CN103474972B - 一种继电保护在线整定计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护在线整定方法，该方法根据电网的在线运行方式和继电保护现场运行定值，对灵敏度、选择性和躲负荷能力进行在线校核，并将定值集合作为初始的在线整定计算范围；结合在线运行方式并采用整定计算公式进行在线整定计算，获得计算定值；根据与上级保护配合的约束条件，采用整定计算公式获得计算范围内的定值的限定值；判断计算定值是否大于限定值，若是，则结束；若否，则将上级保护的定值划入在线整定计算范围重新计算。本发明通过在线校核及预警快速辨识在线整定计算范围，快速地实现对全网存在安全隐患的继电保护定值的在线整定计算，避免了现有技术的问题，有利于工作人员及时做出定值优化策略，有效降低电网的运行风险。

Description

一种继电保护在线整定计算方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，更具体地，涉及一种计及上级限定值的电力系统继电保护定值在线整定计算方法。

背景技术

继电保护是电力系统最重要的二次设备之一，是电力系统安全运行的保障。继电保护装置能否满足电网所提出的“四性”要求，很大程度上取决于继电保护定值是否合理。目前，继电保护定值都是在离线状态下获得的，并在系统运行中保持不变。然而，实际运行中电力系统运行方式是不断变化的，当电网由于设备检修、新工程投运以及电网事故而处于某些特殊的运行状态时，部分定值可能无法满足选择性和灵敏度的要求，存在保护误动和拒动的可能，并直接或间接导致停电范围较广的大型系统事故。随着网络技术的发展、电力专用网的建设和数字设备的广泛应用，从调度端获得和修改各类数字设备的信息和参数将越来越容易实现，并且微机保护技术的发展使保护装置具有更快的计算速度和更强的记忆功能。因此，在目前的电网硬件条件下，构建在线整定计算系统，是继电保护技术发展的新趋势。

现有的在线整定计算技术是基于离线整定计算发展而来，在传统的离线整定计算中，一般遵循“逐级整定、逐段配合”的方法，即在整定某保护时仅考虑与相邻下级线路保护的配合而不必考虑与上级线路保护的配合，本保护的后备段，如II段依次尝试与相邻保护I段、纵联和II段配合，若定值无法配合，则考虑定值不配而时间配合的不完全配合方案。在线整定的对象一般是在线校核结果中不满足要求的定值，若仍采用上述离线整定计算方法，则会存在如下问题：通过在线整定调整的定值可满足与相邻下级线路的配合要求，但是可能不满足与上级线路保护的配合要求，导致整定计算的结果不能直接下发到保护装置现场。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种继电保护在线整定方法，其目的在于计及上级保护限定值，快速准确的进行在线整定计算，由此解决现有的整定计算方法不满足与上级线路保护的配合要求导致整定计算的结果不能直接下发到保护装置现场的技术问题。

本发明提供了一种继电保护在线整定方法，包括下述步骤：

S1：根据电网的在线运行方式和继电保护现场运行定值，对所述继电保护现场运行定值在所述在线运行方式和预想运行方式下的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行在线校核，获得性能存在问题的定值集合；并将所述定值集合作为初始的在线整定计算范围；

S2：结合在线运行方式并采用整定计算公式对计算范围内的定值进行在线整定计算，获得计算定值；

根据与上级保护配合的约束条件，采用整定计算公式获得计算范围内的定值的限定值；

S3：判断所述计算定值是否大于所述限定值，若是，则该定值的在线整定计算完成并结束；若否，则将上级保护的定值划入所述在线整定计算范围，并返回至步骤S2。

更进一步地，步骤S2中，基于在线运行方式与系统的基本运行方式进行运行方式组合和故障计算，利用故障计算结果并根据整定计算公式，对所述在线整定计算范围内的定值进行在线整定计算，获得所述计算定值。

本发明通过在线校核及预警快速辨识在线整定计算范围，快速地实现对全网存在安全隐患的继电保护定值的在线整定计算，同时避免传统整定计算结果存在的整定计算结果可能不满足与上级线路保护的配合要求的问题，有利于工作人员及时做出定值优化策略，有效降低电网的运行风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的继电保护在线整定方法的实现流程示意图；

