基于配電網自動化系統的線路保護整定軟件的開發與應用

喬 妮

（烏海電業局，內蒙古 烏海 016000）

0 引言

隨著內蒙古配電網自動化工程的逐步推進，自動化技術帶來的保護問題已引起更多的關注。常規配電網線路僅涉及站內一級開關的保護整定，而配電網自動化線路涉及站內出線開關、環網柜、柱上開關等三級開關的保護整定[1]，整定計算量大。傳統的由人工進行保護整定計算的方法，從基礎參數的計算、保護定值的整定到保護范圍、靈敏度的校驗，各個環節緊密相扣，任一環節出現問題均會導致后續計算結果的錯誤，需返回重新計算。定值校驗結果不滿足相關規程要求時還需改變整定原則，重新計算工作量大、耗時長。

本文針對配電網線路保護整定“繁、雜、重、慢”的現狀以及配電網自動化線路三級開關保護整定的需求，開發一款能代替人工進行保護整定計算的軟件，實現在一個計算界面內同時進行配電網線路三級開關的保護整定，降低人工進行保護整定的復雜性、繁瑣性，提高工作效率。

1 配電網線路保護配置及整定算法

1.1 保護配置

配電網線路通常配置電流速斷、過流保護兩段式保護，作為線路相間故障的保護，重合閘一般采用三相重合閘[2-3]。配電網自動化線路按保護安裝位置、接帶負荷的性質將多個開關劃分為三級進行整定[4-6]。各級開關配合關系如圖1所示。

圖1 各級開關配合關系

圖1（a）為單回線路各級保護配合關系，站內出線開關默認為一級開關，速斷保護時限取0.3 s，過流保護時限取0.45 s，各級保護逐級配合，時間級差為0.15 s。圖1（b）為具備聯絡能力的線路各級保護配合關系。可以看出，以聯絡方式運行時，被轉帶的線路各級保護時限均取0 s，保證繼電保護動作的選擇性。

1.2 整定算法

根據DL/T 584—2007《3 kV~110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》有關規定[7]，結合配電網自動化線路結構特點，確立各級開關電流速斷、過流保護的整定算法[8-14]。

（1）電流速斷保護的整定。按躲本級線路末端故障最大短路電流整定，計算公式見式（1）：

式中：Idz為電流速斷整定一次值；Kk為可靠系數，取1.2~1.3；Id.max為最大短路電流；Ij為線路所在電壓等級的基準電流；Xxt.max為系統最大運行方式的正序短路阻抗（標幺值）；Xxl為本級線路的正序阻抗（標幺值）。各電壓等級基準電流如表1所示。

表1 各電壓等級基準電流 A

保護性能分析：最小運行方式下兩相短路保護

范圍的計算方法見式（2）：

式中：Xxt.min為系統最小運行方式的正序短路阻抗。

最小運行方式下三相短路保護范圍的計算方法見式（3）：

按照DL/T 584—2007要求[7]，電流速斷的保護范圍應滿足最小運行方式下兩相短路保護范圍不小于本級線路全長的15%。

（2）過流保護的整定。按躲本線路最大負荷電流整定，計算公式見式（4）：

式中：可靠系數Kk取1.15~1.25；Kf為返回系數，取0.9；Kzqd為電動機自啟動系數，取1.5~2.5；Ifh.max為本級線路最大負荷電流。

保護性能分析時，靈敏度系數按系統最小運行方式下本線路末端故障有足夠靈敏度整定，如式（5）所示：

式中：Klm為靈敏度系數為最小方式兩相短路電流；為最小方式三相短路電流為全線路正序阻抗（標幺值）。按照DL/T 584—2007要求：200 km以上線路，Klm≥1.3；50~200 km線路，Klm≥1.4；50 km以下線路，Klm≥1.5[7]。

2 軟件的設計與開發

為了實現在一個計算界面內同時進行配電網自動化線路三級開關的保護整定計算，并提供定值的校驗功能，設計開發了基于配電網自動化系統的線路保護整定軟件，線路整定軟件總體架構如圖2所示。

