配電網三級保護整定計算系統的探究與實踐

黃錦銘

摘要：開發一種基于Simulink仿真的配電網三級保護整定計算系統，能夠實現計算配電網開關保護定值、生成配電網拓撲圖并顯示開關保護定值與其上下級開關的保護定值的配合情況、計算故障電流并顯示故障發生時各級開關的保護動作情況。通過編程實現快速計算、生成配電網拓撲圖、進行故障模擬，極大地提高計算效率，同時通過模擬故障發生時各級開關的保護動作情況，可直觀核驗計算正確性，有效地提高計算正確率。

關鍵詞：配電網：三級保護：整定計算系統

一、建立配電網三級繼電保護協調配合模型

在公司現行的整定計算原則下，10kV線路已是電網的末端，各級保護級差均按照0.3s配置。通過查閱資料，將原來保護時間級差300ms減小為200ms。在不增加主變遭受大短路電流沖擊損壞風險的前提下，利用“出線+分支+分界”保護（以下簡稱“三級保護”）盡量縮小故障影響范圍。按照出線斷路器保護、分支斷路器保護、分界斷路器保護的順序逐級配合，時間級差0.2s。同時明確每一級開關整定計算原則，例如設置幾段保護，每段保護的保護范圍及動作時間，與上、下級保護定值的配合系數等，形成完善的配電網三級保護協調配合模型。

二、開發配電網三級保護整定計算系統

（一）創建整定計算圖形用戶界面

利用Matlab中的創建工具GUIDE進行GUI設計，創建用戶圖形界面，編寫MATLAB回調函數，使得所創建的用戶圖形界面完成對輸入編輯框的文本的調用、數值類型轉換，并根據建立配電網三級繼電保護協調配合模型創建公式，實現對調用的數值進行計算以及將計算結果寫入文本框等功能。

向配電設備管理人員收集配電開關實際負荷、所連接母線阻抗、母線至開關導線長度和型號、保護CT變比等參數，按照用戶圖形界面靜態文本框的指示，將開關參數輸入到指定編輯框，通過命令按鈕啟動回調函數對配電網開關進行保護定值計算，實現圖形用戶界面的執行。

（二）利用PSB電力系統模塊庫創建仿真模型，生成配電網拓撲圖

在上述計算完成后，利用Simulink中的PSB電力系統模塊庫創建仿真模型，生成配電網拓撲圖，將計算過的配電網開關在拓撲圖上顯示，并自動標注計算出的保護定值。通過編寫的回調函數計算該開關保護定值與其上下級開關的保護定值的配合情況，即定值大小是否配合、時間長短是否配合。若不配合，則返回修改開關整定計算原則，即調整各項計算原則的優先級或者上下級配合系數等;若配合，則進行下一步。

（三）進行故障電流計算并模擬故障發生時開關保護動作情況

通過Powergui模塊進行故障電流計算，并通過決策樹算法顯示故障發生時開關保護動作情況：若各級開關發生誤動、拒動、越級動作等不正確動作情況，則返回修改開關整定計算原則;若開關動作均正常，能把故障隔離在最小范圍內，即故障點上游第一個開關保護動作跳閘，其余開關正常運行，則生成相應的算稿和定值單。

三、配電網三級保護整定計算系統在應用中取得的成效

（一）有效提高了整定計算效率

配電網三級保護整定計算系統能夠集計算、拓撲、故障模擬于一體，同時具備了保護定值計算、參數輸入的編輯框和計算結果可視化顯示、故障電流計算和開發動作模擬仿真功能。在完成保護定值計算的同時也完成了正確性校驗。繼電保護整定計算人員的工作方式由手工計算改為軟件計算，工作效率大大提升，從根本上解決了計算速度和效率跟不上配電網發展速度的問題。

（二）配電網故障防御能力顯著提升

系統在公司配電網全面推廣實施后，增強了各級定值配合，提高了配網供電可靠性。10kV出線與分支、分界斷路器及用戶進線開關定值配合良好，避免發生分支、分界斷路器與進線開關拒動、誤動及越級動作事件，10kV主干線故障跳閘率顯著降低，公司配電網繼電保護管理水平和配網供電可靠性得到全面提高。

（三）提高了主網設備運行可靠性

配電網故障防御能力顯著提升有效縮小了停電范圍，快速恢復非故障區供電，提高供電可靠性。減少了變電站10kV出線開關的跳閘次數，避免變電站的主變遭受短路故障電流的沖擊，從而確保了主網設備的安全可靠運行。

國網山東省電力公司德州市陵城區供電公司，山東德州 253500