CN103236682B - 一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法 - Google Patents

一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法。该方法首先提供故障动作仿真环境的设置界面,按照需要对仿真环境进行设置;对设置的仿真环境进行识别,即对相应变量进行赋值,完成初始化工作;依据故障位置以及拒动项的设置分情况进行仿真;当故障位置为特殊位置时,分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况;当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况;当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况。本发明的方法简单易行,减少了一些不必要的计算,缩短了运行时间,为继电保护整定的校验提供了参考,且结果可靠。

Description

一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护动作仿真技术,特别是一种综合利用了逻辑判断及定值比较法的简易快速的继电保护故障动作仿真技术。
背景技术
近几十年来,随着电网规模的日益增大,电网结构日趋复杂,其运行方式也随之多样化,从而使得继电保护整定计算工作的复杂程度大幅提高。要保证继电保护整定值在各种运行方式下的正确性和可靠性,往往需要调度人员对保护配置和定值进行校核,以确保实际系统在故障情况下,保护能够正常动作。
目前,校验继电保护定值主要有2种方式:一种是针对继电保护全系统的逻辑判断仿真,它通过对继电保护装置安装情况、保护原理以及故障信息进行逻辑判断从而得到各保护的动作情况。这种判断方法与故障计算无关,有着实时性好、速度快等优点,但要求厂站主接线比较标准。对于辐射状电网或存在较多T接线时,逻辑保护判断将变得十分复杂;另一种是将故障计算得到的电气量与系统的整定值进行比较的定值判断方法,它能够真实地模拟电网在故障情况下各装置的保护动作情况。目前这种方法应用比较广泛,可以通过各种事故预想后的装置动作行为考察整定值的正确与否。(1.王为国,代伟,万磊等,DTS中继电保护和安全自动装置仿真方法的分析,电力系统自动化,2003,27(5),58-60.2.韩学军,朱涛等,供电网继电保护可视化整定计算与动作仿真系统,电网技术,2008,28(14),28-31.3.钱华,张良,新一代地区电网DTS系统中的继电保护仿真,电力系统及其自动化学报,2004,14(4),72-75.4.杨胜春,王力科,张慎明等,DTS中基于定值判断的继电保护仿真,电力系统自动化,1998,22(8),30-32.)
刘云和陈金富等利用定值判断方法,提出面向装置的保护仿真思想,综合运用了基于阻抗矩阵以及基于导纳矩阵的故障计算模型,能够在图形界面上准确地模拟各种故障下保护的动作情况,实现电网保护动作的仿真功能。(1.刘云,陈金富,杨雄平,黄莹,粟小华,电网继电保护动作仿真软件开发,电力自动化设备,2007,27(2),90-93.)邹俊雄和蔡泽祥等人则提出了一种基于电力系统一次和二次接线图的继电保护动作逻辑仿真的实现思想和算法。(1.邹俊雄,蔡泽祥,孔华东,刘为雄,基于图形平台的电力系统继电保护动作逻辑仿真,电力系统自动化,2002(8),61-64.)
