继电保护整定计算软件的通用性研究

继电保护整定计算软件的通用性研究杨增力,石东源,杨雄平,谢　俊,段献忠(华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,湖北省武汉市430074)摘要:在介绍继电保护整定计算软件一般功能组成的基础上,从运行方式组合、阶段式保护配合计算、保护装置定值项整定计算和定值通知单4个方面对整定计算软件的通用性问题进行了详细探讨,指出将整定原则的可选性与整定原则的自定义相结合是解决整定计算软件通用性问题的一个很好的途径。

另外,给出了基于VBScript 和Excel 技术的通用继电保护整定计算软件的整体解决方案,采用该方案开发的继电保护整定计算软件可大大减小软件维护的工作量,具有很强的通用性和可扩展性。

该系统已成功应用于多家省网级和地区级电力系统继电保护部门,应用效果良好。

关键词:继电保护;整定计算;通用性;方式组合;原则自定义中图分类号:TM774收稿日期:2007201210;修回日期:2007203205。

0　引言电网继电保护整定计算具有较强的地方特色,不同电网根据自身的电网结构及整定计算经验,在整定规程的基础上形成了具有地方特色的整定计算原则。

为了满足不同用户的需求,目前的许多整定计算软件都是针对具体用户和具体要求开发,导致整定计算软件的开发周期长、生命周期短、维护工作量大、可扩展性差。

因而,这种具有地方特色的整定计算原则给继电保护整定计算软件的通用性带来了很大的困难,在一定程度上制约了整定计算软件的推广。

继电保护整定计算是一项复杂的工作,包括阶段式保护配合计算和保护装置定值项整定计算2部分。

阶段式保护配合计算涉及到的定值往往需要保护之间的相互配合,主要包括零序电流保护、相间距离保护和接地距离保护的各段定值,计算比较复杂,往往需要较多的人工参与。

保护装置定值项整定计算涉及的定值往往仅仅与具体的保护装置相关,如启动量、控制字等,这些量不需要配合,计算相对简单。

为了获得合理的保护定值,运行方式组合是整定计算的基础,同时,定值通知单的生成也是继电保护整定计算的重要组成部分。

本文首先从运行方式组合、阶段式保护配合计算、保护装置定值项整定计算和定值通知单4个方面对整定计算软件的通用性问题进行了详细探讨,给出了基于VBScript 和Excel 技术的通用继电保护整定计算软件的整体解决方案。

1　整定计算软件的功能继电保护整定计算是电力生产运行中必不可少的工作。

自20世纪70年代以来,利用计算机技术提高整定计算工作效率的研究一直受到人们的重视[125]。

整定计算软件一般主要由以下5个功能模块组成:1)网络拓扑结构管理模块。

随着计算机技术的发展,网络拓扑结构的图形化管理成为一种必然的趋势,且目前已经被普遍采用。

网络拓扑管理与图形显示可以提供给用户简单实用的电力系统网络拓扑结构编辑、管理工具和方便快捷的图形操作手段。

通过图形系统,用户能够快速完成拓扑接线图的绘制、修改,并实现人机交互的大部分操作。

2)网络参数管理模块。

该模块主要管理电网一次设备的参数,如线路正序、零序电阻和电抗等与整定计算相关的数据。

为了方便用户的使用及减少数据出错的概率,网络参数应具有多样化的输入方式并保证数据的一致性。

3)故障计算模块。

该模块作为整定计算软件的重要组成部分,主要有2个功能:一是作为单独的功能模块,供系统故障分析使用;二是作为整定计算的重要组成部分,供整定计算使用。

供故障分析使用的故障计算模块,一般应具备强大的故障处理能力,可以处理各种类型的简单故障和复杂故障,如简单接地故障、断线故障、跨线故障和多重复杂故障等。

而供整定计算使用的故障计算模块由于需要处理大批量的运行方式和故障,对故障计算速度提出了很高要求。

4)整定计算模块。

整定计算功能是计算保护装置所需要的各项定值,并形成定值通知单。

按照具98第31卷　第14期2007年7月25日 Vol.31　No.14J uly 25,2007体的功能,整定计算可包含运行方式组合、阶段式保护配合计算、保护装置定值项整定计算及定值通知单生成几个部分。

