一種基于分項綜合指標繼電保護定值在線校核的新方法

孫 冬， 薛 勇

(國網吉林省電力有限公司 通化供電公司,吉林 通化 134001)

0 引言

繼電保護可靠性的內涵包括兩個方面：保護定值準確性和保護裝置穩定性。其中，保護裝置的穩定性取決于保護裝置本身的制造質量、保護回路的設計、運行、維護的水平，還可通過態檢修技術進行提高。而保護定值的準確性除了依賴合理的整定計算以外，還需要在線校核技術的配合。實時的在線校核可以保證在電網運行方式變化的情況下，檢驗保護整定項(整定值和動作時間)，使定值仍能保持選擇性、靈敏性和速動性。

上世紀70年代，我國科研人員就開始深入研究繼電保護定值在線校核技術[1-3]。當前繼電保護定值在線校核較多應用配置在省級較大電網中[4]，主要偏重保護靈敏度以及距離III段避免過負荷的校核，對于小地區的復雜電網結構并不適用。繼電保護定值在線校核方法有很多其中基于故障點集的校核方法是以故障點為中心進行多項保護校核，但該方法容易出現遺漏現象；基于綜合定值比較和保護范圍比較的一二次系統聯合仿真校核方法在全面校核定值全面性方面有欠缺[5]。基于保護重要度的繼電保護定值在線校核方法，將線路重要度等條件考慮到了校核方法中，但由于線路重要度的情況在地方電網中變化很大導致其不具備適普性[6～8]。圖形系統在繼電保護定值在線校核的應用實現了校驗的可視化，但是復雜的編程過程阻礙了這種方法的進一步發展[9，10]。基于動態短路電流繼電保護定值在線校核使在線校驗的實時性得以實現，可以更快速地對電網運行方式提出整改方案[11]，更好地解決繼電保護定值可靠性的問題。本文提出了基于分項綜合指標的繼電保護定值在線校核方法，該方法在國家電網相關規程的基礎上[12]，將保護選擇性、靈敏性和速動性分項校核，統一規劃，以更好地解決地區電網結構復雜，保護配置繁多的問題，使運行維護人員能得到直觀的分析結果和及時的預警信息。

1 基于分項綜合指標的繼電保護定值在線校核方法

基于分項綜合指標的繼電保護定值在線校核方法是以保護定值以及保護的靈敏性、選擇性、速動性是否滿足要求為核心思想，利用分層的思想，依次在系統中維護保護裝置所包含的裝置型號、整定項以及保護原理，從而進行定值分享校核，并給出分項校核報告。數據來源主要從繼電保護整定軟件內部數據(一次設備電網資源功能位置、一次設備計算阻抗參數、支持兩種拓撲關系的圖形、保護模板及實例化保護)和調度自動化系統內部數據(一次設備電網資源功能位置、一次設備計算定額參數、支持兩種拓撲關系的圖形、實行運行方式狀態)中提取，通過定值在線校核功能實現對保護橫向時間的校核、保護縱向時序配合的校驗、保護靈敏度校驗、保護縱向范圍校驗、保護速動校驗、保護整體方案評價校驗、實時定值讀取比較校驗。

在以裝置為保護單位的地區電網，保護整定項是核心，校核的本質就是研究整定項與選擇性、靈敏性和速動性之間的關系，關系圖如圖1所示。

圖1 整定項與三性之間的關系圖

每一個整定項都由整定值和動作時間構成，保護的靈敏性取決于定值，速動性則由動作時間決定，保護的選擇性由整定值和動作時間二者共同影響。保護的選擇性在裝置層面可以分為本保護裝置內保護之間的配合以及不同裝置之間保護的配合兩種關系。故整定項的校核可細化為以下4點：