目前基于定值比较法的仿真方法计算量较大,仿真运行时间较长,相应软件售价较高,对于某些小用户来说,此类方法过于冗长复杂,且成本过高;而基于逻辑判断法的仿真方法受到网络结构制约较大,应用相对并不广泛。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合利用逻辑判断及定值比较法,从而快速实现继电保护故障动作仿真的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,步骤如下:
步骤1、设置故障动作仿真环境,具体包括故障位置、故障类型、运行方式、拒动项设置、保护拒动设置、断路器拒动设置,其中保护拒动设置的备选项为故障元件配备的保护类型;断路器拒动设置的备选项为故障元件各侧的断路器;
步骤2、对步骤1设置的仿真环境进行识别,对相应变量进行赋值,完成初始化工作,变量含义及赋值说明如下:
步骤3、依据故障位置以及拒动项的设置分情况进行仿真,具体采用定值比较和逻辑判断两种方式进行仿真,并输出仿真结果;当故障位置为特殊位置时,即线路保护CT与母线保护CT之间的交叉部分,分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况;当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况,所述普通位置为除特殊位置外其他任意位置;当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况。
特殊位置故障时分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况具体为:
(1)当线路保护CT与母线之间发生故障时,相当于母线故障,线路保护不启动,直接启动母线主保护;
(2)当线路保护CT与线路该侧断路器之间发生故障时,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由母线差动动作故障切除;
(3)当母线保护CT与线路该侧断路器之间发生故障时,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由线路后备保护动作断开对侧断路器,故障切除;
(4)当母线保护CT指向线路侧发生故障时,属于普通位置故障,按照普通位置故障进行处理。
当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况具体为:
步骤3-1、对拒动的断路器进行标记;
步骤3-2、启动故障元件的主保护,跳开未标记为拒动的断路器;
步骤3-3、启动元件的断路器失灵保护,跳开拒动断路器一侧母线所连的其他断路器。
当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况具体包括以下步骤:
步骤3-A、将不同类型的元件定义为不同的类,之后按类进行检索,判断该元件是否为故障支路的上下级,若不是则继续下一个元件,若是则计算该元件的电流、电压值,故障计算忽略电阻值;
步骤3-B、依次遍历该元件配备的保护,检查该保护是否被设置为拒动,若被设置为拒动则继续下一种保护类型,若未被设为拒动,则根据保护原理,进行定值比较或者逻辑判断,确定保护是否启动,若保护启动则将该保护标记为启动,否则继续下个保护类型;逻辑判断则用于距离保护,若故障点在该线路距离保护范围内,则将保护标记为启动,否则不启动;其余的保护类型采用定值比较法进行判断,即将元件中的故障值与整定值相比较,若满足动作条件,则将保护标记为启动,否则不启动;
步骤3-C、将所有标记的已启动的保护按照动作先后进行排序,然后依次将对应的断路器断开,每断开一次断路器,就检验故障是否被切除,如果故障已经切除,则停止后续动作,输出仿真结果;如果故障未被切除,则保护继续动作。上述故障被切除具体分三种:
(1)故障元件两侧的断路器均已跳开;(2)故障元件两侧所连母线上其他侧的断路器均已跳开;(3)故障元件一侧断路器已跳开,另一侧所连母线的其他侧断路器也已跳开。
本发明与现有技术相比,其显著优点:(1)简化了仿真环境的设置,重点分析故障元件的某项或某几项保护拒动时,元件上下级的保护配合关系,为继电保护的整定校验提供参考;(2)添加了线路与母线保护交叉部分的仿真功能,分析了交叉部分的各个具体位置故障时,线路保护与母线保护的不同动作情况,完善了仿真功能;(3)计算量少,运行速度快,由于综合利用了逻辑判断与定值比较两种方法,使得仿真部分的计算量大大减少,仿真速度大幅度提高,而故障计算忽略电阻值,使得故障计算的速度得以提升;(4)本方法旨在提供一个检验继保整定值正确性和进行继电保护培训工作的简便工具,方法本身简单易行,占用内存空间小,运行所需硬件条件低。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法的流程图。
图2是普通位置故障且保护拒动时保护动作判断的流程图。
图3是普通位置故障且断路器拒动时保护动作判断的流程图。
图4是特殊故障位置示意图。