运行方式组合是整定计算的基础,是保证保护在各种常见运行方式下都能够正确动作的必要手段。

阶段式保护配合计算和保护装置定值项整定计算是计算保护定值的2个重要部分,只是所计算的定值项不同。

定值通知单将具体保护装置所涉及的定值汇总供现场人员更改保护定值和定值备份用。

整定计算软件一般提供自动和人工2种计算模式:在一般情况下采用自动计算模式,自动选择运行方式并完成全部计算工作;在特殊情况下,为保证计算结果的可行性,可以人工选择运行方式或人工调整配合状态来完成定值的人工计算。

5)附加功能模块。

该模块提供给用户其他一些辅助功能,如形成阻抗图、保护配置图、原始定值图、计算定值图等图形和数据的导入、导出功能等。

2　整定计算的通用性分析2.1　运行方式组合的通用性在继电保护整定计算过程中,必须进行方式组合,即从系统可能出现的各种运行方式中挑选出极端运行方式进行故障计算及定值整定,从而保证系统运行方式变化时保护动作的正确性[628]。

随着电网规模的扩大,系统可能出现的运行方式将越来越复杂,单独依靠程序来自动组合运行方式有可能无法考虑到特殊的运行方式,单独依赖工作人员手工设置运行方式则工作量太大。

因而,通用的运行方式组合应该采用程序自动处理和人工自定义相结合的模式,即由程序通过自动的运行方式组合选择常规的运行方式,而对于特殊的运行方式则通过人工自定义来完成。

这样既可以保证运行方式选取的正确性,又可以减轻工作人员的工作量。

运行方式组合通用性的难点在于如何通过程序自动组合出各种可能的苛刻运行方式,而运行方式的多样性与电源的结构配置、检修计划及安全稳定考虑密切相关。

在现有的整定计算中,运行方式组合一般通过在系统基本运行方式的基础上,考虑保护对侧或背侧母线上元件运行方式的切换进行组合来确定可能的运行方式。

系统运行方式由系统基本方式、线路方式、发电厂运行方式、变电站运行方式和区域方式5种方式组合而成。

系统基本方式可以根据系统的实际情况设定;线路方式基本上分为投运或停运(对于互感线路还可能出现挂检的方式);发电厂和变电站运行方式可以根据实际运行情况分为大、中、小等若干种方式;区域方式亦根据实际运行情况设置,它一般只在大区电网中才会用到,如对南方电网而言,可以把广东电网、广西电网等管辖范围内的省级电网当做一个区域。