(1)按照保護速動性要求進行校核；

(2)按照保護靈敏性要求進行校核；

(3)同一裝置整定值和整定時間配合時序選擇性校核；

(4)不同裝置之間整定值保護范圍與整定時間時序的配合保證選擇性校核。

2 分項校核指標的設計

2.1 保護定值橫向時序校核

橫向時序定值校核是指本裝置內的保護定值和動作時間的配合關系的校核，應該按以下3個角度進行校核，分別為：

(1)動作時限應在規定的范圍內；

(2)低時序保護的時限應比高時序時限至少相差一個級差；

(3)對于欠量起動保護低時序整定值不大于高時序整定值；對于過量起動保護低時序定值不小于高時序整定值。

2.2 保護定值縱向時序校核

保護縱向時序校核是面向相鄰保護裝置整定項之間的校核，因為電流保護在地區電網中被大量應用，這里以電流保護為例，對電流II段保護需要與相鄰線路的I段相配合，即不同裝置之間的配合，所以需要II段保護定值具有一定的延時，故其定值由延時和相鄰I段保護時間決定。總的來說，校核的保護時限應大出與其配合的保護時限至少一個級差。

圖2 保護定值縱向時序校核流程

2.3 保護定值靈敏度校核

靈敏度是指保護裝置對于保護范圍內發生故障或異常狀態的反應能力，通常使用靈敏系數Ksen表示，其數值由故障量和整定值所決定。保護靈敏度校核的流程如圖3所示。

圖3 保護定值靈敏度校核流程

靈敏度系數在一定程度內越高越好，可以降低故障對電網帶來的損害，使得電網可靠性提高，但在此基礎之上必須規定下限值，使其保證在故障時穩定動作。對于成套保護裝置，對于靈敏度有要求的保護都配有測量元件。裝置內對于閉鎖元件靈敏度要求最高，測量元件的要求最低。對于電流III段保護，方向閉鎖元件的靈敏度要求要大于2，其他測量元件的靈敏度要求在1.3～1.5之間。不同的運行方式，靈敏度計算結果也不同，一般選擇大于最大負荷電流的運行方式來校核靈敏度。

2.4 保護定值速動性校核

在保護整定方案的設計時，為滿足選擇性的要求，在整定某些保護時需要設置延時，但延時過長又會給電力系統的穩定性帶來影響，所以需要對保護速動性進行校核。具體方法是先根據電網拓撲接線和被保護設備的狀況事先確定保護速動性標準，然后將整定后的時限與標準進行對比，進行速動性校驗。

2.5 保護定值縱向保護范圍的校核

縱向保護范圍的校核主要針對不同線路之間的保護，校核其是否滿足選擇性的要求，這是通過定值反驗證保護范圍的校核方法。

裝置的各時序保護選擇性保護范圍校核，應從3個角度進行校核：

(1)對于I段保護應當單獨校核最小保護范圍和最大保護范圍，看其是否滿足要求；

(2)對于后備段保護，應計算保護定值的保護范圍是否延伸到相鄰設備，看其是否滿足要求；

(3)對于后備段保護，首先根據電網結構確立配合關系，通過配合關系確定各保護裝置之間應配合的整定項，然后通過計算，按照整定保護范圍小于配合保護范圍的原則，判斷保護范圍是否正確，其中對于保護范圍的計算是關鍵。定值縱向保護范圍校核的流程如圖4所示。

圖4 縱向保護范圍校核流程

2.6 保護整體方案的校核

保護整定方案校核是對保護出口、死區，配合時序以及速動性校核告警信息等進行綜合性校核的過程。

對整體方案的校核是對保護間配合關系的全面校核，結合地區實際保護整定方案的要求，涉及到的方面有保護項、保護范圍顯示、保護是否存在死區、與相鄰保護配合范圍是否滿足要求、是否存在保護誤動或拒動的可能。

3 實際應用

根據上述方法研發的地區電網保護定值在線校核與預警系統在通化地區應用，該系統基于Oracle數據庫平臺，使用Delphi語言開發，具有3層軟件體系結構，并具有針對地區電網的故障計算、整定計算、在線校核等功能。現以實際的校核結果為例說明。

如圖5所示為該系統的局部拓撲結構圖，待校核線路設為L1，校核保護為電流保護。在校核過程中，根據分項指標校核方法，首先使用合理的定值進行校核，再修改定值進行第2次校核，2次結果進行對比，查看是否可以校核正確。

