電網重要線路繼電保護定值失配點推移方法研究與應用

陳波，錢文姝

（1.國網陜西省電力公司，陜西西安 710048；2.國網陜西省電力公司電力科學研究院，陜西西安 710100）

電網重要線路繼電保護定值失配點推移方法研究與應用

陳波1，錢文姝2

（1.國網陜西省電力公司，陜西西安 710048；2.國網陜西省電力公司電力科學研究院，陜西西安 710100）

繼電保護定值配合計算中，受電網結構的影響，歷來都有部分線路保護定值無法做到相互完全配合，失配點不僅存在于一般線路也同樣存在于不同運行方式下的一些重要線路。目前各單位只能通過事故備案來提醒相關部門注意，實際系統在發生故障時，保護不正確動作將首先發生在這些線路上，如果失配點落在重要線路（迎峰度夏、冬期、特殊保電方式等其間的關鍵線路）上，此時保護不正確動作會給電網帶來災難性的破壞。

電網重要線路繼電保護定值配合失配點推移法，針對重要線路存在的保護定值失配情況，研究出了繼電保護定值配合失配點推移法，即將整定計算與N-1潮流計算相結合確定解環點，依據系統運行方式對電網中不同時期線路輸送功率的重要性進行分析計算，將整定計算中存在的重要線路失配點推移到非重要線路上，在系統發生故障時確保重要線路保護不因定值失配發生不正確動作，保證了重要聯絡線、重要用戶可靠供電，重要電廠可靠送出。

1 分析計算

線路輸送功率的重要性從2個方面進行分析，一是負荷的性質，二是負荷的大小。根據負荷的性質對電網中的支路進行劃分，通過潮流計算對網絡中的輸送功率大小進行排序。

對于一個有b條支路的電網，將需要充分保證的重要線路集合記作Z，其他的支路集合記作S。

以常規大方式（考慮N－1檢修）為例分析網絡中的各線路輸送功率的重要性。

1）通過潮流計算，將大方式下各支路的輸送功率記為

N－1檢修情況下各支路的輸送功率記為

2）將某條支路在各種情況下的潮流計算結果求平均值

記作P＝{P1，P2…+Pb}將集合P中的元素按照從小到大的順序進行排列。

3）依據上面計算出的結果，將Z和S 2個集合中的元素按照其輸送功率從小到大的順序排列出來。

2 選取解環點

本方案依據系統運行方式對電網中不同時期（夏大、夏小、冬大、冬小、特殊方式）線路輸送功率的重要性進行分析計算，對于整定計算中出現的“死循環”給出合理的解環點，使電網中的失配點推移到相對不重要的線路上。

在多電源環網中，如果配置的全是三段式方向保護，極易產生嵌套互鎖的問題，這樣就會產生大量的失配點。如圖1所示為一簡單環網，線路L1、L2、L3、L4配置的距離保護 P1、P2、P3、P4為三段式。

圖1 死循環網說明Fig.1 Description of the endless loop grid

通過計算得出P1、P2、P3、P4的I段定值，開始計算P1的II段定值，計算P1的II段定值需要P2的I、II段定值，如果P1的II段定值與P2的I段定值配合不上，需要與P2的II段定值配合，而P2的II段定值未知，因此需要先計算P2的II段定值。因此P2的II段定值與P3的I段定值配合不上，需要與P3的II段定值配合，而P3的II段定值未知，因此需要先計算P3的II段定值；P3的II段定值與P4的I段定值配合不上，需要與P4的II段定值配合，而P4的II段定值未知，因此需要先計算P4的II段定值；計算P4的II段定值需要與P1的I、II段定值，如果與P1的I段定值配合不上，需要與P1的II段定值配合，而P1的II段定值未知。這時，保護P4、P3、P2、P1之間互相等待，形成死循環，整定無法進行下去。

