地縣一體化繼電保護定值在線校核系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

王 祎， 胡鐵軍，范黎敏， 李雪冬，鄭 朋

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100085）

地縣一體化繼電保護定值在線校核系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

王 祎1， 胡鐵軍1，范黎敏1， 李雪冬2，鄭 朋2

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100085）

電網(wǎng)實時復雜的運行方式使得傳統(tǒng)的定值校核方法存在某些特定情況下定值性能降低的情況；定值采用縣調(diào)計算、地調(diào)復核的應(yīng)用模式，地縣間交界的定值性能需要有一定的手段進行評估。為了解決上述問題，研究了基于地縣一體化繼電保護定值在線校核系統(tǒng)實現(xiàn)方案。在介紹地縣一體化繼電保護定值在線校核系統(tǒng)功能體系和定值在線校核數(shù)據(jù)源獲取的基礎(chǔ)上，提出了地縣一體化交界定值在線校核的策略，重點介紹了地縣交界面的智能識別、校核原則設(shè)計以及校核原則的智能選擇。以寧波電網(wǎng)為例，驗證了在線校核系統(tǒng)的正確性及實用性。

繼電保護；在線校核；一體化；交界面

0 引言

繼電保護作為電網(wǎng)的第一道防線，對電網(wǎng)安全運行起到至關(guān)重要的作用。國外多次大停電事故所暴露出的問題，充分說明調(diào)度人員隨時掌握繼電保護動作行為的重要性。為滿足電網(wǎng)快速發(fā)展及智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，提高調(diào)度對繼電保護動作行為的掌控能力，提出了繼電保護定值在線校核及預警應(yīng)用的要求。

繼電保護定值在線校核，意在評估實時定值性能，分析靈敏性、選擇性是否滿足要求。目前，繼電保護裝置的定值是根據(jù)電網(wǎng)特定的運行方式獲取的，在電網(wǎng)運行中裝置保護定值保持不變，而實際運行方式是不斷變化的。當運行方式發(fā)生變化時，繼電保護的定值仍應(yīng)能滿足可靠性、靈敏度和選擇性的要求。如不能繼續(xù)滿足要求，就要對定值進行相應(yīng)調(diào)整，否則就會造成保護裝置的誤動或拒動。

結(jié)合寧波電網(wǎng)的實際運行情況，地調(diào)和縣調(diào)的保護裝置定值由各自的調(diào)度單位獨自管理維護，但交界面處各裝置定值又要考慮其選擇性，這是地、縣定值統(tǒng)一在線校核中的難點。

針對上述問題，重點研究了地、縣一體化交界面繼電保護定值在線校核系統(tǒng)（簡稱在線校核系統(tǒng)）的實施策略，詳述了地縣交界面的智能識別、校核原則設(shè)計以及智能選擇。

1 在線校核系統(tǒng)功能體系

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在線校核系統(tǒng)根據(jù)裝置保護定值，按設(shè)定的校核原則，利用獲取的實時數(shù)據(jù)對裝置保護定值進行校核，實現(xiàn)在線校核應(yīng)用。

如圖1所示，在線校核系統(tǒng)的主要功能架構(gòu)分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)、在線校核和結(jié)果顯示三大部分。系統(tǒng)基于EMS（電能管理系統(tǒng)）獲取電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)信息，對裝置繼電保護定值進行實時的校核，并按校核類型分析處理校核結(jié)果，以不同的形式給出直觀顯示。

圖1 總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)參數(shù)獲取

EMS系統(tǒng)輸出CIM_E模型文件、CIM_G格式圖形規(guī)范的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)文件，在線校核系統(tǒng)根據(jù)接收的這些數(shù)據(jù)文件，得到當前電網(wǎng)的實時模型，解析獲得各電氣元件的參數(shù)信息，生成當前電網(wǎng)的物理拓撲，并進行在線校核應(yīng)用。

對于系統(tǒng)設(shè)備基本參數(shù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)備投入運行后，信息不會發(fā)生變化或變化周期較長，可按實際需要有選擇性地獲取此部分信息。

對于運行方式信息，則必須保證數(shù)據(jù)的實時性，只有保證了運行方式的實時性，在線校核才有意義。對此在線校核系統(tǒng)支持自動獲取從EMS系統(tǒng)輸出的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，可設(shè)置獲取周期，以滿足在線校核對數(shù)據(jù)信息實時性的要求；也可手動觸發(fā)，根據(jù)需要獲取當前時刻EMS系統(tǒng)輸出的實時數(shù)據(jù)。通過以上2種獲取數(shù)據(jù)手段，滿足了數(shù)據(jù)實時性的要求。

1.3 在線校核

在線校核系統(tǒng)支持從EMS系統(tǒng)獲取保護運行定值信息，同時亦可獨立維護裝置保護定值信息。

途徑一：以指定的CIM_E模型文件從EMS系統(tǒng)獲取保護運行定值信息，按設(shè)備名稱、裝置名稱、安裝位置進行精確地匹配，解析為本系統(tǒng)可直接運用的定值信息。