图5是实施例系统图。
具体实施方式
结合图1,本发明一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,步骤如下:
步骤1、设置故障动作仿真环境,具体包括故障位置、故障类型、运行方式、拒动项设置、保护拒动设置、断路器拒动设置,其中保护拒动设置的备选项为故障元件配备的保护类型;断路器拒动设置的备选项为故障元件各侧的断路器;拒动项设置用于选择是保护拒动还是断路器拒动;
步骤2、对步骤1设置的仿真环境进行识别,对相应变量进行赋值,完成初始化工作,变量含义及赋值说明如下:
步骤3、依据故障位置以及拒动项的设置分情况进行仿真,具体采用定值比较和逻辑判断两种方式进行仿真,并输出仿真结果;当故障位置为特殊位置时,即线路保护CT与母线保护CT之间的交叉部分,分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况;当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况,所述普通位置为除特殊位置外其他任意位置;当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况。具体判断方式如下:
(1)判断故障位置,若为特殊位置,则进行特殊位置故障时仿真,若为普通位置,则进一步进行判断;
(2)判断拒动项,若为继电保护装置拒动,则对拒动的保护类型进行标注,然后判断故障类型,进行相应的故障计算,进而分析上下级元件之间的保护配合情。
结合图2,当特殊位置故障时,分析线路保护与母线保护的不同动作情况具体为:
(1)当位置A,即线路保护CT与母线之间发生故障时,相当于母线故障,线路保护不启动,直接启动母线主保护;
(2)当位置B,即线路保护CT与线路该侧断路器之间发生故障时,需要该侧母线上所有断路器均断开才可切除故障,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由母线差动动作故障切除;
(3)当位置C,即母线保护CT与线路该侧断路器之间发生故障时,需要线路两侧断路器均跳开才可将故障切除,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由线路后备保护动作断开对侧断路器,故障切除;
(4)当位置D,即母线保护CT指向线路侧发生故障时,属于普通位置故障,按照普通位置故障进行处理。
结合图3,当普通位置故障且断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况的具体步骤如下:
(1)初始化时,已经对拒动的断路器进行了标记;
(2)启动故障元件的主保护,检查将要动作的断路器是否被标记为拒动,跳开未标记为拒动的断路器;
(3)启动元件的断路器失灵保护,跳开拒动断路器一侧母线所连的其他断路器;
结合图4,当普通位置且继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况的具体步骤如下:
(1)将不同类型的元件定义为不同的类,如“发电机类”、“输电线路类”等,按类检索,判断该元件是否为故障支路的上下级,若不是则继续下一个元件,若是则计算该元件的电流、电压等值,故障计算忽略电阻值。
元件的节点编号个数与元件为几端元件相同,如发电机只有一个节点编号,而变压器高低压两侧分别有一个编号,判断是否为上下级元件主要依据元件的节点编号,若该元件有一节点编号与故障元件的任一节点编号相同,则为上下级元件。
2)依次遍历该元件配备的保护,检查该保护是否被设置为拒动,若被设置为拒动则继续下一种保护类型,若未被设为拒动,则根据保护原理,进行定值比较,即将元件中的故障值与整定值相比较,确定保护是否启动,若保护启动则将该保护标记为启动,否则继续下个保护类型。逻辑判断则用于距离保护,若故障点在该线路距离保护范围内,则将保护标记为启动;其余的保护类型采用定值比较法进行判断,即将元件中的故障值与整定值相比较,若满足动作条件,则将保护标记为启动。而距离保护的判断属于简易判断,当网络故障计算忽略电阻值,只采用电抗值时,无法依据阻抗特性图做出判断,判断原则如下:线路首端故障时,本线路的I、II、III段距离保护中未被设置为拒动的保护启动,上级线路的II、III段保护启动;线路末端故障时,本线路的II、III段距离保护中未被设置为拒动的保护启动,上级线路的III段保护启动。
3)将所有标记的已启动的保护按照动作先后进行排序,然后依次将对应的断路器断开,每断开一次断路器,就检验故障是否被切除,如果故障已经切除,则停止后续动作,出仿真报告;如果故障未被切除,则继续跳开断路器。
而本方法认为,故障切除有以下三种情况:(a)故障元件两侧的断路器均已跳开;(b)故障元件两侧所连母线上其他侧的断路器均已跳开;(c)故障元件一侧断路器已跳开,另一侧所连母线的其他侧断路器也已跳开。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述:
某系统主接线图如图5所示,其中各种设备所配保护具体如下表:
其中,变压器的高压复压方向过流I段指向系统,II段不带方向;变压器零序电流保护不带方向;变压器的低压复压过流不带方向;线路零序电流保护指向线路。
设置的仿真环境为:最大运行方式下,线路L2靠近断路器QF7一端发生三相短路,线路L2差动保护拒动,且QF7侧距离保护也拒动。则仿真结果如下表所示:
此实施例重点分析了故障元件的某几项保护拒动时,元件上下级的保护配合关系,为继电保护的整定校验提供了参考,且运行速度快,结果正确。
由上可知,本方法提供了一个检验继保整定值正确性和进行继电保护培训工作的简便工具,方法本身简单易行,运行速度快,结果可靠,且所需硬件条件低。

Claims (5)

1.一种简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,其特征在于,步骤如下:
步骤1、设置故障动作仿真环境,具体包括故障位置、故障类型、运行方式、拒动项设置、保护拒动设置、断路器拒动设置,其中保护拒动设置的备选项为故障元件配备的保护类型;断路器拒动设置的备选项为故障元件各侧的断路器;
步骤2、对步骤1设置的仿真环境进行识别,对相应变量进行赋值,完成初始化工作,变量含义及赋值说明如下:
步骤3、依据故障位置以及拒动项的设置分情况进行仿真,具体采用定值比较和逻辑判断两种方式进行仿真,并输出仿真结果;当故障位置为特殊位置时,即线路保护CT与母线保护CT之间的交叉部分,分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况;当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况,所述普通位置为除特殊位置外其他任意位置;当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况。
2.根据权利要求1所述的简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,其特征在于,步骤3中特殊位置故障时分析线路保护与母线保护的抢跳或拒动情况具体为:
(1)当线路保护CT与母线之间发生故障时,相当于母线故障,线路保护不启动,直接启动母线主保护;
(2)当线路保护CT与该母线侧线路断路器之间发生故障时,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由母线差动动作故障切除;
(3)当母线保护CT与该母线侧线路断路器之间发生故障时,线路差动与母线差动都将启动,具体为:母线差动动作于跳开母线所连所有的断路器,线路差动动作于跳开线路两侧断路器,若线路未配备差动保护,则由线路后备保护动作断开对侧断路器,故障切除;
(4)当母线保护CT指向线路侧发生故障时,属于普通位置故障,按照普通位置故障进行处理。
3.根据权利要求1所述的简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,其特征在于,步骤3中当故障位置为普通位置且拒动项为断路器拒动时,分析断路器故障时保护的动作情况具体为:
步骤3-1、对拒动的断路器进行标记;
步骤3-2、启动故障元件的主保护,跳开未标记为拒动的断路器;
步骤3-3、启动元件的断路器失灵保护,跳开拒动断路器一侧母线所连的其他断路器。
4.根据权利要求1所述的简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,其特征在于,步骤3中当故障位置为普通位置且拒动项为继电保护装置拒动时,分析上下级元件之间的保护配合情况具体包括以下步骤:
步骤3-A、将不同类型的元件定义为不同的类,之后按类进行检索,判断该元件是否为故障支路的上下级,若不是则继续下一个元件,若是则计算该元件的电流、电压值,故障计算忽略电阻值;
步骤3-B、依次遍历该元件配备的保护,检查该保护是否被设置为拒动,若被设置为拒动则继续下一种保护类型,若未被设为拒动,则根据保护原理,进行定值比较或者逻辑判断,确定保护是否启动,若保护启动则将该保护标记为启动,否则继续下个保护类型;逻辑判断则用于距离保护,若故障点在该线路距离保护范围内,则将保护标记为启动,否则不启动;其余的保护类型采用定值比较法进行判断,即将元件中的故障值与整定值相比较,若满足动作条件,则将保护标记为启动,否则不启动;
步骤3-C、将所有标记的已启动的保护按照动作先后进行排序,然后依次将对应的断路器断开,每断开一次断路器,就检验故障是否被切除,如果故障已经切除,则停止后续动作,输出仿真结果;如果故障未被切除,则保护继续动作。
5.根据权利要求4所述的简易快速的电力系统继电保护动作仿真方法,其特征在于,步骤3-C中故障被切除具体分三种:
(1)故障元件两侧的断路器均已跳开;(2)故障元件两侧所连母线上其他侧的断路器均已跳开;(3)故障元件一侧断路器已跳开,另一侧所连母线的其他侧断路器也已跳开。
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