基于PSASP的配電線路繼電保護整定研究

國網北京通州供電公司 錢葉牛 國網呼倫貝爾供電公司 于忠敏 董志鵬 王海峰 陳一洋

電力系統分析綜合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）是一款專門用于電力系統仿真計算軟件，其附帶的豐富繼電保護裝置和整定規則為簡單化、標準化開展配電系統的繼電保護整定研究和工程應用帶來了極大的便利。本文介紹了該軟件繼電保護整定計算主要功能特點和計算流程，并利用該軟件針對同一220kV 變電站2條10kV 配電線路同時進行繼電保護整定計算，計算結果可直接應用于現場繼電保護裝置整定，具有較強的實用價值。

1 PSASP 繼電保護整定計算概述

配電線路繼電保護裝置包含線路柱上開關控制器、開閉器斷路器控制單元等，其作用是在配電系統發生過流、接地等各種故障時迅速準確地切除故障設備，確保非故障區間的配電系統安全、穩定、可靠運行。繼電保護裝置運行參數的正確配置是保障配電網安全運行的重要條件，當其拒絕動作或者錯誤動作，均會對配電系統造成較大的危害。

例如，配電線路末端故障時，該處繼電保護裝置拒絕動作，將會導致故障越級跳閘，造成更大范圍的設備和用戶停電，影響供電可靠性指標，因此從配電系統安全運行的角度考慮，要求繼電保護裝置必須具備速動性、選擇性、可靠性和靈敏性等性能。

配電線路繼電保護整定計算的主要難點有：工作量大，計算過程較為復雜，包含三相短路、兩相短路、單相接地、斷線等各種類型單一故障、復雜故障的計算，考驗從業人員綜合素質。雙環網開環運行、雙環網合環運行等拓撲結構復雜的環網線路，繼電保護裝置后備保護定值相互依賴，配合較為困難，很難滿足全部保護相互配合。繼電保護整定計算方法不盡相同，不同的保護類型、不同運行方式配電網中的繼電保護整定計算考慮因素較多、方法差異較大。

電力系統分析綜合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）是由中國電力科學研究院有限公司自主研發的一款電力系統仿真計算軟件，功能強大，包含潮流、網絡劃分、暫態穩定、短路、網損分析、靜態安全分析、最優潮流、小干擾穩定、電壓穩定、電能質量計算、繼電保護整定、馬達啟動、等值計算計算功能，其繼電保護整定模塊主要功能和特點包括：簡單化、標準化計算過程，程序以國內現行有效的繼電保護裝置運行整定規程、計算導則為準則，集成了上百條整定規則，覆蓋電壓電流保護、接地距離保護、零序電流保護等21種保護類型，只需要通過簡單的配置參數就能進行復雜的繼電保護整定計算。

PSASP 繼電保護整定計算以短路計算為基礎，能夠開展各種運行方式、檢修方式的復雜故障計算，在計算過程中可以計及負荷大小、母線電壓水平、同桿并架線路零序互感等因素的影響，以及電網結構的變化。主程序采用圖論計算方法，算法計算效率較高，能夠快速求取最優繼電保護整定計算順序，確保不發生多臺繼電保護裝置之間保護不配合的問題，比較適用于大規模復雜配電系統繼電保護裝置保護定值的整定計算。繼電保護裝置配置情況可在單線圖上直觀顯示，計算結果可采用定值簡表、定值單、計算書等輸出方式[1]。

2 PSASP 繼電保護整定計算流程

PSASP 繼電保護整定計算流程示意圖如下圖1所示。圖中電網基礎數據庫存儲母線、配電線路、變壓器、負荷等數據，通過圖模一體化平臺采用文本或圖形方式錄入。繼電保護庫存儲變壓器零序電流保護、變壓器差動保護、相間方向過流保護、母線差動保護等常見保護模型，方便使用者調用。

圖1 PSASP 繼電保護整定計算流程示意圖

保護整定規則庫存儲各種類型保護要考慮的整定原則，比如線路電流一段保護的整定原則可供選擇的整定原則有：躲本線路對側故障時的最大三相短路電流、躲過變壓器其他壓側故障時本線路最大三相短路電流、可靠躲過正常運行方式下本線路末端三相短路電流、考慮裝機容量、按靈敏度整定(按電流閉鎖考慮)，同一種保護類型不同的整定原則，對應的計算公式和典型參數選擇不盡相同[2]。

3 PSASP 繼電保護整定實例

以220kV 友好變10kV 基地線和友聯線，以及110kV 南郊變南三線和南四線為例，在PSASP中建立繼電保護整定計算模型，其單線圖如圖2所示。計算時，取基準容量為100MVA、基準電壓為10.5kV?；鼐€站內正序短路阻抗標幺值為0.2938，友聯線站內正序短路阻抗標幺值為0.353，南三線站內正序短路阻抗標幺值為0.472，南四線站內正序短路阻抗標幺值為0.4398。

