CN103107509A

CN103107509A - 基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法

Info

Publication number: CN103107509A
Application number: CN2013100627723A
Authority: CN
Inventors: 尤田柱
Original assignee: Individual
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Jilin Electric Power Corp
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: CN103107509B

Abstract

基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，涉及电力系统继电保护领域，在电子表格中建立基础数据维护模块、参考定值生成模块和保护定值校验模块，计算程式按整定计算原则固定编辑在模块中；人工维护基础数据，自动调用维护后的基础数据至参考定值生成模块，按整定计算原则形成若干待用数据并与其他数据构成运算数据，再用参考定值生成计算程式对运算数据进行计算得到保护参考定值的不同项和保护性能报告；自动调用保护定值有关项至保护定值校验模块，用定值校验计算程式分析并输出校验评价报告，当保护定值超出设定值范围时，予以警示。该方法消除了误整定，精准度高，误差小，实现非人工全自动整定计算校验，自助维护升级。

Description

基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法

技术领域

本发明涉及电力系统的继电保护技术领域，具体涉及一种基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法。

背景技术

目前，电力系统继电保护的误整定主要体现在计算管理和现场调试两个方面，而电力系统继电保护定值的整定计算主要采用以下两种方式：一是利用计算器、计算机等全人工计算，这种方式产生的误整定与数据隔离方式及手动计算过程不无关系，也就是说计算所需数据相互独立，计算时根据需要取用，没有建立起关联关系，其中的参数数据管理、算式方案选取、代数舍入处理、结果正误检查和定值性能验算等过程均为人工操作，造成了出错率高、误差大；二是利用专用整定计算软件辅助人工计算，在软件中纳入了典型设备的参数数据，典型保护装置的类型及对应的算式，这种方式虽然方便，但是典型设备参数与具体设备名牌参数不尽吻合，存在技术误差。这两种方式的整定计算过程中的每个步骤都需要人工操作，每步操作都需要取用相关数据，并且采用保留有效位的方式处理中间数据，即四舍五入，多次换算后不可避免的会产生一定误差；又由于每套定值都有若干组整定项，每组整定项的计算又需要经过若干个步骤，因此整个的整定计算及校验过程将耗费大量时间和精力。为了彻底解决继电保护定值整定计算过程存在的误整定以及误差大的问题，也为了更好地适应创新管理的时代要求，除了需要整定计算人员进一步提高专业技能和责任心外，更需要保证继电保护定值的整定计算及校验结果的正确性和可靠性，因此如何保证对继电保护定值进行正确地整定计算及校验成为了当今研究的热点。

发明内容

为了解决现有采用手动型人工方法对继电保护定值进行整定计算存在的误差大、耗时长的问题，本发明提供一种基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，该方法消除了电力系统继电保护的误整定，提高了整定计算的精准度。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，该方法的条件和步骤如下：

步骤一、在电子表格中建立基础数据维护模块、参考定值生成模块和保护定值校验模块，将参考定值生成计算程式按照不同电网设备及保护装置确定的整定计算原则固定编辑在参考定值生成模块中的与各个保护段的保护参考定值项所对应的地址单元格中；将定值校验计算程式按照不同电网设备及保护装置确定的整定计算原则固定编辑在保护定值校验模块中的与各个保护段的保护定值有关项所对应的地址单元格中；

步骤二、对基础数据维护模块中的基础数据进行人工维护更新；基础数据维护模块主要由分别以数值或算式形式存在的相互独立的六个数据包，包括变压器主参数、互感器主参数、线路阻抗参数、系统阻抗参数、保护定值有关项和运行方式说明；

步骤三、将维护更新后的基础数据自动调用至参考定值生成模块中，按照与步骤一中对应的电网设备及保护装置确定的整定计算原则，首先形成若干组待用数据，与整定计算所需其他数据构成运算数据，然后采用参考定值生成计算程式对运算数据进行精确计算，得到保护参考定值的不同项，对其进行分析得到保护性能报告；

步骤四、将基础数据维护模块中的保护定值有关项自动调用至保护定值校验模块中，采用定值校验计算程式对保护定值有关项进行逻辑分析和判断，输出校验评价报告，当保护定值超出根据整定计算原则的设定值范围时，对保护定值予以警示。

所述整定计算原则为电网及设备正常运行时的方式作为继电保护定值整定计算及校验的原则方式。

所述运行方式说明根据调度年度方式安排编制，包括正常运行方式、临时运行方式和非正常运行方式；

所述正常运行方式为电网及设备正常运行时的方式；

所述临时运行方式为电网、设备发生故障时确定的临时方式；

所述非正常运行方式为除电网及设备正常运行方式以外的其他方式。

所述其他数据包括标幺值、基准容量、基准电压、基准电流和基准阻抗。

所述参考定值生成计算程式和定值校验计算程式以电子表格中包括的所有函数式为基础进行编程。

利用本发明的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法对四边形特性阻抗电阻分量R_Z进行整定计算及校验的具体过程如下：

