基于海上石油平臺電網的繼電保護在線校核系統應用研究

魏曉豐 張 慧 黃 猛 劉 方 王少偉

（中海油能源發展裝備技術有限公司）

0 引言

當前海上石油平臺電網經過大規模組網之后，系統工況更加多樣，故障類型更加多變，因此對繼電保護定值的合理性提出更高的要求。然而，當前海上電力組網仍然采用傳統的離線繼電保護校核方式。在此基礎上雖然電力系統的運行工況多樣化，但當前定值整定的原則卻只是采用最大和最小運行方式來進行計算，并且石油平臺電網在多種工況下運行，而整定定值卻只有一種，存在隱患。因此開發適用于海上平臺的繼電保護在線校核系統就顯得尤為重要。通過該系統實現對石油平臺電網繼電保護定值的實時校核，本系統的建立將提升海上石油平臺現有繼電保護定值管理工作的效率，消除電網潛在定值安全隱患，并極大程度減少因保護誤動導致生產損失的可能性。

1 在線校核系統的優勢

本系統緊貼現場實際，以解決現場實際問題為出發點，在充分利用現有技術條件的基礎上實現以下優勢：

1）針對海洋石油特點開發，基于平臺實際保護裝置創建定值校驗模型，并依據海洋石油工程設計指南及電力行標制定校核標準，行業特點鮮明，針對性強。

2）在多數情況下，離線整定計算的保護定值都不夠精確合理，這必然會導致保護范圍縮小、保護延時長、失配率升高［1］。而在線校核系統運用DMS提供的實時工況，校核現場實際運行定值，對存在不合理性的定值進行告警，避免擴大電網事故范圍，造成生產損失。

3）開發具有簡單故障、復合故障、跨線故障的故障分析功能，并結合DMS的工況數據，具備校核海上石油平臺實時工況下定值合理性的功能的系統。

2 在線校核系統的總體方案設計

2.1 功能需求分析

繼電保護在線校核系統是使用Oracle數據庫，依據DMS提供的電網工況數據與制定的保護校核的規則，利用故障短路計算，以實現定值校核、整定和繼電保護數據管理的功能。該系統主要可以分為兩部分，即實時工況數據處理部分與繼電保護定值校核部分。

在線數據處理模塊重點實現“在線”，該模塊應能夠提供繼電保護校核所需的所有實時數據，如電網的實時工況數據、電網現場使用的繼電保護定值等。繼電保護定值校核模塊重點實現“校核”，該功能模塊通過系統已建立的電力系統一次模型，依據校核技術規程進行繼電保護裝置定值的在線校核。在線校核系統功能的實現需要上述兩個模塊功能的合理運行。

2.2 系統架構設計

2.2.1 系統軟件設計

系統總體分為應用層、應用服務層和數據處理層，軟件整體運行架構如圖1所示。

圖1 在線校核系統總體結構

2.2.2 系統各模塊設計

（1）系統信息維護模塊

電網信息維護模塊主要功能是對電網設備數據的維護，主要包含對一次設備拓撲和參數的維護，二次設備保護定值的數值和項目修改，以及保護校核規則的維護。

（2）故障計算模塊

故障計算模塊是該系統電力軟件的核心部分之一，其功能一是作為獨立功能模塊，進行電網故障分析；二是供校核模塊調用故障計算結果，利用該數據實現校核。系統故障計算是指在線路或母線上設置不同的故障類型，如單相故障、兩相故障等簡單故障，以及復合故障、跨線故障等，以此進行故障計算輸出故障計算結果，并提供多樣化的故障量查詢功能。

（3）校核計算模塊

校核模塊是該系統電力軟件的核心組成部分，依據設置的運行工況，進行故障計算，把計算值作為故障實測值，對保護定值、動作特性信息進行比較分析，進而得出相應結論［2］。系統根據分析要求設定電網故障點、故障類型、校核仿真級別范圍等，校核完成以后，系統自動反饋保護動作配合的合理性。

