继电保护整定计算方法的研究及优化

引言

随着我国经济的快速发展,人们的生活质量要求越来越

高,而电力系统的稳定与否直接关系到人们的生活质量,因此,保障电力系统的稳定性变得至关重要。继电保护装置作为电力系统的主要保护装置,在保证电力系统的稳定性方面发挥着巨大作用。当电力系统发生故障或者异常时,继电保护装置能够快速检测到故障点并做出相对准确的动作,最大程度地保证电力系统的稳定和完整,减少损失,维护用户的利益。

1继电保护原理概述

继电保护装置的主要作用就是对电力系统中的故障和异常进行监测,然后发出报警信号给工作人员,让值班员人为消除故障,或在最短时间内和最小区域内自动将故障点隔离或切除,以减轻或避免其他设备的损坏,保障邻域地区供电的稳定。通常当电力系统发生故障时,系统中的电流、电压、相位角、功角、频率和测量阻抗都会发生变化,甚至当系统发生不对称故障时,出现相序分量和功率方向的变化,这些都可以作为继电保护装置判定被保护元件状态的依据。另外,除反映各种电气量的保护以外,还有根据电气设备的特点实现反映非电量的保护,当绕组多相短路、匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良时,电力线路中应该有瓦斯保护、过热保护等装置,确保电力线路的稳定性与安全性。

微机继电保护装置一般由三部分组成,分别是测量单元、逻辑单元和执行单元,当继电保护的范围确定后,需要在范围内进行设置,比如根据发生故障的强弱做出跳闸、风险预警、不动作等反应。在执行单元中,主要是根据逻辑判断单元给出的指令进行执行,确保继电保护装置的可靠性、灵活性等。

2继电保护整定计算方法

2.1继电保护的基本要求

继电保护装置为了完成任务需要满足4个基本要求,即可靠性、灵敏性、选择性和速动性。

(1)继电保护可靠性是指其对电力线路、用电器等故障保护精准,在使用过程中,不会出现由于误动而导致电流被切断等问题。

(2)继电保护灵敏性是指当系统中出现故障时,继电保护装置能够在第一时间做出反应,保护用电设备。

(3)继电保护选择性是指在发生故障后,首先应该由发生故障的用电器本身做出相应的反应,当用电器的保护器发生拒动后,相邻的设备才被允许做出反应。

(4)继电保护速动性是指当电力系统发生故障后,继电保护装置能够在第一时间对故障进行切除,将由于电路故障造成的损失降到最低。

2.2整定方法及整定步骤

继电保护整定计算模式主要有离线模式和在线模式两种,其中离线模式主要包括完全人工计算、半人工计算和全计算机计算三种。全人工计算是指继电保护整定技术人员通过对区域电网的网络拓扑结构进行分析和计算,得出相关的短路电流和分支系数,最后根据整定规则和实际要求对保护值进行整定。半人工计算则是由计算机软件先计算出线路相关的故障电流,然后由人工进行保护整定值的计算。全计算机计算则完全由计算机软件来代替人工进行继电保护的整定工作。

整定计算在线模式主要依赖于微机保护、电力通信技术和在线继电保护整定计算软件的开发。它能够根据电力系统运行方式的变化,对保护定值进行动态在线整定,调整各线路保护段保护值的配合问题,同时还能校验保护定值的灵敏度。随着目前电力通信技术越来越成熟,在线继电保护整定技术已得到越来越多的应用,特别是自适应继电保护在线整定,它能够根据电力系统运行方式的改变,实时地对继电保护定值进行修改,保证继电保护装置的最佳保护性能。同时在其他性能方面,它相比离线整定有很大的优势。离线整定和在线整定性能对比如表1所示。

表1离线整定和在线整定性能对比

3目前继电保护整定计算方法存在的不足和优化

3.1断相口开路电压计算问题

在对电力系统进行继电保护整定计算时,需要计算电网络中的电流和电压等电气量,特别是出现概率较大的由于电力系统震荡引起的非全相运行,需要对其正序网络进行开路电压计算。因此,可以将系统中各发电机的等值电势和等值电阻用相应符号表示,当系统任意线路发生非全相运行时,运用叠加定理可以求出正序网络的开路电压。虽然这个过程可以很精确地计算出开路电压值,但是计算量过大,不能运用在大规模电力系统中。

