配电网三级保护整定计算系统的探究与实践

黄锦铭

摘要：开发一种基于Simulink仿真的配电网三级保护整定计算系统，能够实现计算配电网开关保护定值、生成配电网拓扑图并显示开关保护定值与其上下级开关的保护定值的配合情况、计算故障电流并显示故障发生时各级开关的保护动作情况。通过编程实现快速计算、生成配电网拓扑图、进行故障模拟，极大地提高计算效率，同时通过模拟故障发生时各级开关的保护动作情况，可直观核验计算正确性，有效地提高计算正确率。

關键词：配电网：三级保护：整定计算系统

一、建立配电网三级继电保护协调配合模型

在公司现行的整定计算原则下，10kV线路已是电网的末端，各级保护级差均按照0.3s配置。通过查阅资料，将原来保护时间级差300ms减小为200ms。在不增加主变遭受大短路电流冲击损坏风险的前提下，利用“出线+分支+分界”保护（以下简称“三级保护”）尽量缩小故障影响范围。按照出线断路器保护、分支断路器保护、分界断路器保护的顺序逐级配合，时间级差0.2s。同时明确每一级开关整定计算原则，例如设置几段保护，每段保护的保护范围及动作时间，与上、下级保护定值的配合系数等，形成完善的配电网三级保护协调配合模型。

二、开发配电网三级保护整定计算系统

（一）创建整定计算图形用户界面

利用Matlab中的创建工具GUIDE进行GUI设计，创建用户图形界面，编写MATLAB回调函数，使得所创建的用户图形界面完成对输入编辑框的文本的调用、数值类型转换，并根据建立配电网三级继电保护协调配合模型创建公式，实现对调用的数值进行计算以及将计算结果写入文本框等功能。

向配电设备管理人员收集配电开关实际负荷、所连接母线阻抗、母线至开关导线长度和型号、保护CT变比等参数，按照用户图形界面静态文本框的指示，将开关参数输入到指定编辑框，通过命令按钮启动回调函数对配电网开关进行保护定值计算，实现图形用户界面的执行。

（二）利用PSB电力系统模块库创建仿真模型，生成配电网拓扑图

在上述计算完成后，利用Simulink中的PSB电力系统模块库创建仿真模型，生成配电网拓扑图，将计算过的配电网开关在拓扑图上显示，并自动标注计算出的保护定值。通过编写的回调函数计算该开关保护定值与其上下级开关的保护定值的配合情况，即定值大小是否配合、时间长短是否配合。若不配合，则返回修改开关整定计算原则，即调整各项计算原则的优先级或者上下级配合系数等;若配合，则进行下一步。

（三）进行故障电流计算并模拟故障发生时开关保护动作情况

通过Powergui模块进行故障电流计算，并通过决策树算法显示故障发生时开关保护动作情况：若各级开关发生误动、拒动、越级动作等不正确动作情况，则返回修改开关整定计算原则;若开关动作均正常，能把故障隔离在最小范围内，即故障点上游第一个开关保护动作跳闸，其余开关正常运行，则生成相应的算稿和定值单。

三、配电网三级保护整定计算系统在应用中取得的成效

（一）有效提高了整定计算效率

配电网三级保护整定计算系统能够集计算、拓扑、故障模拟于一体，同时具备了保护定值计算、参数输入的编辑框和计算结果可视化显示、故障电流计算和开发动作模拟仿真功能。在完成保护定值计算的同时也完成了正确性校验。继电保护整定计算人员的工作方式由手工计算改为软件计算，工作效率大大提升，从根本上解决了计算速度和效率跟不上配电网发展速度的问题。

（二）配电网故障防御能力显著提升

系统在公司配电网全面推广实施后，增强了各级定值配合，提高了配网供电可靠性。10kV出线与分支、分界断路器及用户进线开关定值配合良好，避免发生分支、分界断路器与进线开关拒动、误动及越级动作事件，10kV主干线故障跳闸率显著降低，公司配电网继电保护管理水平和配网供电可靠性得到全面提高。

（三）提高了主网设备运行可靠性

配电网故障防御能力显著提升有效缩小了停电范围，快速恢复非故障区供电，提高供电可靠性。减少了变电站10kV出线开关的跳闸次数，避免变电站的主变遭受短路故障电流的冲击，从而确保了主网设备的安全可靠运行。

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