圖2 線路整定軟件總體架構

2.1 軟件功能設計

線路整定軟件主要用于配電網自動化線路三級開關保護定值的整定、校驗，其功能如圖3所示。

圖3 線路整定軟件功能

2.2 用戶界面設計

配電網線路主要配置電流速斷、過流兩段式保護，保護配置簡單，整定原則、計算公式相對固定，因此，要求計算界面設計簡潔、直觀，實現配電網自動化線路三級開關保護的快速準確整定，設計過程如圖4所示。

圖4 圖形化界面設計過程

2.3 數據算法程序設計

根據1.2確立的整定算法，對輸入數據進行邏輯運算，當計算結果不滿足相關規程要求時，計算結果自動標紅。然后改變整定原則，再次進行計算，并將計算結果輸出到計算界面。數據算法程序如圖5所示。

圖5 數據算法程序

2.4 C++語言編程

基于設計好的邏輯算法，在VS.2003集成開發環境下，利用VC++6.0語言進行編程，電流速斷、過流保護整定計算程序截圖見圖6，保護范圍校驗程序截圖見圖7。

圖6 電流速斷、過流保護整定計算程序

圖7 保護范圍校驗程序

2.5 設計效果

線路整定軟件計算界面截圖如圖8所示，軟件計算界面簡潔、直觀，通過輸入計算參數，點擊“計算”按鈕，即可快速準確地實現配電網線路保護整定。另外，軟件還提供了定值校驗功能，用于保護范圍、靈敏度的校驗。

圖8 軟件計算界面

3 算例驗證

以某變電站10 kV配電網自動化線路9113濱河Ⅳ回線路為例，分別進行人工計算和軟件計算，線路結構如圖9所示。9113線路由5個環網柜組成，站內出線開關為一級開關，1號、2號環網柜為二級開關，3號、4號、5號環網柜為三級開關。線路參數如表2所示，導線型號為LGJ-185，TA變比為600/5。

圖9 9113濱河Ⅳ回線路結構

表2 10 kV配電網線路參數

3.1 人工計算

3.1.1 整定參數

大方式系統阻抗Xxt.max=0.228 5，小方式系統阻抗Xxt.min=0.379 7，線路阻抗=2.169 0；二級開關系統阻抗=1.017 2，X′xt.min=1.168 4；三級開關系統阻抗=1.411 6=1.562 8。

3.1.2 三級開關保護整定

一級開關速斷保護按躲本級線路末端最大短路電流整定，則：

二次值I′dz=7 029.1/120≈58.6，

動作時間t=0.3 s。

對保護范圍進行計算，則小方式兩相短路保護范圍為：

小方式三相短路保護范圍為：

過流保護按躲本線路最大負荷電流整定，則：

動作時間t=0.45 s。

靈敏度按小方式兩相短路進行校驗，則其靈敏度Klm為：

Klm=滿足規程要求[7]。

二級開關、三級開關整定原則、計算公式同一級開關，計算結果見表3。

表3 計算結果

3.2 軟件計算

利用開發的軟件對三級開關保護進行整定，計算結果截圖如圖10所示。

圖10 軟件計算結果

3.3 軟件計算與人工計算對比

軟件計算值與人工計算值比較結果見表4。從表4可看出，軟件計算值與人工計算結果吻合率達100%，驗證了所開發軟件的正確性與有效性。

表4 軟件計算值與人工計算值對比表

4 結語

本文針對配電網自動化線路涉及三級開關的保護整定計算量大的問題，開發了一款能代替人工算法進行保護整定計算的軟件。軟件實現了在一個計算界面內同時進行配電網線路三級開關的保護整定，計算速度快，準確率高，降低了人工計算保護定值的復雜性、繁瑣性。軟件同時提供了定值校驗功能，當計算結果不滿足規程要求時，可通過該功能進行保護范圍、靈敏度的校驗，保證下發定值的正確性與有效性，保障配電網的安全可靠運行。