（1）以电阻R和电抗X为横纵坐标建立二维坐标轴，与电阻整定线L_R和电抗整定线L_X围成四边形，电阻特征值体现为电阻整定线L_R的倾角α，电抗特征值体现为电抗整定线L_X的倾角β，对应L_R的倾角为α=60°；对应L_X线的斜率为tanβ=-1/8，即β=7°；

（2）电阻分量R_Z的整定及可靠系数K_k的选取：电阻分量R_Z的整定计算原则是躲最大负荷，采用电流互感器的额定值来确定最大负荷；

R_Z的计算式为：R_Z=U_min/(K_k×I_max)，其中：U_min为母线最小运行电压，取为90%的额定电压；K_k为可靠系数，取为1.8~2；I_max为最大负荷电流，取为过载50%的极限值；对于电流互感器二次额定电流为5A的保护，直接设定为：R_Z=0.9U_e/（1.8~2）1.5I_e=0.9×100/（（1.8~2）1.5×5）=12/（1.8~2）=6.7~6（Ω）；

在灵敏度足够高情况下，R_Z的二次值取6Ω，以保证任何情况下保护装置都不会误动作，K_k取2，最大极限负荷阻抗为Z_m＝K_k×R_Z=2×6=12（Ω）；

对于电流互感器二次额定电流为1A的保护，则R_Z取为30Ω，若灵敏度低，且实际最大负荷又远小于极限负荷，则可适当调大R_Z；

（3）电阻分量可靠系数真值返校：K_k是以负荷阻抗角按0°计算的原始设定的矢量模值，当K_k取2时，最大极限负荷阻抗Z_m＝K_k×R_Z=2R_Z，可靠系数裕量K_δ=（Z_m-R_Z）/Rz=1；实际负荷阻抗角Ψ并非为0°，其最大值按30°分析，用L_S线表示最大负荷临界线，在最大负荷临界线L_S与电阻整定线L_R的共同作用下，可靠系数K_k便产生了变异，实际的可靠系数裕量小于1；

用最大极限负荷阻抗Z_m在最大负荷临界线L_S上的映射等效点S到电阻整定线L_R的垂距DS表示可靠系数裕量真值，其大小可通过下列方法求取：

第一步：建立L_R和L_S两线的函数式，联立求解，得到交点C（R，X）坐标值：

\{\begin{matrix} L_{R} : X = \tan (α) R - R_{z} \tan (α) \\ L_{S} : X = \tan (Ψ) R \end{matrix}\}

联立

代数求解得C点坐标：

C : R = 1.5 R_{Z}, X = 0.5 \sqrt{3} R_{Z}

第二步：求解OC和CS模值大小

CS = OS - OC = 2 R_{Z} - \sqrt{3} R_{Z} = (2 - \sqrt{3}) R_{Z}

第三步：通过相似比算出DS模值

DS/X=CS/OC(相似三角形)

DS = X * CS / OC = 0.5 \sqrt{3} R_{Z} * (2 - \sqrt{3}) R_{Z} / \sqrt{3} R_{Z}

舍入得：

DS=0.134R_Z

求得可靠系数裕量真值为K_δ=DS/R_Z=0.134，变异后的实际可靠系数为真值1.134，与计算时所选定的2发生较大变异，R_Z宜小不宜大。

利用本发明的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法对四边形特性阻抗电抗分量X_Z进行整定计算及校验的具体过程如下：

（1）以电阻R和电抗X为横纵坐标建立二维坐标轴，利用电阻整定线L_R和电抗整定线L_X围成四边形，电阻特征值体现为电阻整定线L_R的倾角α，电抗特征值体现为电抗整定线L_X的倾角β，对应L_R的倾角为α＝60°；对应L_X线的斜率为tanβ=-1/8，即β=7°；

（2）电抗分量X_Z的整定：按照确定的整定计算原则计算的Ⅰ~Ⅲ段电抗分量X_Ⅰ~X_Ⅲ不能直接设定，L_X线倾角β使得整定值X_Z要大于计算值X_J，需予补偿，补偿度根据L_X线倾角β和线路阻抗角Φ换算，L_X线上Z点对应的X坐标为计算值X_J，保护装置整定值则为X_Z，补偿值为X_Z-X_J，L_X线倾角β所对应的斜率绝对值为1/8，Φ为线路阻抗角，借助三角形△ZX_JX_Z可列出算式：

补偿值△X=X_Z-Z_J=ZX_J×tan(β)=ZX_J/8=X_J/tan(Φ)/8=X_J/8tan(Φ)；即，保护装置的电抗分量X_Z的实际整定值为：Xz=X_J(1+1/8tan(Φ))；

（3）电抗分量灵敏度双值筛选：点K是阻抗灵敏度校验点，临界点K_a和K_b表示点K在水平线上的移动范围，电网导线的阻抗角范围为30°～80°，将临界点K_b作为电阻分量灵敏度的零值点予以监视，若点K逼近K_b甚至越出四边形外，可以抬高电阻分量R_z的值、提出校验报告或进行技改来保证保护装置的动作行为；自点K分别向两边做垂线，得到垂点M₁和M₂，KM₁表示电抗分量X_Z的裕量，KM₂表示电阻分量R_z的裕量，建立生成计算程式分别求解；