（4）實時數據處理模塊

實時數據處理模塊是該校核系統軟件的工況數據接口的核心部分，也是校核的離線與在線的核心差異。該模塊使校核系統實時接收電網運行狀態數據，保持與電網實時運行狀態一致。

2.2.3 在線校核功能實現的流程設計

在線校核是通過DMS獲取電網的實時工況，對當前電網運行中使用的繼電保護定值的合理性進行校核計算。在系統啟動在線校核時，依據校核邏輯，通過設立故障集的方式，對保護中主要動作于跳閘的定值項的“四性”進行分析。即對繼電保護定值的選擇性、可靠性、靈敏性和速動性進行分析，對存在不合理性的定值做出告警，為專業人員提供可靠的分析依據。

流程設計如圖2所示。

圖2 在線校核系統工作流程

2.2.4 在線校核實施方案

（1）校核數據來源方案（見下表）

表 在線校核實施方案

1）方案一：實時采集電網工況數據，手動搭建電網一次模型，錄入開關保護定值，工況數據文件的變化將觸發電網工況模型的變化以及對運行定值的校核分析。

2）方案二：在方案一基礎上，增加保護單導入／導出功能，系統可以導出保護定值單，供專業人員依據現場實際運行值填寫定值，定值單可導入系統，由系統自動將其與系統數據庫內定值進行比對，并對不一致項觸發警告。

3）方案三：在方案一基礎上，將手動輸入定值單變為自動讀取，該功能的實現需搭建現場微機保護通訊平臺。

（2）校核數據來源方案

故障集包括故障位置、故障類型，而對于故障位置的確定是最重要的，目前主要有兩種方式：

1）方案一：以相關國家及行業規程標準為基礎，所依據的校驗原則與之一一對應，以此完成保護定值校核。

通過綁定整定規則和整定公式、故障點位置，當進行整定計算時，通過選擇整定規則，系統自動會提供與之綁定的整定公式來進行相應計算［3］。該方案缺點是過程復雜，計算不夠全面，易出錯。

2）方案二：該方案的理念是保護性質校核，對所有裝置進行掃描式校核，故障位置主要為母線、線路和設備，校核過程啟動時，系統會根據當前的電網工況，在所有母線、線路上設置故障點，與此故障點有關聯的所有保護裝置都進行校核，進而形成故障集。該方案在于過程簡單、可靠，對靈敏度及級差校核涵蓋較全面，不易遺漏。

對比上述兩種電網系統故障設置方式的結果發現海上平臺在線校核系統應該使用方案二。

3 在線校核系統的實際應用

3.1 某海上平臺電網實際應用

繼電保護定值校核系統模型搭建完成后，海上某電力組網平臺作為應用實施基地，完成繼電保護定值在線校核系統部署，如圖3所示。校核系統網絡架構，如圖4所示。

圖3 校核系統工作流程

圖4 校核系統網絡架構

3.2 電網工況數據通訊

通信格式為“e格式”，用于讀取電網的主要開關的運行狀態。DMS電網工況數據通過映射的方式，為在線校核系統提供可識別、讀取的通訊數據文件，如圖5所示。

圖5 通訊規則“e格式”

電網狀態讀取結果對比無誤，如圖6所示。

圖6 電網工況圖

3.3 在線定值校核

在上述電網實時工況的基礎上對當前電網運行使用的保護定值進行在線校核。

3.3.1 靈敏度校核

通過系統自動設置故障點，對裝置進行靈敏度校核，對變壓器高壓側開關過流定值進行靈敏度校核，結果為5.57，滿足靈敏度要求，如圖7所示。

圖7 靈敏度校核結果

3.3.2 時序配合校核

保護的選擇性是指繼電保護裝置只將發生故障的設備切除，保證非故障設備的正常運行。為保證對上下級設備和線路有級差要求的保護裝置的選擇性，要求保護裝置的靈敏度及動作時間，應進行合理整定。校核結果如圖8所示。

圖8 時序配合校核結果

校核結果發現存在母聯開關過流保護動作時間與平臺之間聯絡線路開關VCB MD04過流保護配合級差問題。

4 結束語

隨著海上石油平臺電力組網的規模越來越大，電網所擔負的生產安全責任也越來越大，對電網的安全可靠性也提出了越來越高的要求，繼電保護作為電網安全穩定的重要保障，其定值的合理性變得尤為重要。因此，也要在現有的技術基礎上，不斷開拓新的技術以保障海上石油平臺的安全供電。