基于配电网自动化系统的线路保护整定软件的开发与应用

乔 妮

（乌海电业局，内蒙古 乌海 016000）

0 引言

随着内蒙古配电网自动化工程的逐步推进，自动化技术带来的保护问题已引起更多的关注。常规配电网线路仅涉及站内一级开关的保护整定，而配电网自动化线路涉及站内出线开关、环网柜、柱上开关等三级开关的保护整定[1]，整定计算量大。传统的由人工进行保护整定计算的方法，从基础参数的计算、保护定值的整定到保护范围、灵敏度的校验，各个环节紧密相扣，任一环节出现问题均会导致后续计算结果的错误，需返回重新计算。定值校验结果不满足相关规程要求时还需改变整定原则，重新计算工作量大、耗时长。

本文针对配电网线路保护整定“繁、杂、重、慢”的现状以及配电网自动化线路三级开关保护整定的需求，开发一款能代替人工进行保护整定计算的软件，实现在一个计算界面内同时进行配电网线路三级开关的保护整定，降低人工进行保护整定的复杂性、繁琐性，提高工作效率。

1 配电网线路保护配置及整定算法

1.1 保护配置

配电网线路通常配置电流速断、过流保护两段式保护，作为线路相间故障的保护，重合闸一般采用三相重合闸[2-3]。配电网自动化线路按保护安装位置、接带负荷的性质将多个开关划分为三级进行整定[4-6]。各级开关配合关系如图1所示。

图1 各级开关配合关系

图1（a）为单回线路各级保护配合关系，站内出线开关默认为一级开关，速断保护时限取0.3 s，过流保护时限取0.45 s，各级保护逐级配合，时间级差为0.15 s。图1（b）为具备联络能力的线路各级保护配合关系。可以看出，以联络方式运行时，被转带的线路各级保护时限均取0 s，保证继电保护动作的选择性。

1.2 整定算法

根据DL/T 584—2007《3 kV~110 kV电网继电保护装置运行整定规程》有关规定[7]，结合配电网自动化线路结构特点，确立各级开关电流速断、过流保护的整定算法[8-14]。

（1）电流速断保护的整定。按躲本级线路末端故障最大短路电流整定，计算公式见式（1）：

式中：Idz为电流速断整定一次值；Kk为可靠系数，取1.2~1.3；Id.max为最大短路电流；Ij为线路所在电压等级的基准电流；Xxt.max为系统最大运行方式的正序短路阻抗（标幺值）；Xxl为本级线路的正序阻抗（标幺值）。各电压等级基准电流如表1所示。

表1 各电压等级基准电流 A

保护性能分析：最小运行方式下两相短路保护

范围的计算方法见式（2）：

式中：Xxt.min为系统最小运行方式的正序短路阻抗。

最小运行方式下三相短路保护范围的计算方法见式（3）：

按照DL/T 584—2007要求[7]，电流速断的保护范围应满足最小运行方式下两相短路保护范围不小于本级线路全长的15%。

（2）过流保护的整定。按躲本线路最大负荷电流整定，计算公式见式（4）：

式中：可靠系数Kk取1.15~1.25；Kf为返回系数，取0.9；Kzqd为电动机自启动系数，取1.5~2.5；Ifh.max为本级线路最大负荷电流。

保护性能分析时，灵敏度系数按系统最小运行方式下本线路末端故障有足够灵敏度整定，如式（5）所示：

式中：Klm为灵敏度系数为最小方式两相短路电流；为最小方式三相短路电流为全线路正序阻抗（标幺值）。按照DL/T 584—2007要求：200 km以上线路，Klm≥1.3；50~200 km线路，Klm≥1.4；50 km以下线路，Klm≥1.5[7]。

2 软件的设计与开发

为了实现在一个计算界面内同时进行配电网自动化线路三级开关的保护整定计算，并提供定值的校验功能，设计开发了基于配电网自动化系统的线路保护整定软件，线路整定软件总体架构如图2所示。

图2 线路整定软件总体架构

2.1 软件功能设计

线路整定软件主要用于配电网自动化线路三级开关保护定值的整定、校验，其功能如图3所示。

图3 线路整定软件功能

2.2 用户界面设计

配电网线路主要配置电流速断、过流两段式保护，保护配置简单，整定原则、计算公式相对固定，因此，要求计算界面设计简洁、直观，实现配电网自动化线路三级开关保护的快速准确整定，设计过程如图4所示。

图4 图形化界面设计过程

2.3 数据算法程序设计

根据1.2确立的整定算法，对输入数据进行逻辑运算，当计算结果不满足相关规程要求时，计算结果自动标红。然后改变整定原则，再次进行计算，并将计算结果输出到计算界面。数据算法程序如图5所示。

图5 数据算法程序

2.4 C++语言编程

基于设计好的逻辑算法，在VS.2003集成开发环境下，利用VC++6.0语言进行编程，电流速断、过流保护整定计算程序截图见图6，保护范围校验程序截图见图7。

图6 电流速断、过流保护整定计算程序

图7 保护范围校验程序

2.5 设计效果

线路整定软件计算界面截图如图8所示，软件计算界面简洁、直观，通过输入计算参数，点击“计算”按钮，即可快速准确地实现配电网线路保护整定。另外，软件还提供了定值校验功能，用于保护范围、灵敏度的校验。

图8 软件计算界面

3 算例验证

以某变电站10 kV配电网自动化线路9113滨河Ⅳ回线路为例，分别进行人工计算和软件计算，线路结构如图9所示。9113线路由5个环网柜组成，站内出线开关为一级开关，1号、2号环网柜为二级开关，3号、4号、5号环网柜为三级开关。线路参数如表2所示，导线型号为LGJ-185，TA变比为600/5。

图9 9113滨河Ⅳ回线路结构

表2 10 kV配电网线路参数

3.1 人工计算

3.1.1 整定参数

大方式系统阻抗Xxt.max=0.228 5，小方式系统阻抗Xxt.min=0.379 7，线路阻抗=2.169 0；二级开关系统阻抗=1.017 2，X′xt.min=1.168 4；三级开关系统阻抗=1.411 6=1.562 8。

3.1.2 三级开关保护整定

一级开关速断保护按躲本级线路末端最大短路电流整定，则：

二次值I′dz=7 029.1/120≈58.6，

动作时间t=0.3 s。

对保护范围进行计算，则小方式两相短路保护范围为：

小方式三相短路保护范围为：

过流保护按躲本线路最大负荷电流整定，则：

动作时间t=0.45 s。

灵敏度按小方式两相短路进行校验，则其灵敏度Klm为：

Klm=满足规程要求[7]。

二级开关、三级开关整定原则、计算公式同一级开关，计算结果见表3。

表3 计算结果

3.2 软件计算

利用开发的软件对三级开关保护进行整定，计算结果截图如图10所示。

图10 软件计算结果

3.3 软件计算与人工计算对比

软件计算值与人工计算值比较结果见表4。从表4可看出，软件计算值与人工计算结果吻合率达100%，验证了所开发软件的正确性与有效性。

表4 软件计算值与人工计算值对比表

4 结语

本文针对配电网自动化线路涉及三级开关的保护整定计算量大的问题，开发了一款能代替人工算法进行保护整定计算的软件。软件实现了在一个计算界面内同时进行配电网线路三级开关的保护整定，计算速度快，准确率高，降低了人工计算保护定值的复杂性、繁琐性。软件同时提供了定值校验功能，当计算结果不满足规程要求时，可通过该功能进行保护范围、灵敏度的校验，保证下发定值的正确性与有效性，保障配电网的安全可靠运行。