为了解决这个问题,首先运用网络H参数法,将网络结构的影响考虑进来,把电力系统震荡过程中的发电机分成两个震荡群,同时,将端口选择为正序网络断相口和两个震荡群机组等效电动势端口。最后应用双口网络H参数的计算方法得出开路电压。

3.2分支系数计算问题

在开展继电保护整定计算时,必须充分考虑到分布式电源变化对分支系数的影响,如果没有严谨选择合适的分支系数,会导致计算出的整定值有很大的误差。

为了能选择合适的分支系数,在计算分支系数之前,要充分、全面地考虑到各方面因素,当分布式电源发生变化时,要修改旧数据,重新计算更新数据,保证分支系数的准确性,最大程度地减小分支系数的计算误差。

3.3运行方式选择存在的问题

电力系统运行方式是影响继电保护整定的重要因素,一般在进行继电保护整定时只是将继电保护所在的母线进行隔离,并没有考虑到其他运行方式对整定的影响,这样会造成保护范围过大。找到电力系统的极端运行方式是进行继电保护整定的关键一步,一般都是通过对保护所在的线路进行轮流开断的方法来查找,然而在某些情况下这种方法无法找到电力系统的极端运行方式。

为了能找到电力系统的最不利运行方式,运用计算机来完成继电保护整定值的计算。计算机可以完成开断线路,根据开断线路所造成的扰动域来判断继电保护整定值的计算范围,只有这样才能准确查找出电力系统的最不利运行方式。

3.4励磁涌流问题

励磁涌流问题主要发生在变压器中,特别是在变压器空投的过程中,变压器铁芯内磁通量会产生很大改变,产生非周期性的励磁电流,导致铁芯内部处于饱和状态,使励磁电流出现大幅度增长,其主要特点是:(1)非周期分量占较大的比例,出现涌流后,一般会聚集在时间轴端。(2)高次谐波比例较大,多为二次谐波。(3)励磁涌流波形出现间断角。(4)励磁涌流的初始阶段数值比较大,然后渐渐减弱。

典型波形如图1所示,其中CT变比为1500/1,从上至下波形分别为:主变高压侧A相最大一次有效值Ia=1035A、主变高压侧B相最大一次有效值Ib=360A、主变高压侧C相最大一次有效值Ic=795A、主变接地中性线N相最大一次有效值I0=390A、高厂变高压侧A相最大一次有效值I-a=555A。

图1500kV主变空投时相关电流录波图

由于励磁涌流中的非周期分量,特别是二次谐波会随着时间延长而衰减,利用这个特点,当前国内大型变压器差动保护大多采用二次谐波制动比来防止误动,根据经验,一般整定为15%~20%。鉴于大型变压器空投后引起过多次变压器差动保护误动的事实,以及实际上大型变压器二次谐波比例越来越小,电网公司建议必要时可将变压器差动保护二次谐波制动比调整为12%。

3.5保护出口整定问题

实际工作中往往重视继电保护定值的整定计算,但是容易忽视对保护出口的整定问题。在传统的发变组整定计算中,对发变组全停、解列、解列灭磁、跳分支开关等比较重视,但是随着机组容量的增加和继电保护与安全自动装置的不断融合,在保护出口的整定中,尤其要关注启动失灵、启动远跳、启动分支快切、闭锁分支快切、关主汽门甚至锅炉全燃料失去(MFT)等功能的整定,通过保护定值整定和保护出口整定的完美配置,保证继电保护装置的可靠性。

4结语

继电保护作为电力系统中的主要保护装置,在保证电力系统稳定性、安全性和可靠性方面起着不可替代的作用,因此提高和改善继电保护装置的性能十分必要。其中,对继电保护整定值计算方法的研究十分重要,它关系到保护装置的准确性和灵敏性。目前我国电网系统变得越来越庞大和复杂,继电保护整定在实践过程中遇到了不少问题,继电保护整定计算既是一门理论学科,又是一门实践学科,我们需要理论联系实际,不断发现并善于总结问题,最终找到解决途径,保证继电保护装置的稳定运行,提高电力系统的可靠性。