①电抗分量X_Z的灵敏度裕量的求解：

整定计算时的阻抗综合灵敏度系数K_z=OZ/OK，阻抗Z的裕量为KZ=OZ-OK，阻抗Z的裕量比为KZ/OK；

电抗分量X_Z的裕量为KM₁=KZ×sin(Φ+β)=X_K/sin(Φ)×(K_Z-1)sin(Φ+β)，则裕量比KM₁/OK，即为电抗分量X_Z的灵敏度裕量δ_X：δ_X=(K_Z-1)sin(Φ+β)；

Φ角越小，δ_X值也越小，变异效果越明显，与Φ(30°～80°)对应的sin(Φ+β)值的范围是：0.6～0.9986，即变异后X分量灵敏度裕量是原裕量的0.6~0.9986倍；整定计算时取用的阻抗综合灵敏度系数为K_z=1.5=1+0.5，实际的灵敏度变异为K_X=1+0.5×(0.6~0.9986)=1.3~1.4993；

②电阻分量R_z的灵敏度裕量的求解：

利用点K(R_K，X_K)到L_R线的距离公式，导出用X_K表示的电阻分量R_z的灵敏度裕量，求导过程如下：

点、线式：

\{\begin{matrix} L_{R} : \tan (α) R - X - \tan (α) R_{Z} = 0 \\ K (R_{k}, X_{K}) \end{matrix}\}

得点线距式如下：

{KM}_{2} = \frac{| {(\tan (α) / \tan (φ) - 1)}^{*} X_{K} - \tan {(α)}^{*} R_{Z} |}{\sqrt{t^{2} an (α) + 1^{2}}}

代入α=60°，整理得：

{KM}_{2} = \sqrt{3} / 2 | (1 / \tan (φ) - \sqrt{3} / 3) X_{K} - R_{Z} |

为电阻分量的裕量

裕量比为KM₂/OK，即为电阻分量R_z的灵敏度裕量δ_R，其中OK=X_K/sin(Φ)，则：

δ_{R} = {KM}_{2 *} \sin (φ) / X_{K} = \sqrt{3} / 2 | R_{Z} / X_{K} - 1 / \tan (φ) + \sqrt{3} / 3 | * Sin (φ)

点K的位置与线路阻抗角Φ有关，Φ角越大灵敏度裕量也越大，最大线路阻抗角80°下对应的灵敏度裕量为：0.342+0.852×R_Z/X_K，此时对应于K_a点；Φ角越小灵敏度裕量也越小，当L_Z与L_R相交时，对应于交点K_b的灵敏度裕量变为0，该交点定义为电阻分量灵敏度的零值点，零值点坐标的电阻值R₀和阻抗角Φ₀算式为：

R₀=R_Z+X_K/tan(α)；

Φ₀=atan(X_K/R₀)=atan(tan(α)/(1+tan(α)R_Z/X_K))；

其中：X_K/tan(α)是R_ZK_b在R轴上的投影；R_Z是电阻分量整定值，代入R_Z=6，α=60°，则：

R_{0} = 6 + X_{K} / \sqrt{3};

Φ_{0} = a \tan (\sqrt{3} / (1 + 6 \sqrt{3} / X_{K}))

当R_K≥R₀或Φ≤Φ₀时，R分量无灵敏度，进入保护死区；从求得的电抗分量裕量和电阻分量裕量中筛选出小的用来反映实际保护裕量，min（KM₁，KM₂），将其与整定计算时的综合裕量比较，若相差较大，不能保证保护装置可靠动作时，应当重新选取灵敏度系数值。

发明原理：本发明的继电保护定值整定计算及校验方法是以EXCEL电子表格软件为平台，以基础数据维护模块中的基础数据为基础，以参考定值生成计算程式和定值校验计算程式为核心，基础数据的人工维护更新作为整定计算及校验的触发条件，在人工维护更新基础数据的同时自动生成保护参考定值，输入保护定值有关项数据的同时输出对保护定值分析评测的检验评价报告。

本发明的有益效果是：本发明的方法是利用EXCEL电子表格为平台，融合其数据库、函数式及文本功能，对保护定值进行整定计算及校验的方法，与现有手动型人工方法相比，本发明要简单易行，整定计算原则、与保护装置匹配的算式等容易设定，无须软件工程师即可完成“升级”修改操作，不再需要人工计算，属于自助式，仅需要在电网结构和保护装置参数变化、特殊运行方式改变、年度系统校核时维护一下基础数据即可达到保护定值整定和校验的目的，所涉及的参考定值生成计算程式和定值校验计算程式可由使用者自助维护更新并固定编辑在相应模块中，免去软件开发商的后续维护成本。

对继电保护定值的整定计算的全过程无需人工干预，是通过逻辑编程算式对基础数据模块的自动响应，自动生成保护参考定值，提高了精准度；对继电保护定值性能校验过程无需人工操控计算，是利用逻辑编程算式对提供的关键定值项进行自动处理，返回验算数值及语言结论；对继电保护的定值生成和性能校验的执行过程，不涉及对中间值的舍入处理，其具有较高的计算精度。

