的整定設計更加科學合理。

1.4 整定計算模塊

供配電系統的圖種類繁多，相應的整定方法也大有不同。全自動計算方式是目前大多數整定計算所使用的，工作人員只需要把供電系統圖制作好，選取分析各部件技術參數，其最大的優勢是在過程中沒有人工干預，借助參數實現科學合理的自動化計算，極大程度上避免人工計算造成的錯誤情況；同時，還有半自動的計算方式，有機結合人工與自動化計算，即在需要人工指定配點和參數失配的情況下完成，計算機完成剩余部分參數的計算。計算系統的結果會與半自動計算結果對照比較，避免人工計算錯誤結果的發生。全人工計算則是采用網絡人工問答形式，將每步結果顯示在屏幕上，工作人員根據具體情況進行人工干預。

1.5 電網拓撲圖模塊

電網拓撲是內部鑲嵌機械和電子繪圖軟件包的電網繪圖工具。其能根據具體的繪圖需求，借助動態模塊將具體的線路與斷路器立體顯示出來，形成的網絡拓撲圖結構是立體化全方位的，可有效實現一次網絡與二次網絡的重復制圖。模塊以此形式構建完成，可使用戶的交互體驗更豐富，便于更好的設計整定方案。

2 繼電保護整定計算中存在的問題

2.1 難以確定對電力系統最有利的運行方式

為確定動作值和校驗靈敏度，應先找尋確定對電力系統最不利的運行方式。其中，將繼電保護所處母線的關聯線路進行輪流的斷開是最常用的確定電力系統運行最小方式的方法。但是，這只針對大多數情況而言，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運行方式。

2.2 非全相震蕩正序網斷相口的電壓問題

在非全相狀態下線路運行過程中，電力系統會產生一定的震蕩，因此在整定計算時必須充分考慮震蕩影響電流的電氣量。應事先記錄好正序網斷相口處的開路電壓值與計算系統的母線的阻抗等值。此方法的不足之處在于受到的干擾因素較多，網絡操作環境變化、網絡結構改變都會影響到計算方法，此時必須要更新整定值。

2.3 重復斷開同一段線路

使用計算機來計算繼電保護整定值時，循環保護的線性流程通常被采用。循環保護所觸發的機制會導致整定計算時多次重復斷開同一條線路的多次沖段；同時，這種重復的斷開在繼電保護延時段動作值計算時也經常發生。

2.4 分支系數計算中的問題

當電力分支系數運行跟極限短路電流運行出現差別時，意味著此時無繼電保護區域處于虛擬的運行狀態，其動作值對應的模式是不利運行的。電力網絡系統的運行模式多樣化，且分支系數的存在，會增加電流保護延遲區域動作值。所以，分支系數是在何種情況下被電源運行模式所影響，這個問題很難準確的去分析評價。

3 智能電網與繼電保護裝置技術分析

我國的智能電網是在能源專家吳建東提出的互動電網基礎上發展起來的，它基于開放的互聯模式信息并通過相應的網絡管理系統和數字設備實現。智能電網可分級調度和管理電力生產、輸送、供應、使用過程，并不斷反饋信息，來完善電力設施體系的效能，實現我國電力系統產業價值的高效利用和管理模式的思想轉變，便于最大化的使用能源。

智能電網的最大特點是根據用戶所需的電量不斷進行改善，降低供配電過程中發生故障的概率。它基本流程是通過相應的計量系統和動態判別模式，優先化選擇發電和用電設備功率，優化負荷平衡；并通過智能電網中的信息交互，有效保證電網的安全運行。在數據的采集過程中，因為電流互感器飽和等現象會使電網繼電器保護裝置產生一定的差動。建立在傳統的繼電保護配置基礎之上的智能電網，同時還具備相應的GOOSE網傳輸跳閘命令和啟動失靈、重新合閘等功能。

4 繼電保護整定計算方法的改善措施與具體應用

4.1 找出最不利的電力系統運行方式

實施繼電保護整定計算要開斷相關的線路，過程中要找出開斷線路形成擾動域的情況，即把繼電保護整定值范圍值確定好，就可以發現最不穩定的電力系統運行方式。為明確擾動域，可以采取以下方式，先設定一個小數，如果某線路存在開斷問題，就以此線路作為新的圓心，對經同一層線路保護的短路電流按由內而外的順序進行計算，并將開斷前后流經繼電保護的短路電流進行比較。如果所得差值大于這個小數，應繼續向外查找；如果跟此小數非常近似，表明此時保護處于擾動域邊界。

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，會影響與外界的聯系，使軟件數據封閉單一，因此必須將接口方式豐富充盈起來。隨著科技的發展，各類信息量不斷增加，冗雜繁多交錯，基于此對軟件的設計，應充分發揮其可查詢的功能，幫助用戶快速便捷掌握最新的消息，優化用戶體驗。

4.3 創新繼電保護整定計算方法

為了最準確有效的得到繼電保護整定計算的結果，應及時更新相關的整定計算軟件，同時嚴格測試和準確分析軟件運行過程，使各計算程序的開發得到科學保障，最終確保得到的計算結果準確無誤。例如，在使用網絡等值法計算保護整定值的過程中，所有的線路都會存在一個相同的問題，問題往往出現在無緣雙端口網絡圖線路上，此時會直接引發電力系統局部震蕩甚至兩側節點的端口松動。所以，在設置繼電保護裝置時，要把正序網絡設置成雙端口（無源）網絡。

4.4 減少重復斷開同一線路的方法

應按照開斷線路的循環計算繼電保護整定值，合理的調整繼電保護整定計算順序，有效減少重復開斷同一線路問題。