選取解環點的目的是為了解決繼電保護整定計算配合中出現的死循環問題，死循環現象的產生原因：一是計算網絡中有通路的存在，二是線路保護定值配合計算中保護定值相互循環配合。通路的存在是由電網網架的結構決定的，是系統實際固有的；保護定值相互循環配合是在環網線路配合中一些特殊情況下產生的。此處的解環點也是網絡的失配點，在進行繼電保護定值配合計算中，當環網線路定值配合形成死循環時，定值間上下級的配合關系無法滿足靈敏性或選擇性的要求，失配點選擇不當，電網在此死循環區域發生故障時，周邊存在配合關系的線路可能會出現保護誤動或拒動情況，對電網會造成不不可估量的損失。

電網形成在前，繼電保護定值配合計算在后，由于電網的網絡結構特殊性而產生的保護定值配合死循環情況非常普遍，電網中由長短線構成的環網中最容易形成。在系統的重要負荷區域，為了保證重要負荷供電的可靠性和安全性，重要負荷所在區域的保護不允許失配。本項目的關鍵問題就是通過潮流計算，選擇合理的失配點，使系統因停電切負荷造成的損失最小。

3 失配點推移

通過分析，找出電網中有n個死循環回路記為集合H：

其中將死循環Hi中的支路記為：

3.1 循環回路的失配點求取

如果Hi中的元素與H中的其他回路的元素沒有交集，則為循環回路。首先在集合S中搜索中的支路，將最先出現的支路做為循環回路的失配點；如果S中沒有中的元素，則去集合Z中搜索中的元素，最先出現的支路作為死循環回路的失配點。

3.2 復雜循環回路的失配點求取

如果出現死循環的回路是一個復雜回路，如圖2所示。

圖2 復雜回路示意圖Fig.2 Schematic diagram of the complex circuit

假設圖2有n個死循環回路，則死循環回路的線性組合個數為：

要描述所有會出現的線性組合，建立一個數學模型：數列矩陣T。矩陣T的行用g（二進制數）表示，1≤g≤2n-1，即T為（2n-1）×n階數列矩陣。

死循環回路計算：設有n個節點b條支路，如果它的一子圖是由一條連支和其他樹枝組成的閉合路徑，則稱該子圖為一個死循環回路。圖2的死循環回路總數為：g=b-n+1。

以圖2的拓撲圖所示，g＝7-5+1=3，則

在圖2中定義A、B、C、D支路為樹枝，死循環回路矩陣Bf：

用T中的第i行不是零的元素選擇Bf矩陣中第i種死循環回路線性組合的可能。對所有死循環回路線性組合的可能都記錄于矩陣Ni。取T中的第5行，即為N5：

T矩陣有2n-1行，則Bf就有2n-1個不同的線性組合。依照此法，便可得到2n-1個Ni矩陣。從以上矩陣與拓撲圖可以得出：Ni所指出的線性組合可能不是死循環回路。由此可以推出：若Ni（i=1，2，…，2n-1）中不會有任何一列含有兩個以上的非零元素，這說明參與線性組合的多個死循環回路交集，也就是說所得死循環回路的線性組合不是一個真正的死循環回路。要得到圖2的所有死循環回路，必須要使Ni中必須有偶數個非零項的列數集合M，若Ni僅有一行，則代表一個死循環回路，并且是一個基本死循環回路；再就是要選出Ni數列矩陣中的第J列，列中第一行元素非零，若Ni中無滿足這兩個條件的元素，這說明Ni中的所有死循環回路沒有交集，最多只有一個公共節點，該數列矩陣對于要找到所有死循環回路不具有存在的實際作用，在此不做保留；若找到滿足上面兩個條件的列時，可使Ni中第P行和第一行的第J列均為非零元素進行組合：

這樣在得到新的矩陣Ni之后，再回到第一步，反復循環，直到得到的矩陣Ni再也難以有適合上面2個條件時的列為止，設這時得到的矩陣Ni為，若可化簡為僅有單行非零元素的一個矩陣，這個組合一定滿足一個死循環回路所具備的必備條件，就有可能構成一個死循環回路；反之，這個組合就不構成一個死循環回路，此時，該組合將被取消，接著再繼續一種組合。這樣的過程反復進行（i=1，2，…，2n-1），直到得到由Ni得到所有可能的死循環回路。矩陣如果找不到滿足上述2個條件的列，則新得到的2個子圖不再具有公共支路，因此該組合不可能是一個死循環回路，它或是分離子圖，或是復合回路。