本发明将包括四边形特性阻抗特性值在内的计算程式，直接由本发明实现对四边形特性阻抗特征值的整定计算和性能校验，节省人工计算时间成本和精力，计算环节的“误整定”问题得以解决，这种方法中摒弃了“模数”的矢量概念，引用了“向量”概念，电阻分量可靠系数产生变异，变异后的实际可靠系数小于原设值，使得反映的电网阻抗模型二维坐标趋于客观真实，以揭示电阻分量可靠系数“变异”、阻抗灵敏度分解为电阻分量灵敏度和电抗分量灵敏度的“双值”筛小原则，电抗分量灵敏度分解为电抗分量灵敏度和电阻分量灵敏度，其中之一数值必然小于模数概念值，因此，四边形特性阻抗整定计算不能直将计算值作为装置的整定值；电阻分量整定时的可靠系数不能认为就是实际的可靠系数；保护灵敏度校验方法不能用“模数”算法，需计算双值，选取小者为实际灵敏度，线路阻抗角偏小时，返伪归真效果将更为明显，尤其对阻抗角偏小的配网线路，纠正“模数”算法导致的错误的意义更大。

附图说明

图1为本发明的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法的基本流程示意图；

图2为本发明中的基础数据维护模块的构成示意图；

图3为本发明中的参考定值生成模块的构成示意图；

图4为本发明中的保护定值校验模块的构成示意图；

图5为距离保护四边形阻抗特性图；

图6为四边形特性阻抗电阻分量R_Z的整定校验图；

图7为四边形特性阻抗电抗分量X_Z的整定校验及灵敏度双值筛选图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法是以吉林省辽源地区的电网设备及保护装置为基础实现的，本方法可以根据不同地区的电网设备及保护装置加以修改，不同保护装置的保护定值所采用的参考定值生成计算程式和定值校验计算程式可以根据相应的整定规则进行编程，编程方式大同小异。

如图1所示，本发明的方法主要通过三个模块实现，即基础数据维护模块、参考定值生成模块和保护定值校验模块，基础数据维护模块为参考定值生成模块和保护定值校验模块直接提供数据源，参考定值生成模块为保护定值校验模块间接提供验算样值，保护定值校验模块对保护装置的保护定值进行分析评测。

本发明的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，该方法的条件和步骤如下：

步骤一、在EXCEL电子表格中建立三个相互独立的、但功能上相互关联的模块，也就是工作薄，包括基础数据维护模块、参考定值生成模块和保护定值校验模块，将参考定值生成计算程式固定编辑在参考定值生成模块中的与各个保护段的保护参考定值项所对应的地址单元格中，保护参考定值与参考定值生成计算程式之间是一对一的关系，即根据保护装置的各个保护段的保护参考定值，编辑一组与之对应的参考定值生成计算程式，数据源变化时只有对应的保护装置的保护段的保护参考定值随之改变，数据源变化能直接反映变化结果；将定值校验计算程式固定编辑在保护定值校验模块中的与各个保护段的保护定值有关项所对应的地址单元格中，保护定值有关项与定值校验计算程式之间是一对一的关系，即根据保护装置的各个保护段的保护定值有关项，编辑一组与之对应的定值校验计算程式；

步骤二、对基础数据维护模块中的基础数据进行人工维护更新；基础数据维护模块包括变压器主参数、互感器主参数、线路阻抗参数、系统阻抗参数、保护定值有关项和运行方式说明，这六个部分分别为以数值或算式形式存在的相互独立的数据包，基础数据包括变压器主参数、互感器主参数、线路阻抗参数、系统阻抗参数和保护定值有关项，其中变压器主参数主要包括发电机主参数、站用变主参数、电容器主参数和电抗器主参数；

步骤三、将基础数据维护模块中的维护更新后的基础数据自动调用至参考定值生成模块中，按照电网设备及保护装置确定的整定计算原则形成若干组待用数据，与整定计算所需其他数据（标幺值、基准容量、基准电压、基准电流和基准阻抗等）共同构成运算数据；按照不同的电网设备及保护装置确定的整定计算原则，采用参考定值生成计算程式对运算数据进行精确计算，得到保护参考定值的不同项；对保护参考定值的不同项进行分析得到保护性能报告，保护性能报告是指：生成的参考定值与整定计算原则规定范围比较，符合时评价为“合格”，否则评价为不同的结论，如：“灵敏度不满足”、“保护范围超出”等；参考定值生成计算程式根据整定计算原则进行编程；自动调用基础数据是指：由于定值生成模块中的计算程式中引用基础数据项，所以维护基础数据时计算程式变同时输出计算结果，相当于自动调用；

步骤四、将基础数据维护模块中的保护定值有关项自动调用至保护定值校验模块中，采用定值校验计算程式对保护定值有关项进行逻辑分析和判断，输出校验评价报告，当保护定值超出根据整定计算原则的设定值范围时，对保护定值予以警示；定值校验计算程式根据整定计算原则进行编程，主要包括定值灵敏度、时间极差等，上述所说的整定计算原则为电网设备及保护装置正常运行时的方式。