圖5 通化電網局部拓撲結構圖

首先對L1進行橫向時間校核，定值正常時，L1的II段過電流整定值標幺值為0.063 A時的動作時間為0.3 s，II段過電流整定值標幺值為0.001 A時的動作時間為0.6 s。而定值異常時II段過電流整定值標幺值為0.063 A時的動作時間為0.3 s，II段過電流整定值標幺值為0.065 5 A時的動作時間為0.5 s。橫向時序校核的結果如表1所示。

表1 橫向時序校核結果顯示

結果分析：時序校核配合不合格：II段低延時：0.3 s，Ⅲ段高延時0.5 s，高段時間不滿足大于至少一個時間級差0.3 s，不符合靈敏性要求；保護定值配合校核不合格：II段低定值：0.063，Ⅲ段高定值：0.0655，低段保護定值小于高段序保護定值，選擇性不滿足要求。

接下來對線路L2進行縱向保護范圍校核，該線路配置電流I段保護，其定值二次值為200 A，是正確保護定值，其保護范圍為線路全長的93.7%。修改定值為220 A，校核結果不合格，如表2所示。

表2 縱向保護范圍校核結果顯示

結果分析：整定保護無保護范圍，保護不起作用。

通化地區電網統計有317條線路，配有電流保護、距離保護等。以該地區總整定方案為依據，對地區中配置的相關待校核保護進行重新核算，其中橫向、縱向時序校核時間分別為8 s和7.2 s，保護靈敏度和速動性校核時間分別為7 s和 6.5 s，縱向保護范圍校核和保護整體方案校核時間分別為45 s和97 s(與電網復雜程度有關)。根據數據采集源和國家電網的相關規程規定，運用該方法進行在線校核的時間大大縮短，校核效率大大提高。

4 結論

本文提出的基于分項綜合指標的繼電保護在線校核方法是針對地區電網，將保護選擇性、靈敏性和速動性獨立校核，最后統一比較，校核結果顯示直觀，易懂，可以及時發現定值存在的問題。運用該方法設計的校核系統已成功應用于通化地區電網的繼電保護在線校核業務中，對該地區的定值校核結果準確，且運行維護人員所進行的操作步驟大大減少，不僅提高了校核效率，同時減輕了工作人員的工作負擔，取得了較好的成效。

參考文獻：

[1] 楊杰. 智能電網繼電保護在線整定系統探析[J]. 電工技術，2017(12):73-75.

[2] 曾耿暉，劉瑋. 繼電保護在線整定系統的探討[J]. 繼電器，2004(17):38-42.

[3] 王友懷, 楊增力, 周虎兵,等. 繼電保護定值在線校核及預警系統開發與應用[J]. 電力系統及其自動化學報, 2015, 27(6):91-97.

[4] 劉國平. 地區電網繼電保護在線整定與評估預警方法研究[D]. 北京：華北電力大學, 2013.

[5] 張海翔, 呂飛鵬, 廖小君. 一種繼電保護定值在線校核評估方法[J]. 電力系統自動化, 2013, 37(3):98-103.

[6] 鄧豐強, 呂飛鵬. 考慮保護重要度的繼電保護定值在線校核[J]. 電力系統及其自動化學報, 2013, 25(4):85-90.

[7] 薛志剛, 張海翔, 呂飛鵬. 一種繼電保護定值在線校核優化排序方法[J]. 華北電力大學學報(自然科學版), 2013, 40(5):24-30.

[8] 劉高會, 劉敏, 王朝霞,等. 圖形化故障分析整定檢驗軟件在整定計算中的應用[J]. 電工電氣, 2011(2):35-38.

[9] 周特軍, 邱建, 王春藝,等. 基于SVG的可視化技術在繼電保護定值在線校核系統中的應用[J]. 電力系統保護與控制, 2015，43(16):112-117.

[10] 畢兆東, 王寧, 夏彥輝,等. 基于動態短路電流計算的繼電保護定值在線校核系統[J]. 電力系統自動化, 2012, 36(7):81-85.

[11] 王祎, 胡鐵軍, 范黎敏,等. 地縣一體化繼電保護定值在線校核系統的研究及應用[J]. 浙江電力, 2015，34(5):23-26.

[12] 王偉，楊偉光，高立忠， 等. 基于智能電網調度支持的居民用電側自動需求響應系統[J]. 現代電子技術，2017，40(10):172-174.