图2为线路保护示意图；

图3为某省级电网220kV线路部分电网接线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明针对电力系统继电保护定值在线整定及预警系统，提出了一种计及上级保护限定值的快速准确的在线整定计算方法；定值在线整定计算过程具体包括定值校核和定值整定计算两部分；首先根据在线运行方式和预想运行方式对继电保护定值的性能进行校核，得到存在安全隐患的定值范围；之后对该范围内的定值进行在线整定计算，在传统离线整定计算方法的基础上，考虑为满足与上级保护配合的约束条件，根据整定计算公式反推能与上级保护配合的本保护定值的最小值，从而实现计及上级限定值的在线整定计算方法。

本发明实施例提供的继电保护在线整定计算方法具体包括下述步骤：

（1）根据电网的在线运行方式和继电保护现场运行定值，对所述继电保护现场运行定值在所述在线运行方式和预想运行方式下的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行在线校核，并获得性能存在问题的定值集合；并将所述定值集合作为初始的在线整定计算范围；

其中预想运行方式是指基于在线运行方式进行单重和多重事故预想，即当前电网发生单重和多重事故时的运行方式。性能存在问题是指继电保护现场运行定值的灵敏度、选择性或躲负荷能力中任意一个或多个不满足要求。

（2）结合在线运行方式并采用整定计算公式对计算范围内的定值进行在线整定计算，获得计算定值；根据与上级保护配合的约束条件，采用整定计算公式获得计算范围内的定值的限定值；

（3）判断所述计算定值是否大于与所述限定值，若是，则该定值的在线整定计算完成并结束；若否，则将上级保护的定值划入所述在线整定计算范围，并返回至步骤（2）。

在本发明实施例中，步骤（2）具体为：

基于在线运行方式与系统的基本运行方式进行运行方式组合和故障计算。利用故障计算结果，并根据整定计算公式，对计算范围内的定值进行在线整定计算，获得计算定值。其中，运行方式组合是指在电力系统各种可能的运行方式变化及其组合条件下，根据特定的研究目标对各种运行方式进行排序，确定其中的极端运行方式或最优运行方式。

对计算范围内的定值，判断其是否与上级保护配合，若是，则根据与上级保护配合的约束条件，采用整定计算公式获得其限定值；其中与上级保护配合的约束条件是指阶段式保护上下级定值之间满足选择性要求的约束条件，可以由整定计算公式计算得到。

本发明提供的计及上级保护限定值的在线整定计算方法，可以通过在线校核及预警快速辨识在线整定计算范围，实现对电网中存在安全隐患的继电保护定值的在线整定计算，同时避免在线整定计算结果存在的整定计算结果可能不满足与上级线路保护的配合要求的问题。采用本发明提供的方法，可以大大减少在线整定过程中的人工干预工作，提高在线整定系统的实用性和工作效率，有利于工作人员根据电网的在线运行状态及时做出定值优化策略，对定值的运行风险进行有效管控，保证继电保护装置的安全可靠运行。本发明的相关技术内容在工程实践中得到了验证，已经成功应用于国内某省级电网的在线整定及预警系统。

继电保护定值在线校核仅实现了对保护定值隐患的在线辨识，如果能在此基础上在线修改和调整存在隐患的保护定值，则可以满足在线运行方式的要求，杜绝定值不合理而导致保护不正确动作。这种根据电网在线运行方式在线计算和在线修改定值的定值闭环管理方式称为“继电保护定值在线整定”。本发明首先针对定值在线整定及预警系统提出了计及上级限定值的在线整定计算方法的总体流程，如图1所示，具体包括根据电网的在线运行方式和继电保护现场运行定值进行在线校核和预警从而确定在线整定范围、根据电网的在线运行方式进行在线整定计算得到计算定值、根据整定计算原则反推限定值、将计算定值与限定值进行比较进行扩大范围在线整定计算。然后，提出该方法中的各关键技术问题的解决措施，主要包括划定在线整定计算范围和计及上级限定值的在线整定计算方法两个关键技术问题。最后，在实际工程算例中，验证了方法的有效性。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的继电保护在线整定计算方法，面向定值在线整定及预警系统，现以线路距离保护为例，详述如下：

1、基于在线校核及预警的在线整定范围划定方法

为了满足在线运行系统对实时性的要求，当电网的在线运行方式改变时，需要快速辨识需要重新整定的定值。在线整定系统的关键技术之一就是如何确定整定范围。继电保护定值在线校核仅实现了对保护定值隐患的在线辨识，如果能在此基础上在线修改和调整存在隐患的保护定值，则可以满足在线运行方式的要求，杜绝定值不合理而导致保护不正确动作。因此，可以基于在线校核及预警，划定在线整定计算的范围。