如图2所示，基础数据维护模块主要由变压器主参数、互感器主参数、线路阻抗参数、系统阻抗参数、保护定值有关项和运行方式说明组成，各部分之间没有直接的关联关系，属于相互独立的数据包，各数据包中的数据可以以数值或算式形式存在，数值是针对有关数据计算后的具体值，涉及保留有效位，算式是针对有关数据的关系算式，不涉及保留有效位，当基础数据更新时，保护参考定值、保护参考定值保护性能分析和评价结果将同步跟随更新，因各数据包的作用有所区别，当电网设备及其参数改变时，工作人员需要对基础数据进行及时维护更新。

变压器主参数包括主变（发电机）、站用变、电容器和电抗器等设备的有关参数值或算式，主要作为一次“标幺值”和“有名值”整定及校验的数据源；

互感器主参数包括电流互感器和电压互感器的有关参数值或算式，主要作为二次“有名值”的换算，个别项（如最大负荷等）也用一次“标幺值”和“有名值”；

线路阻抗参数包括电网电源线路和负荷线路的有关参数值或算式，主要为一次“标幺值”，部分项（如阻抗角等）则为“有名值（角度或弧度）”，随着线路阻抗参数的改变及时进行维护更新；

系统阻抗参数主要由各个电源线路等效短路阻抗“标幺值”组成，区分最大方式和最小方式，源于上级提供的年度短路阻抗电流表，每年跟随年度短路阻抗电流表维护更新一次，叠加各电源点变电站的主变阻抗参数后，折算到配电网所需各母线点；

保护定值有关项包括所有与保护装置有关的上下级保护定值配合项，主要为“有名值”，取用时根据需要可换算成“标幺值”，如整定值和整定时间等；

运行方式说明根据调度年度方式安排编制，运行方式确定后要保持相对的固定性，以保证编程原则的合理性，正常运行方式，即电网及设备正常运行时的方式作为继电保护定值整定计算的原则方式，事故时的临时运行方式，即电网及设备发生故障时根据实际情况确定的临时运行方式仅为校验的原则方式，非正常运行方式，即除正常运行方式以外的运行方式，如事故时的临时方式和设备检修时的检修方式等，当这些运行方式失配时，需要采取临时措施来调整，如修改临时定值等；调度年度方式是指：每年初电力调度管理部门根据地区电网构成及上级调度年度方式编制本地区电网的年度运行方式。

如图3所示，参考定值生成模块主要由数据准备、精确计算、保护参考定值和保护性能报告组成，数据准备是针对各个电气设备及其保护配置，从基础数维护模块中自动调用基础数据到参考定值生成模块中，并根据计算要求形成若干组待用数据，再加上整定计算所需其他数据，如与电压等级相对应的基准值、计算式等，构成运算数据；精确计算是按照具体确定的整定原则和保护装置的配置对运算数据进行精确计算编辑，在编辑参考定值生成计算程式和定值校验计算程式时主要采用的基本算式有“三角函数”、“幂指函数”、“加减乘数”、“逻辑函数”等，其中的“对应字段显示函数”较为特殊，用于显示与筛选数据对应的字段，算式如下：

MAX（C10∶F10，1）

INDEX（C9∶F9，MATCH（MAX（C10∶F10），C10∶F10，0））

在C10∶F10区域筛选最大数据；显示与C10∶F10区域最大数据对应的C9∶F9字段名；保护参考定值是精确计算的结果；保护性能报告是通过对生成的保护参考定值的分析所得的结论。

如图4所示，保护定值校验模块主要由保护定值有关项、定值分析和评价报告组成，保护定值有关项为保护装置的在用保护定值，从基础数据维护模块中自动调用，将在用保护定值有关项作为定值分析的数据源，定值分析是对植入的在用保护定值的有关项进行逻辑分析和判断，定值校验计算程式根据整定计算原则编程，分析和判断的结果输出为校验评价报告，供工作人员参考，当保护定值超出根据整定计算原则的设定值范围时，对保护定值予以警示。

以下通过本发明的方法对距离保护四边形特性阻抗特征值有关项进行整定计算与校验，在此过程中，经过数学分析及逻辑判断，推导出一种针对距离保护四边形阻抗特征值有关项进行整定计算及校验的计算程式，用以反映可靠系数变异程度以及从灵敏度分解结果中筛出去伪灵敏度。

在保护定值的自动精算和保护性能分析时需要验算保护定值对电网设备的实际保护效果，因为保护装置的阻抗值具有向量概念，不同原理特性的保护装置采用的阻抗特性不同，而保护装置的特性影响着电网设备发生故障时的反映结果，其影响情况可用保护装置原理特征来描述，不同原理特性的阻抗元件需要采用相应的整定计算及校验方法，矢量“模数”概念在常规整定计算中形成了惯性，如果不能建立“向量”思维，多边形特性的距离保护计算过程的“误整定”几率将会增大，这是因为其特征值会影响整定计算结果，需要引起整定计算人员的注意。