圖2 繼電保護整定實例單線圖

3.1 基地線站

基地線站外主干線具備繼電保護功能的配電開關有60號桿配電開關，104號桿配電開關?；鼐€出站至60號桿之間線路由0.4km 電纜和7.6km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.155Ω/km、電抗0.087Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻標幺值0.056236，等效電抗標幺值2.485620；基地線60號桿至104號桿之間線路由5.75km 架空絕緣導線組成，電阻忽略不計，導線電抗0.356Ω/km，等效電抗標幺值1.856690；基地線104號桿至線路末端之間線路由7.05km 架空絕緣導線組成，電阻忽略不計，導線電抗0.356Ω/km，等效電抗標幺值2.276460。

3.2 友聯線站

友聯線站外主干線具備繼電保護功能的配電開關有28號桿配電開關、143號桿配電開關、224號桿配電開關。友聯線出站至28號桿之間線路由0.4km 電纜和2.65km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.155Ω/km、電抗0.087Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻標幺值0.056236，等效電抗標幺值0.887256。

友聯線28號桿至143號桿之間線路由0.2km電纜和13km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.155Ω/km、電抗0.087Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻標幺值0.028118，等效電抗標幺值4.213510；友聯線143號桿至224號桿之間線路由6.4km 架空絕緣導線組成，電阻忽略不計，導線電抗0.356Ω/km，等效電抗標幺值2.066580；友聯線224號桿至線路末端之間線路由12.3km 架空絕緣導線組成，電阻忽略不計，導線電抗0.356Ω/km，等效電抗標幺值3.9717。

3.3 南三線站

南三線站外主干線具備繼電保護功能的配電開關有22號桿配電開關、54號桿配電開關。南三線出站至22號桿之間線路由0.4km 電纜和1.1km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.03188Ω，等效電抗有名值0.42592Ω，等效電阻標幺值0.028916，等效電抗標幺值0.386322。

南三線22號桿與54號桿之間線路由0.2km 電纜和1.6km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.01594Ω，等效電抗有名值0.58676Ω，等效電阻標幺值0.014458，等效電抗標幺值0.532209。

南三線54號桿至線路末端之間線路由由0.2km電纜和5.6km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.01594Ω，等效電抗有名值2.01076Ω，等效電阻標幺值0.014458，等效電抗標幺值1.82382。

3.4 南四線站

南四線站外主干線具備繼電保護功能的配電開關有18號桿配電開關、62號桿配電開關。南四線出站至18號桿之間線路由0.4km 電纜和0.9km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.03188Ω，等效電抗有名值0.35472Ω，等效電阻標幺值0.028916，等效電抗標幺值0.321741。

南四線18號桿與62號桿之間線路由0.2km 電纜和2.2km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.01594Ω，等效電抗有名值0.80036Ω，等效電阻標幺值0.014458，等效電抗標幺值0.72595。

南四線62號桿至線路末端之間線路由由0.2km電纜和6.1km 架空絕緣導線組成，電纜導線電阻0.0797Ω/km、電抗0.0858Ω/km，架空導線電抗0.356Ω/km、忽略電阻影響，等效電阻有名值0.01594Ω，等效電抗有名值2.18876Ω，等效電阻標幺值0.014458，等效電抗標幺值1.98527。

3.5 整定計算主界面和整定原則

整定計算主界面和整定原則設定如圖3和圖4所示，考慮一段電流定值躲本線路對側故障時的最大三相短路電流、一段電流定值躲過變壓器其他壓側故障時，本線路最大三相短路電流、一段電流定值可靠躲過正常運行方式下本線路末端三相短路電流、一段電流定值按靈敏度整定(按電流閉鎖考慮)因素影響，PSASP 繼電保護整定計算單次計算可以同時計算出友聯線28號桿、143號桿、224號桿配電開關，以及基地線60號桿、104號桿配電開關的電流保護定值，計算結果如表1所示。

圖3 整定計算主界面

圖4 整定原則設定

表1 繼電保護整定計算結果

4 結語

本文通過PSASP 軟件開展220kV 友好變10kV基地線和友聯線站外配電開關繼電保護裝置過流定值整定計算，確定了定值一二次數值和時間延時，計算結果可直接應用于現場，避免配電線路無保護定值導致故障越級跳閘、引起非故障區間停電事件的發生，有助于進一步提升配電系統供電可靠性。

最新版PSASP 軟件（版本7.61）最大可建立含有100000個母線、60000條交流線路、30000臺發電機組、60000用電負荷、200條直流線路、60000臺雙繞組變壓器、60000臺三繞組變壓器、120000條分支、200臺移相器、100個故障點、200臺無功補償設備、200個自定義模型、1000個區域的的電力系統仿真模型，可搭建整個城市配電網暫穩態計算模型，進行全系統全網絡多臺繼電保護裝置保護定值整定計算，有助于加強電力系統繼電保護專業繼電保護定值整定計算的專業化、集約化管理，進而建立健全公司級繼電保護裝置保護定值集中管控平臺，進一步提升配網繼電保護專業精益化管理水平。

此外，PSASP 軟件還提供用戶自定義模型（User Define Model，UDM），使得用戶可通過UDM 建立符合自己工程需要的繼電保護模型和整定原則，進一步拓展軟件功能和使用場合，解決現場實際問題。