一种基于分项综合指标继电保护定值在线校核的新方法

孙 冬， 薛 勇

(国网吉林省电力有限公司 通化供电公司,吉林 通化 134001)

0 引言

继电保护可靠性的内涵包括两个方面：保护定值准确性和保护装置稳定性。其中，保护装置的稳定性取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的设计、运行、维护的水平，还可通过态检修技术进行提高。而保护定值的准确性除了依赖合理的整定计算以外，还需要在线校核技术的配合。实时的在线校核可以保证在电网运行方式变化的情况下，检验保护整定项(整定值和动作时间)，使定值仍能保持选择性、灵敏性和速动性。

上世纪70年代，我国科研人员就开始深入研究继电保护定值在线校核技术[1-3]。当前继电保护定值在线校核较多应用配置在省级较大电网中[4]，主要偏重保护灵敏度以及距离III段避免过负荷的校核，对于小地区的复杂电网结构并不适用。继电保护定值在线校核方法有很多其中基于故障点集的校核方法是以故障点为中心进行多项保护校核，但该方法容易出现遗漏现象；基于综合定值比较和保护范围比较的一二次系统联合仿真校核方法在全面校核定值全面性方面有欠缺[5]。基于保护重要度的继电保护定值在线校核方法，将线路重要度等条件考虑到了校核方法中，但由于线路重要度的情况在地方电网中变化很大导致其不具备适普性[6～8]。图形系统在继电保护定值在线校核的应用实现了校验的可视化，但是复杂的编程过程阻碍了这种方法的进一步发展[9，10]。基于动态短路电流继电保护定值在线校核使在线校验的实时性得以实现，可以更快速地对电网运行方式提出整改方案[11]，更好地解决继电保护定值可靠性的问题。本文提出了基于分项综合指标的继电保护定值在线校核方法，该方法在国家电网相关规程的基础上[12]，将保护选择性、灵敏性和速动性分项校核，统一规划，以更好地解决地区电网结构复杂，保护配置繁多的问题，使运行维护人员能得到直观的分析结果和及时的预警信息。

1 基于分项综合指标的继电保护定值在线校核方法

基于分项综合指标的继电保护定值在线校核方法是以保护定值以及保护的灵敏性、选择性、速动性是否满足要求为核心思想，利用分层的思想，依次在系统中维护保护装置所包含的装置型号、整定项以及保护原理，从而进行定值分享校核，并给出分项校核报告。数据来源主要从继电保护整定软件内部数据(一次设备电网资源功能位置、一次设备计算阻抗参数、支持两种拓扑关系的图形、保护模板及实例化保护)和调度自动化系统内部数据(一次设备电网资源功能位置、一次设备计算定额参数、支持两种拓扑关系的图形、实行运行方式状态)中提取，通过定值在线校核功能实现对保护横向时间的校核、保护纵向时序配合的校验、保护灵敏度校验、保护纵向范围校验、保护速动校验、保护整体方案评价校验、实时定值读取比较校验。

在以装置为保护单位的地区电网，保护整定项是核心，校核的本质就是研究整定项与选择性、灵敏性和速动性之间的关系，关系图如图1所示。

图1 整定项与三性之间的关系图

每一个整定项都由整定值和动作时间构成，保护的灵敏性取决于定值，速动性则由动作时间决定，保护的选择性由整定值和动作时间二者共同影响。保护的选择性在装置层面可以分为本保护装置内保护之间的配合以及不同装置之间保护的配合两种关系。故整定项的校核可细化为以下4点：

(1)按照保护速动性要求进行校核；

(2)按照保护灵敏性要求进行校核；

(3)同一装置整定值和整定时间配合时序选择性校核；

(4)不同装置之间整定值保护范围与整定时间时序的配合保证选择性校核。

2 分项校核指标的设计

2.1 保护定值横向时序校核

横向时序定值校核是指本装置内的保护定值和动作时间的配合关系的校核，应该按以下3个角度进行校核，分别为：

(1)动作时限应在规定的范围内；

(2)低时序保护的时限应比高时序时限至少相差一个级差；

(3)对于欠量起动保护低时序整定值不大于高时序整定值；对于过量起动保护低时序定值不小于高时序整定值。

2.2 保护定值纵向时序校核

保护纵向时序校核是面向相邻保护装置整定项之间的校核，因为电流保护在地区电网中被大量应用，这里以电流保护为例，对电流II段保护需要与相邻线路的I段相配合，即不同装置之间的配合，所以需要II段保护定值具有一定的延时，故其定值由延时和相邻I段保护时间决定。总的来说，校核的保护时限应大出与其配合的保护时限至少一个级差。