为保证继电保护定值整定计算及校验过程的精准度，避免出现误整定，以下利用二维坐标对四边形特性阻抗特征值的向量要素进行分析，通过“阻抗向量”与四边形特性的关联关系的分析，揭示出“模数”算法得到的定值结果掩盖了四边形特性阻抗保护装置对电网设备实际阻抗感测失真的隐秘机理，这种机理将导致原设电阻分量可靠系数发生变异以及阻抗灵敏度校验值虚假的结果。

微机距离保护阻抗有圆特性和多边形特性等形式，多边形特性阻抗保护具有基本特征和扩展特征，扩展特征如第Ⅱ象限偏角、第Ⅳ象限偏角和原点矩形等属于保护装置性能本身的内容，与整定计算无关，如图5所示，为距离保护四边形阻抗特性图，基本特征为电阻整定线倾角α和电抗整定线倾角β，阻抗特性图由电阻R-电抗X二维坐标轴、电阻整定线L_R和电抗整定线L_X围成四边形，其中：电阻特征值体现为电阻整定线L_R的倾角α；电抗特征值体现为电抗整定线L_X的倾角β，对应L_R的倾角为α=60°；对应L_X线的斜率为tanβ=-1/8，即β=7°，这两个特征值在整定计算和校验时须以重用。

电阻分量R_Z的整定及可靠系数K_k的选取：电阻分量R_Z的整定计算原则是躲最大负荷，整定时不必过于关心实际运行的最大负荷S_m，一般情况仅考虑理论上极限负荷即可，换言之，可以采用电流互感器的额定值来确定最大负荷，假如实际负荷超出电流互感器额定电流时，需要更换较大变比的电流互感器。

R_Z的计算式为：R_Z=U_min/(K_k×I_max)，其中：U_min为母线最小运行电压，可取为90%的额定电压；K_k为可靠系数，可取为1.8~2；I_max为最大负荷电流，可取为过载50%的极限值，因该项可直接算成二次有名值，对于CT二次额定电流为5A的保护，可直接设定为：

R_Z=0.9U_e/（1.8~2）1.5I_e=0.9×100/（（1.8~2）1.5×5）=12/（1.8~2）=6.7~6（Ω）；

在灵敏度足够情况下，建议二次值取为6Ω，以保证任何情况下保护装置都不会误动作，即K_k值取2，最大极限负荷阻抗为Z_m＝K_k×R_Z=2×6=12（Ω）；

对于CT二次额定电流为1A的保护，则R_Z可取为30Ω，若灵敏度低，且实际最大负荷又远小于极限负荷，则可适当调大R_Z。

电阻分量可靠系数真值返校：如图6所示，为四边形特性阻抗电阻分量R_Z的整定校验图，可靠系数K_k是以负荷阻抗角按0°计算的原始设定的矢量模值，当K_k取2时，最大极限负荷阻抗Z_m＝K_k×R_Z=2R_Z，可靠系数裕量K_δ=（Z_m-R_Z）/Rz=1；但是实际负荷阻抗角Ψ并非为0°，其最大值可按30°（经验值）分析，用L_S线表示最大负荷临界线，在最大负荷临界线L_S与电阻整定线L_R的共同作用下，可靠系数K_k便产生了变异，实际的可靠系数裕量小于1。

\{\begin{matrix} L_{R} : X = \tan (α) R - R_{z} \tan (α) \\ L_{S} : X = \tan (Ψ) R \end{matrix}\}

联立

代数求解得C点坐标：

C : R = 1.5 R_{Z}, X = 0.5 \sqrt{3} R_{Z}

第二步：求解OC和CS模值大小

CS = OS - OC = 2 R_{Z} - \sqrt{3} R_{Z} = (2 - \sqrt{3}) R_{Z}

第三步：通过相似比算出DS模值

DS/X=CS/OC(相似三角形)

DS = X * CS / OC = 0.5 \sqrt{3} R_{Z} * (2 - \sqrt{3}) R_{Z} / \sqrt{3} R_{Z}

舍入得：

DS=0.134R_Z

求得可靠系数裕量真值为K_δ=DS/R_Z=0.134，还可通过点S到L_R线的距离求解更简单，在此不再赘述。由此可知，变异后的实际可靠系数为真值1.134，与计算时所选定的2发生较大变异，因此，从这个意义上讲，R_Z宜小不宜大。

电抗分量X_Z的整定：按照整定计算原则计算的Ⅰ~Ⅲ段电抗分量X_Ⅰ~X_Ⅲ不能直接设定，原因是L_X线倾角β使得整定值X_Z要大于计算值X_J，需予补偿，补偿度根据L_X线倾角β和线路阻抗角Φ换算，如图7所示，为四边形特性阻抗电抗分量X_Z的整定校验及灵敏度双值筛选图，图中L_X线上Z点对应的X坐标为计算值X_J，而保护装置整定值则为X_Z，补偿值为X_Z-X_J；L_X线倾角β所对应的斜率绝对值为1/8，Φ为线路阻抗角，借助三角形△ZX_JX_Z可列出算式：