途徑二：加載本系統(tǒng)獨立維護的設(shè)備裝置保護定值信息，按設(shè)備、裝置名稱及安裝位置，將定值信息從數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器中導出，并整理為可直接應(yīng)用的定值緩存信息。

根據(jù)獲取的實時設(shè)備參數(shù)、運行方式信息等，設(shè)置不同的故障類型進行故障計算，為校核變量的提取提供實時的計算結(jié)果，以保證校核結(jié)果的實時性。結(jié)合校核原則對不同的定值項進行校核，如校核定值的可靠性、靈敏性和選擇性等，記錄校核結(jié)果，并分析保護定值的各種性能是否滿足要求。

1.4 校核結(jié)果的顯示

此功能設(shè)計主要是對校核結(jié)果進行分析歸類，將最終的校核結(jié)果，以列表、柱狀圖、曲線圖等圖元化形式進行直觀地顯示。對不同的校核結(jié)果，按與校核值的偏差程度，劃分為滿足校核要求、普通告警、嚴重告警和緊急告警等不同的校核級別。

在主接線圖上，按不同的校核級別給廠站渲染不同的顏色，實時實現(xiàn)保護定值的校驗和結(jié)果發(fā)布，因此各顯示圖元是實時變化的。所以可直接通過廠站顏色的不同和變化情況看出站內(nèi)裝置保護定值是否需要調(diào)整。

2 交界面智能識別

2.1 地縣交界面定義

如果某條線路的所屬公司為地調(diào)（或者縣調(diào)），然而其管轄公司卻是縣調(diào)（或者地調(diào)），即：該線路的所屬公司與管轄公司不同時，定義此線路為地、縣的交界線，見圖2。

圖2 交界面示意

在交界線的基礎(chǔ)上，交界線與交界線兩端所端接的電氣設(shè)備（主要是變壓器）共同構(gòu)成地縣的交界面。交界面是地調(diào)和縣調(diào)的橋梁，亦是定值在線校核的重中之重。

2.2 邊界線的判斷

在線校核系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取中，對不同調(diào)度單位所管轄的電氣設(shè)備，有不同的公司屬性。公司屬性的不同為交界面的智能識別提供了依據(jù)。系統(tǒng)以不同單位間輸電線路為突破口，根據(jù)生成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理拓撲關(guān)系，查找當前線路上、下級所連接的供電、輸電設(shè)備。畫出地縣交界面，整定計算需考慮配合關(guān)系的電氣設(shè)備的保護定值。

根據(jù)從EMS系統(tǒng)獲取的實時電氣設(shè)備信息，按設(shè)備所屬類型，辨別出當前電網(wǎng)中的輸電線路狀況，判斷其首末廠站所屬，當首廠站與末廠站分屬不同的調(diào)度時，認定當前線路為邊界線，判斷邏輯見圖3。

2.3 設(shè)備智能識別

根據(jù)當前識別的邊界線，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，及物理拓撲關(guān)系，分別獲取首、末廠站內(nèi)邊界線所連母線，即當前邊界線的首端母線與末端母線。以端接母線為中介，獲得當前母線所連接的其他設(shè)備，即邊界線上、下級所連設(shè)備，也就是繼電保護整定定值要與邊界線保護定值相互配合的電氣設(shè)備。

根據(jù)邊界線及上述確定的上、下一級范圍內(nèi)，進行定值配合的設(shè)備需明確交界面的定義，及不同設(shè)備之間的配合關(guān)系。

如圖2所示，大電源供電時，電能由地調(diào)廠站輸向縣調(diào)廠站，此時按電流走向，存在兩處配合，分別為220 kV廠站的變壓器中（低）側(cè)（A處）與邊界線（B處）的配合，以及邊界線（B處）與110 kV廠站中變壓器高壓側(cè)（D處）的配合；反之小電源供電，按電流走向也存在兩處配合，分別是縣調(diào)的高壓側(cè)（D處）與交界線（C處）配合，以及交界線的（C處）與地調(diào)變壓器的低（中）壓側(cè)（A處）配合。

圖3 邊界線的判斷

3 交界面校核原則設(shè)計

3.1 變壓器與線路的配合

以大電源供電狀態(tài)為例，如圖2所示，A表示220 kV變壓器的中壓側(cè)，在線校核系統(tǒng)通過對交界面設(shè)備連接的智能分析，為中壓側(cè)保護加載與出線保護B的配合原則。以過流保護為例，加載原則描述為與本側(cè)出線過流Ⅲ段配合。

與定值配合的關(guān)系式為：

式中：IdzⅢ為本側(cè)過流Ⅲ段定值；Kk為可靠系數(shù)，默認取值1.2；Kfz為對本側(cè)出線最大助正序增系數(shù)為本側(cè)出線過流Ⅲ段定值。

與時間配合的關(guān)系式為：

式中：TbⅢ為本側(cè)出線過流Ⅲ段時間定值；Ta為變壓器過流保護時間定值。

3.2 線路與變壓器的配合

電流由線路流向受端變壓器時，為B加載與相鄰變壓器（D處）的配合原則。以零序電流保護為例，加載原則描述為與相鄰變壓器零序過流Ⅰ段時間（時限3）配合。

與定值配合的關(guān)系式：

式中：IdzⅡ為本側(cè)零序保護Ⅱ段定值；Kk為可靠系數(shù)，默認取值1.2；Kfz為對相鄰變壓器最大助零序增系數(shù)；IdzⅠ為相鄰變壓器零序過流Ⅰ段定值。