在各种元件方式确定的条件下,系统可能出现的运行方式可通过这些元件方式的组合得到。

为了实现运行方式组合的通用性,运行方式组合原则必须具有足够的灵活性,即通过一些简单的设置即可实现所需要的运行方式组合,而不需要通过修改程序来实现。

需要设置的运行方式组合细节主要包括以下10个方面:1)故障类型设置。

故障类型一般包括单相接地、两相接地和三相短路以及是否需要考虑保护相继动作的情况,具体设置取决于具体的整定项。

2)故障点位置设置。

根据预备量类型设置故障点位置,主要是因为不同的预备量涉及到的具体故障点位置不同。

如线末故障最大、最小零序电流,故障点一般设置在线路末端(或对侧母线),而与相邻线路配合的助增系数则一般设置在相邻线路末端(或对侧母线)。

3)是否考虑相继动作设置。

根据需求及线路具体的保护配置情况,灵活设置是否考虑相继动作。

4)轮断母线设置。

主要是指明哪些母线上的元件需要参与运行方式组合。

5)轮断线路数目设置。

对于线路,一般采用N-1原则进行轮断,但随着母线出线的增加,线路的轮断不再局限于N-1原则,有的省网已经采用N-2或N-3原则。

因而,通用的方式组合应该可以根据母线上所连线路数目灵活设置同时轮断线路的最大数目。

6)电厂组合级数设置。

主要是指明哪些母线上的电厂参与方式组合。

保护所在线路两侧母线为1级,其他依次类推。

7)变电站组合级数设置。

主要是指明哪些母线上的变电站参与方式组合。

保护所在线路两侧母线为1级,其他依次类推。

8)区域方式组合级数设置。

主要是指明哪些区域参与方式组合,需要对区域间联络线和普通输电线路分别设置。

9)相邻的高电压等级线路(通过变压器与轮断母线跨电压等级连接)是否参与轮断及其具体的轮断原则设置。

10)高电压等级的发电厂和变电站方式的切换是否作为一个轮断元件设置。

通过上述几项设置或选择,基本可以得到需要的运行方式组合原则,在一定程度上实现了运行方式组合的通用性。

当然,这种通用性的考虑仅用于确定参与组合方式的元件的范围,在这些范围内,可以采取一些优化算法[6,829],从而避免扫描和枚举方式的低效率。

09 2007,31(14) 2.2　阶段式保护配合计算的通用性阶段式保护配合计算一般是在《电网继电保护装置运行整定规程》(以下简称《规程》)所规定的“逐段整定、逐级配合”的原则下进行。

针对《规程》中提供的简化接地距离保护整定计算方法,文献[10]提出了一种更精确的计算方法。

但各电网根据自身的电网结构及整定计算经验,在《规程》规定原则的基础上形成了具有地方特色的阶段式保护配合计算原则。

虽然阶段式保护配合计算原则被地方化,但仍有规律可循。

通过对各省、网级电网及地区电网阶段式保护配合计算原则的分析可知,阶段式保护配合计算原则主要由以下几个部分组成:1)配合原则。

分为与相邻线路保护配合的原则和与相邻变压器保护配合的原则。

2)非配合原则。

这部分原则主要与保护自身的一些量相关,不涉及到相邻的保护,如零序电流保护最大,最小零序电流和距离保护躲负荷阻抗等。

3)阶段式保护段数的设置。

用户可以根据实际需要设置某个保护总的段数及具体的保护段,如对于零序电流保护,很多电网已经不再完全使用Ⅳ段式,而采用Ⅲ段式,或者仅保留其中的Ⅱ段或Ⅰ段。

4)保护失配时的处理原则。

随着网络的复杂化,灵敏性和选择性有时不能同时满足,这种情况下保护就处于失配状态。

保护失配状态的处理原则分为保灵敏度、保选择性和保级差3类。

5)新旧定值比较原则。

为了保证保护系统的定值稳定性,在整定计算过程中一般避免大范围地更改保护定值,而保护定值是否更改则根据新旧定值比较原则来确定。

新旧定值比较原则一般是从保护定值的灵敏性、保护动作时间以及保护新旧定值的相对变化率3个方面考虑。

对保护原则的归纳和总结有助于整定计算通用性的研究,但并不能完全解决整定计算的通用性问题。

整定原则的自定义及整定计算程序的自动处理是解决整定计算通用性必不可少的手段。

在整定原则上,宜采用原则可选和原则自定义相结合的方式,从已归纳的原则中选择形成具体的整定原则,而特殊的整定原则则通过自定义来实现。

2.3　保护装置定值项整定计算的通用性保护装置定值项整定计算所涉及的定值项与具体的保护装置密切相关。

虽然这些定值项的计算由于不涉及保护之间的相互配合而相对简单,但保护装置的多样性以及不同保护装置定值项整定原则的不同,给保护装置定值项整定计算的通用性带来了很大的挑战。