补偿值△X=X_Z-Z_J=ZX_J×tan(β)=ZX_J/8=X_J/tan(Φ)/8=X_J/8tan(Φ)；即，保护装置的电抗分量X_Z的实际整定值为：Xz=X_J(1+1/8tan(Φ))。

电抗分量灵敏度双值筛选：如图7所示，K点是阻抗灵敏度校验点，常规校验方法是以OZ/OK为算式，认为灵敏度裕量值是OZ-OK，其结果是不可靠的，实际上，灵敏度具有“双值”，可用校验点K到两个边的垂距来表示两个分量的裕量，由于L_X和L_R两线的数学表达式不同，不能在同一数学表达式中求解，需要分别求算，然后比较两个值的大小，筛选出数值小的来反映实际灵敏度，具体分析如下：

不同的线路阻抗角Φ所产生的灵敏度“变异”程度不同。点K在水平线上的移动范围，可用左右临界点K_a和K_b表示，配网导线的阻抗角一般在30°～80°之间，导线线径越大，线路阻抗角Φ越大，K_a越靠近X轴；相反，导线线径越小，线路阻抗角Φ越小，K_b越靠近R轴，表明：阻抗角越小，表象灵敏度与实际灵敏度差值越大，且当线路阻抗角Φ较小时，K点可能越出四边形外，此时保护将“拒动”，因此，右临界点K_b作为R分量灵敏度的零值点予以监视，倘若灵敏度校验点K逼近K_b甚至越出四边形外，需要采取相应措施以保证保护装置动作行为，例如：抬高R_z值、提出报告、进行技改等。

自K点分别向两边做垂线，得到垂点M₁和M₂，用KM₁表示电抗X分量的裕量，用KM₂表示电阻R分量的裕量，通过建立数学式分别求解。

电抗X分量的灵敏度裕量可通过下列方法求得：

整定计算时的阻抗综合系数值K_z=OZ/OK，阻抗Z的裕量为KZ=OZ-OK，阻抗Z的裕量比为KZ/OK；

电抗X分量的裕量为KM₁=KZ×sin(Φ+β)=X_K/sin(Φ)×(K_Z-1)sin(Φ+β)，则裕量比KM₁/OK，即为电抗X分量的灵敏度裕量δ_X：δ_X=(K_Z-1)sin(Φ+β)。

分析：Φ角越小，δ_X值也越小，“变异”效果就越明显，与Φ(30°～80°)对应的sin(Φ+β)值的范围是：0.6～0.9986，即变异后X分量灵敏度裕量是原裕量的0.6~0.9986倍。

整定计算时取用的综合灵敏度系数为K_z=1.5=1+0.5，那么，实际的灵敏度变异为K_X=1+0.5×(0.6~0.9986)=1.3~1.4993。

电阻R分量的灵敏度裕量可通过下列方法求得：

利用点K(R_K，X_K)到L_R线的距离公式，导出用X_K表示的电阻R分量的灵敏度裕量，求导过程如下：

点、线式：

\{\begin{matrix} L_{R} : \tan (α) R - X - \tan (α) R_{Z} = 0 \\ K (R_{k}, X_{K}) \end{matrix}\}

得点线距式如下：

{KM}_{2} = \frac{| {(\tan (α) / \tan (φ) - 1)}^{*} X_{K} - \tan {(α)}^{*} R_{Z} |}{\sqrt{t^{2} an (α) + 1^{2}}}

代入α=60°，整理得：

{KM}_{2} = \sqrt{3} / 2 | (1 / \tan (φ) - \sqrt{3} / 3) X_{K} - R_{Z} |

为电阻分量的裕量

裕量比KM₂/OK，即为电阻R分量的灵敏度裕量δ_R，其中OK=X_K/sin(Φ)，

δ_{R} = {KM}_{2 *} \sin (φ) / X_{K} = \sqrt{3} / 2 | R_{Z} / X_{K} - 1 / \tan (φ) + \sqrt{3} / 3 | * Sin (φ)

分析：K点位置与线路阻抗角Φ有关，Φ角越大灵敏度裕量也越大，最大线路阻抗角80°下对应的灵敏度裕量为：0.342+0.852×R_Z/X_K，此时对应于K_a点；相反，Φ角越小灵敏度裕量也越小，当L_Z与L_R相交时，对应于交点K_b的灵敏度裕量变为0，该交点定义为R分量灵敏度的“零值”点，零值点坐标的电阻值R₀和阻抗角Φ₀算式为：

R₀＝R_Z+X_K/tan(α)；

Φ₀=atan(X_K/R₀)=atan(tan(α)/(1+tan(α)R_Z/X_K))；其中：X_K/tan(α)是R_ZK_b在R轴上的投影；R_Z是电阻分量整定值，代入R_Z=6，α=60°，R₀=6+X_K/√3；

R_{0} = 6 + X_{K} / \sqrt{3};

Φ_{0} = a \tan (\sqrt{3} / (1 + 6 \sqrt{3} / X_{K}))