即使矩陣N′i化成了僅一行有非零元素，所得結果也可能含有復合回路，因此必須加入新的充分條件，才能得到所有的死循環回路。這個條件就是：必須按死循環回路的定義校驗所得子圖的節點度數，將度數大于2的節點所對應的組合進行剔除，就會得到繼電保護整定計算配合中需要的死循環回路。具體的實現方法如下：

1）設定回路分析矩陣A，行i為支路號，列j中為簡單回路數。如果第j個回路中包含支路i，則Aij=1，否則為Aij=0。

2）設定各支路的潮流因子列向量F，行數為簡單回路數，各列的數值為在各種負荷方案下簡單回路各支路的計算潮流值的平均值。

3）設定解環列向量S，根據公式S=A*F得到解環列向量中的數值。根據得到求解的S列向量的值確定解環點的先后順序。首先解開S向量中值最小的支路，進行整定計算。整定計算結果中對簡單回路再進行同上方法的計算，最后將環逐一解開，使失配點得到推移。

4 應用效果

2013年冬大方式陜北地區保護整定計算中，750 kV洛川智能站330 kV出線產生了失配點，我們利用該研究成果，將陜北地區750 kV、330 kV主網以及110 kV地區網實際負荷、潮流等與整定計算與N-1潮流計算相結合從新選擇解環點，依據系統運行方式對電網中不同時期線路輸送功率的重要性進行分析計算，針對負荷性質和潮流大小進行判斷，判斷后根據圖論技術，按回路矩陣進行統一分析，將750 kV洛川智能站330 kV出線的失配點進行了推移，得到了失配點推移后的保護整定值，為首座750 kV智能站安全穩定運行提供了堅定的技術支持。

5 結語

電網重要線路繼電保護定值失配點推移方法的研究與應用使得繼電保護整定計算過程發生了新的變化，保護定值的配合工作不僅要做到使用整定計算參數配合保護定值，還要結合電網不同運行方式下潮流情況分析、判斷線路重要性，對于落在重要線路上的保護定值失配點不能只在定值單中進行備注，而要將其進行推移，做到重要線路保護定值完全配合。

國網公司近期正在各網、省調推進繼電保護整定計算在線校核系統應用，該系統能將實時在線電網運行數據上傳應用，電網重要線路繼電保護定值失配點推移所使用的潮流數據會非常準確得到，電網重要線路繼電保護定值失配點推移方法的應用將會得到更好的發揮和推廣。

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Research and Application of Mismatch Points Transfer Method for Relay Protection Setting Values of Important Transmission Lines

CHEN Bo1，QIAN Wenshu2
（1.State Grid Shaanxi Electric Power Company，Xi’an 710048，Shaanxi，China；2.State Grid Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi’an 710100，Shaanxi，China）

Based on research of mismatch points in setting values for the relay protection of important transmission lines，a mismatch point transfer method is introduced in this paper.And the setting calculation and flow calculation are combined to determine ring rejection point.Through calculation result of transmission power importance in different periods based on system operation modes，mismatch points can be transferred from important lines to unimportant lines，and the relay protection setting values of important transmission lines can be fully coordinated.

power grid important transmission line;valuesetting mismatch points;power flow calculation

針對電網重要線路繼電保護定值配合存在失配點問題，提出了將整定計算與潮流計算相結合確定解環點，依據系統運行方式對電網中不同時期線路輸送功率的重要性進行分析計算，使保護定值配合中產生在重要線路上的失配點推移到非重要線路上，重要線路保護定值達到完全配合。

電網重要線路；定值失配點；潮流計算

1674-3814（2017）09-0017-04

TM774

A

2017-03-08。

陳 波(1969—)，男，碩士，高級工程師，長期從事電網運行調度控制等工作；

錢文姝（1982—），通訊作者，女，碩士，高級工程師，長期從事輸變電試驗與技術管理等方面的工作。

（編輯 徐花榮）