图2 保护定值纵向时序校核流程

2.3 保护定值灵敏度校核

灵敏度是指保护装置对于保护范围内发生故障或异常状态的反应能力，通常使用灵敏系数Ksen表示，其数值由故障量和整定值所决定。保护灵敏度校核的流程如图3所示。

图3 保护定值灵敏度校核流程

灵敏度系数在一定程度内越高越好，可以降低故障对电网带来的损害，使得电网可靠性提高，但在此基础之上必须规定下限值，使其保证在故障时稳定动作。对于成套保护装置，对于灵敏度有要求的保护都配有测量元件。装置内对于闭锁元件灵敏度要求最高，测量元件的要求最低。对于电流III段保护，方向闭锁元件的灵敏度要求要大于2，其他测量元件的灵敏度要求在1.3～1.5之间。不同的运行方式，灵敏度计算结果也不同，一般选择大于最大负荷电流的运行方式来校核灵敏度。

2.4 保护定值速动性校核

在保护整定方案的设计时，为满足选择性的要求，在整定某些保护时需要设置延时，但延时过长又会给电力系统的稳定性带来影响，所以需要对保护速动性进行校核。具体方法是先根据电网拓扑接线和被保护设备的状况事先确定保护速动性标准，然后将整定后的时限与标准进行对比，进行速动性校验。

2.5 保护定值纵向保护范围的校核

纵向保护范围的校核主要针对不同线路之间的保护，校核其是否满足选择性的要求，这是通过定值反验证保护范围的校核方法。

装置的各时序保护选择性保护范围校核，应从3个角度进行校核：

(1)对于I段保护应当单独校核最小保护范围和最大保护范围，看其是否满足要求；

(2)对于后备段保护，应计算保护定值的保护范围是否延伸到相邻设备，看其是否满足要求；

(3)对于后备段保护，首先根据电网结构确立配合关系，通过配合关系确定各保护装置之间应配合的整定项，然后通过计算，按照整定保护范围小于配合保护范围的原则，判断保护范围是否正确，其中对于保护范围的计算是关键。定值纵向保护范围校核的流程如图4所示。

图4 纵向保护范围校核流程

2.6 保护整体方案的校核

保护整定方案校核是对保护出口、死区，配合时序以及速动性校核告警信息等进行综合性校核的过程。

对整体方案的校核是对保护间配合关系的全面校核，结合地区实际保护整定方案的要求，涉及到的方面有保护项、保护范围显示、保护是否存在死区、与相邻保护配合范围是否满足要求、是否存在保护误动或拒动的可能。

3 实际应用

根据上述方法研发的地区电网保护定值在线校核与预警系统在通化地区应用，该系统基于Oracle数据库平台，使用Delphi语言开发，具有3层软件体系结构，并具有针对地区电网的故障计算、整定计算、在线校核等功能。现以实际的校核结果为例说明。

如图5所示为该系统的局部拓扑结构图，待校核线路设为L1，校核保护为电流保护。在校核过程中，根据分项指标校核方法，首先使用合理的定值进行校核，再修改定值进行第2次校核，2次结果进行对比，查看是否可以校核正确。

图5 通化电网局部拓扑结构图

首先对L1进行横向时间校核，定值正常时，L1的II段过电流整定值标幺值为0.063 A时的动作时间为0.3 s，II段过电流整定值标幺值为0.001 A时的动作时间为0.6 s。而定值异常时II段过电流整定值标幺值为0.063 A时的动作时间为0.3 s，II段过电流整定值标幺值为0.065 5 A时的动作时间为0.5 s。横向时序校核的结果如表1所示。

表1 横向时序校核结果显示

结果分析：时序校核配合不合格：II段低延时：0.3 s，Ⅲ段高延时0.5 s，高段时间不满足大于至少一个时间级差0.3 s，不符合灵敏性要求；保护定值配合校核不合格：II段低定值：0.063，Ⅲ段高定值：0.0655，低段保护定值小于高段序保护定值，选择性不满足要求。

接下来对线路L2进行纵向保护范围校核，该线路配置电流I段保护，其定值二次值为200 A，是正确保护定值，其保护范围为线路全长的93.7%。修改定值为220 A，校核结果不合格，如表2所示。

表2 纵向保护范围校核结果显示

结果分析：整定保护无保护范围，保护不起作用。

通化地区电网统计有317条线路，配有电流保护、距离保护等。以该地区总整定方案为依据，对地区中配置的相关待校核保护进行重新核算，其中横向、纵向时序校核时间分别为8 s和7.2 s，保护灵敏度和速动性校核时间分别为7 s和 6.5 s，纵向保护范围校核和保护整体方案校核时间分别为45 s和97 s(与电网复杂程度有关)。根据数据采集源和国家电网的相关规程规定，运用该方法进行在线校核的时间大大缩短，校核效率大大提高。

4 结论

本文提出的基于分项综合指标的继电保护在线校核方法是针对地区电网，将保护选择性、灵敏性和速动性独立校核，最后统一比较，校核结果显示直观，易懂，可以及时发现定值存在的问题。运用该方法设计的校核系统已成功应用于通化地区电网的继电保护在线校核业务中，对该地区的定值校核结果准确，且运行维护人员所进行的操作步骤大大减少，不仅提高了校核效率，同时减轻了工作人员的工作负担，取得了较好的成效。

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