與時間配合的關(guān)系式：

式中：TbⅠ為相鄰變壓器零序過流保護Ⅰ段時間定值；Td為線路零序電流保護時間定值。

3.3 選擇性原則的應(yīng)用

以220 kV變壓器的中壓側(cè)與其出線的配合關(guān)系為例，說明選擇性原則在定值校核過程中的應(yīng)用。選擇性校核包含了定值配合和時間配合兩方面的內(nèi)容。

定值的選擇性配合要求：由式（1），可見過流保護A的電流保護定值要大于或等于B保護定值折算到A處的定值，說明A的保護范圍不能超出B過流Ⅲ段的保護范圍。這就保證了在B過流Ⅲ段保護范圍外故障，保護A不會發(fā)生動作，只有在B過流Ⅲ段保護范圍內(nèi)故障時，A才有可能動作。

時間的選擇性配合要求：由式（2），可見過流保護A的時間定值大于B過流Ⅲ段保護的時間定值，動作時間比B保護時間延長一個時間級差。這就保證了只有B拒動時，A才能動作。

由此可見，定值保護范圍和動作時間都滿足要求時，在B過流Ⅲ段保護內(nèi)發(fā)生故障時，先由B動作，只有B拒動時才由A動作切除故障源，保證電網(wǎng)的安全運行，實現(xiàn)繼電保護的選擇性，否則認為A的保護定值不滿足選擇性的要求。

4 應(yīng)用案例

以寧波電網(wǎng)為例，運用在線校核系統(tǒng)進行校核的范圍包括：寧波電網(wǎng)6個500 kV變電站的220 kV終端線路保護裝置，45個220 kV變電站和182個110 kV變電站的10 kV及以上電壓等級繼電保護裝置。

通過在線校核系統(tǒng)可校驗線路保護、變壓器保護等主要繼電保護裝置定值的適應(yīng)性，包括啟動值、靈敏性、選擇性、可靠性等。2015年1月10日某時刻對寧波電網(wǎng)進行了在線校核，校核指標如表1所示。

表1 寧波電網(wǎng)保護裝置在線校核指標

從校核結(jié)果可以看出：當前繼電保護裝置的定值基本滿足電網(wǎng)當前的運行方式。

為了驗證在線校核系統(tǒng)的正確性，人為將220 kV慈溪變電站慈擔1382線相間距離Ⅱ段定值由原來的3.25調(diào)小為2.1，通過在線評估校驗該定值的性能變化。調(diào)整前后220 kV慈溪變電站內(nèi)校核指標如表2所示。

表2 220 kV慈溪變電站內(nèi)定值調(diào)整前后校核指標

通過表2可見，220 kV慈溪變站內(nèi)保護定值的靈敏性合格率由99.7%降低為97.5%，同時在線校核系統(tǒng)對220 kV慈溪變電站標有告警，原因為慈擔1382保護定值的靈敏性不滿足要求。

5 結(jié)語

在線校核系統(tǒng)基于EMS系統(tǒng)獲取的電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了繼電保護定值的實時校驗和結(jié)果發(fā)布。在線校核系統(tǒng)結(jié)合寧波電網(wǎng)運行的實際情況，設(shè)計開發(fā)了針對地縣交界面的智能校核，使繼電保護的選擇性得到了有力的保證，為不同單位整定計算人員對交界面處保護裝置制定整定計算方式和確定整定計算結(jié)果提供參考。與此同時，在線校核系統(tǒng)提高了調(diào)度人員對保護動作行為的掌控能力，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

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（本文編輯：陸 瑩）

Study and Application of Online Check System of Integrated Prefecture-County Relay Protection Setting Value

WANG Yi1，HU Tiejun1，F(xiàn)AN Limin1，LI Xuedong2，ZHENG Peng2
（1.State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315000，China；2.Beijing Join Bright Digital Power Technology Company，Beijing 100085，China）

The real-time and complicated operation mode of power grid lowers setting performance of setting value check method in particular situations.The setting value is calculated by county-level dispatch and checked by prefecture-level dispatch，and the prefectural-county setting performance needs some method to evaluate.To solve problems above，the paper investigates implementation scheme of online check system of integrated prefecture-county relay protection setting value.On the basis of introducing functional system of online check system of integrated prefecture-county relay protection setting value and access of online check data source，the paper presents a strategy of integrated prefecture-county online setting value check and emphatically introduces intelligent identification of prefecture-county interface，layout and intelligent choosing of check principles.Taking Ningbo power grid as an example，the paper verifies correctness and practicality of online check system.

relay protection；online check；integration；interface

TM77∶TP274

B

1007-1881（2015）05-0023-04

2014-11-05

王 祎（1980），男，工程師，主要研究方向為繼電保護及自動遠動技術(shù)。