当R_K≥R₀或Φ≤Φ₀时，R分量无灵敏度，进入保护死区。

从以上求得的电抗分量裕量和电阻分量裕量中筛选出小的用来反映实际保护裕量，min（KM₁，KM₂），将其与整定计算时的综合裕量比较，若相差较大，不能保证装置可靠动作时，应采取措施，例如：重新选取灵敏度系数整定及校验等。

对四边形特性阻抗特征值进行整定计算及校验时，引入向量概念后发现：电阻分量可靠系数产生变异，变异后的实际可靠系数小于原设值；电抗分量灵敏度分解为电抗分量灵敏度和电阻分量灵敏度，其中之一数值必然小于模数概念值。

四边形特性阻抗整定计算不能直将计算值作为装置的整定值；电阻分量整定时的可靠系数不能认为就是实际的可靠系数；保护灵敏度校验方法不能用“模数”算法，需计算双值，选取小者为实际灵敏度，线路阻抗角偏小时，返伪归真效果将更为明显，尤其对阻抗角偏小的配网线路，纠正“模数”算法导致的错误的意义更大。

Claims

1.基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：

2.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，所述整定计算原则为电网及设备正常运行时的方式作为继电保护定值整定计算及校验的原则方式。

3.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，所述运行方式说明根据调度年度方式安排编制，包括正常运行方式、临时运行方式和非正常运行方式；

所述正常运行方式为电网及设备正常运行时的方式；

4.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，所述其他数据包括标幺值、基准容量、基准电压、基准电流和基准阻抗。

5.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，所述参考定值生成计算程式和定值校验计算程式以电子表格中包括的所有函数式为基础进行编程。

6.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，对四边形特性阻抗电阻分量R_Z进行整定计算及校验的具体过程如下：

（3）电阻分量可靠系数真值返校：K_k是以负荷阻抗角按0°计算的原始设定的矢量模值，当K_k取2时，最大极限负荷阻抗Z_m＝K_k×R_Z=2R_Z，可靠系数裕量K_δ=（Z_m-R_Z）/R_z=1；实际负荷阻抗角Ψ并非为0°，其最大值按30°分析，用L_S线表示最大负荷临界线，在最大负荷临界线L_S与电阻整定线L_R的共同作用下，可靠系数K_k便产生了变异，实际的可靠系数裕量小于1；

\{\begin{matrix} L_{R} : X = \tan (α) R - R_{z} \tan (α) \\ L_{S} : X = \tan (Ψ) R \end{matrix}\}

联立

代数求解得C点坐标：

C : R = 1.5 R_{Z}, X = 0.5 \sqrt{3} R_{Z}

第二步：求解OC和CS模值大小

CS = OS - OC = 2 R_{Z} - \sqrt{3} R_{Z} = (2 - \sqrt{3}) R_{Z}

第三步：通过相似比算出DS模值

DS/X=CS/OC(相似三角形)

DS = X * CS / OC = 0.5 \sqrt{3} R_{Z} * (2 - \sqrt{3}) R_{Z} / \sqrt{3} R_{Z}

舍入得：

DS=0.134R_Z

7.根据权利要求1所述的基于电子表格的全自动继电保护定值整定计算及校验方法，其特征在于，对四边形特性阻抗电抗分量X_Z进行整定计算及校验的具体过程如下：

（1）以电阻R和电抗X为横纵坐标建立二维坐标轴，利用电阻整定线L_R和电抗整定线L_X围成四边形，电阻特征值体现为电阻整定线L_R的倾角α，电抗特征值体现为电抗整定线L_X的倾角β，对应L_R的倾角为α=60°；对应L_X线的斜率为tanβ=-1/8，即β=7°；

①电抗分量X_Z的灵敏度裕量的求解：

②电阻分量R_z的灵敏度裕量的求解：

点、线式：

\{\begin{matrix} L_{R} : \tan (α) R - X - \tan (α) R_{Z} = 0 \\ K (R_{k}, X_{K}) \end{matrix}\}

得点线距式如下：

{KM}_{2} = \frac{| {(\tan (α) / \tan (φ) - 1)}^{*} X_{K} - \tan {(α)}^{*} R_{Z} |}{\sqrt{t^{2} an (α) + 1^{2}}}

代入α=60°，整理得：

{KM}_{2} = \sqrt{3} / 2 | (1 / \tan (φ) - \sqrt{3} / 3) X_{K} - R_{Z} |

为电阻分量的裕量

δ_{R} = {KM}_{2 *} \sin (φ) / X_{K} = \sqrt{3} / 2 | R_{Z} / X_{K} - 1 / \tan (φ) + \sqrt{3} / 3 | * Sin (φ)

R₀=R_Z+X_K/tan(α)；

Φ₀=atan(X_K/R₀)=atan(tan(α)/(1+tan(α)R_Z/X_K))；

R_{0} = 6 + X_{K} / \sqrt{3};

Φ_{0} = a \tan (\sqrt{3} / (1 + 6 \sqrt{3} / X_{K}))