保護動作擴大化行為分析系統的研究與建立

摘 要：繼電保護裝置是電力系統的重要組成部分，保護裝置是否正確動作對保證電力系統的安全經濟運行，防止事故發生和擴大起到關鍵性的決定作用。文章主要介紹通過對220kV變電站內設備中的一個保護設備動作，擴大化分析該站內所有的保護設備，辨別動作的保護與相鄰保護的動作情況、各動作保護的邏輯關系、所動作保護是否存在擴大化影響，并形成站內或多個變電站內部保護動作實時展示，全面反映事故場景，使得管理人員能夠快速梳理動作誘因及主次順序，提升保護設備運維管理水平。

關鍵詞：繼電保護裝置；電力系統；保護動作擴大化；220kV變電站

1 概述

隨著電力系統的高速發展，電網規模日益擴大，電力系統網絡結構更加復雜，提高電力系統的安全運行水平顯得尤為重要。繼電保護裝置是關系到電網安全可靠運行的重要設備，是電力系統不可缺少的重要組成部分，保護裝置是否正確動作將直接影響到整個系統是否安全穩定的運行。

繼電保護裝置在被保護的電氣設備，如母線、變壓器、線路等發生故障時，通過采集故障量進行分析判斷，當故障量滿足繼電保護裝置的動作條件時，就會動作，動作的結果按照預先設定的動作邏輯，對被保護設備發出各種命令，如跳閘、重合等。由于電力系統的特殊性，電氣故障的發生是不可避免的。一旦發生局部電網和設備事故，而得不到有效控制，就會造成對電網穩定的破壞和大面積停電事故。

2 繼電保護動作行為分析的現狀

傳統的繼電保護動作行為分析方法主要有繼電保護測試儀和電力系統繼電保護動模實驗，但是這些分析方法主要集中在動作的正確性和及時性驗證，并且分析主體為一個保護設備，基于設備關聯關系及動作情況進行保護動作擴大化分析的相關研究暫時無正式文獻報道。

3 系統設計

針對以上繼電保護動作行為分析的現狀，通過SOV架構及平臺數據共享技術、J2EE、B/S架構和SUV圖形技術等，文章研發了保護動作擴大化行為分析系統，系統架構如圖1所示。

為完成保護動作擴大化行為分析系統的開發，有下面幾個關鍵問題。

（1）確定相鄰保護原則：保護動作擴大化分析主要針對220kV變電站內設備一個保護設備動作，就分析該站內的所有設備的保護設備；若是輸電連接線路的線路保護和斷路器保護動作，擴大分析到對側變電站的線路保護和斷路器保護動作情況、母線保護、主變壓器保護。（2）數據接口：基礎數據接口：與故障信息主站接口，接入變電站、保護設備等基本信息其中涉及到基本數據庫表若干個庫表。（3）保護動作數據接入：與故障信息主站接口，接入變電站各個保護設備最新定值設置信息、保護設備實時動作事件信息、故障錄波器啟動后記錄故障前、后過程的各種電氣量等信息，其中涉及到基本數據庫表若干個庫表。（4）召喚保護數據接入方式：與故障信息主站接口中沒有的實時保護數據，采用遠程命令召喚的方式處理。召喚的數據依然寫入到故障信息主站系統內。召喚成功后再以數據已經存在方式再接入使用。（5）清洗整理接口數據：與故障信息主站接入數據后，首先對需要的信息基礎數據進行校對確認，將導入的無效數據、信息不完善數據、設備狀態已經退運的基礎數據清洗過濾掉。保證導入的基本數據與當前變電站正常運行的設備信息完全吻合準確。針對故障信息主站導入的信息進行過濾整理清洗，既要保證數據記錄總數正確，也要保證每條數據最新性和有效性。防止導入數據中存在無效數據和設備狀態已經退運的數據。

4 系統功能

4.1 基礎數據

主要包括220kV變電站信息、220kV變電站一次設備信息、220kV變電站保護設備信息。

4.2 拓撲結構

主要包括220kV變電站網絡關系和保護設備鄰接關系。其中，護設備鄰接關系以220kV變電站內保護設備與主變壓器、輸電線路進出線間隔的保護對應關系為基礎，再以輸電線路與相鄰變電站連接關系，確定保護設備鄰接關系，便于為后續保護擴大化分析提供拓撲關系。

4.3 圖形數據

主要包括220kV變電站網絡圖和220kV變電站主接線圖。采用SVG圖形技術展示變電站的網絡結構圖和設備主接線圖。

4.4 數據接口

主要包括信息主站保護設備數據接入、信息主站故障錄波器數據接入、變電站SCADA測控數據接入。

5 擴大化分析

5.1 擴大化分析動作狀態

主要分析220kV變電站內220kV和110kV電壓等級設備的保護設備動作情況，動作情況大致分為三種狀態：正確動作、該動未動、不該動而動。

5.2 擴大化分析依據

依據主要是故障信息主站保護設備實時的保護動作事件、故障簡報、保護設備定值數據、故障錄波器記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況數據、SCADA測控數據。

5.3 擴大化分析過程

若220kV變電站內某個輸電線路設備的一個保護設備動作，則擴大化分析過程如下：

根據相鄰保護原則分析該站內所有同電壓等級間隔的保護設備動作情況。

分析該變電站所有與相鄰變電站連接輸電線路對側終端保護動作情況，若存在電廠輸電情況，分析連接終端保護動作情況。

分析該變電站兩個主變壓器兩套保護動作情況。

分析該變電站的母差保護動作情況。

分析時調用該保護設備當時動作情況數據信息與該保護設備保護定值進行對比。

分析時調用該保護設備當時動作情況與故障錄波器當時記錄故障前、后過程的各種電氣量的數據信息對比。

分析時調用該保護設備動作情況與SCADA設備當時測控數據對比。

分析時如果保護設備實時數據不能調取到，通過命令方式召喚當時的數據，在召喚成功后在通過數據接口得到當時數據。

若220kV變電站內發生母差保護動作，則擴大化分析過程如下：（1）分析所有在該母線上連接的輸電線路的保護是否啟動。（2）分析主變壓器的保護設備是否啟動。

5.4 擴大化分析結論

根據相鄰保護原則，將動作保護相鄰的所有保護當時的狀態都以不同顏色預警或顯示：正確動作的保護顯示為綠色、不該動而動作的保護顯示為紅色、該動而未動的保護顯示藍色。

6 結束語

對保護動作擴大化行為分析系統的研究與建立項目的成功實施，形成了站內或多個變電站內部保護動作實時展示，全面反映事故場景，為管理人員快速梳理動作誘因及主次順序提供強有力技術支撐工具，全面提升保護設備運維管理水平。