（1）获取电网的实时运行方式信息和继电保护装置的现场运行定值信息；

（2）利用步骤（1）中获取的电网的实时信息进行定值在线校核和预警，得到存在安全隐患的继电保护定值；

（3）步骤（2）得出的定值范围即为要进行在线整定计算的初始范围。

2、整定计算中上级保护限定值求取方法

计及上级限定值的在线整定计算方法即在传统离线整定计算方法的基础上，考虑为满足与上级保护配合的约束条件，根据整定计算公式反推能与上级保护配合的本保护定值的最小值。

以图2所示为例，保护R1、R2、R3为三个依次相邻的保护。假设在线校核结果中保护R2的距离保护II段与保护R3不满足选择性要求，现需要对保护R2的距离保护II段进行在线整定，整定计算原则基于助增系数。首先根据在线运行方式可求得保护R2距离保护II段与保护R3配合的最大值Z_max，之后再根据保护R1距离保护II段的动作时间判断是否与保护R2距离保护II段配合，若有配合，则需要根据式（1）计算得到与保护R1距离保护II段配合最小值Z_min；若无配合，则不需要给出限定值。

$Z_{\min }=(Z_{R1}^{\mathrm{II}}-K_{\mathrm{Rel}}\×Z_{\mathrm{AB}})/(K_{\mathrm{Rel}}^{\′}\×K_{b.\min }^{\mathrm{AB}-\mathrm{BC}})---\left(1\right)$

式中为保护R1距离保护II段定值，K_Rel，K′_Rel为可靠系数，Z_AB为线路正序阻抗，为R1与R2配合的最小正序助增系数。

若在线整定计算结果无法使R2同时满足与R1和R3的配合要求，则需要将R1纳入到需要重新整定计算的范围中。按照此方法对保护R1进行整定，若整定计算结果不能同时满足R1与R2和R4的配合要求，则需要将保护R4也纳入到整定计算范围中，以此类推可实现自动扩大范围的在线整定计算。需要说明的是，若保护R1本身为断点，则在整定保护R2时，不需要由保护R1定值反推相应的限定值。

3、计及上级限定值的继电保护定值在线整定计算方法

为了保证在线整定计算的结果满足与上级保护定值的配合关系，提高在线整定系统的计算效率，本发明提出了计及上级限定值的继电保护定值在线整定计算方法，具体实施步骤为：

（1）首先对初始整定计算范围内的定值根据在线运行方式和运行定值采用传统的整定方法进行在线整定计算，得到待整定定值的计算定值；此时范围内所有的定值均为计算未完成状态；

（2）取计算范围内一个未完成计算的定值，判断该定值是否需要考虑与上级保护配合，如果不需要，进行步骤（6）；若需要则进行步骤（3）；

（3）判断该保护是否为固定失配点，若是，进行步骤（6）；若不是，则进行步骤（4）；

（4）根据整定计算原则反推出该保护能够与上级保护配合的限定值，与计算定值进行比较，若计算定值满足限定值要求，进行步骤（6）；若不满足，则进行步骤（5）；

（5）将该保护的上级保护划入整定计算范围，并计算其计算定值，回到步骤（2）；

（6）该定值的在线整定计算完成，判断是否整定范围内所有的定值均已完成计算，如不是，进行步骤（2）；否则进行步骤（7）；

（7）该实时方式下的在线整定计算完成，输出整定计算结果供继电保护专业人员进行人工干预。

下面通过具体实例对本发明的技术方案作进一步表述。将上述计及上级限定值的在线整定计算方法应用于已开发的继电保护定值在线整定及预警系统，并在某省级电网调度中心投入在线运行。该调度中心管辖的部分区域如图3所示。

对电网的某一实时运行方式下的继电保护定值进行在线校核及预警，校核结果显示，图3中l₀首端保护R₀的距离保护的II段定值不满足与下限线路保护R₅配合的选择性要求，因此需要对其进行在线整定计算，求取满足选择性的定值。保护R₀～R₆距离保护的现场运行定值为：

保护	I段定值（Ω|s）	II段定值（Ω|s）	III段定值（Ω|s）
				R0	2.48|0.0	9.07|0.5	9.39|3.0

R1	4.84|0.0	27.02|0.5	28.83|3.0
				R2	4.14|0.0	25.31|0.5	26.86|3.0
R3	1.38|0.0	8.58|1.1	9.10|3.5
				R4	1.34|0.0	8.54|1.1	9.05|3.5
R5	14.26|0.0	32.00|1.1	40.74|3.5
				R6	17.32|0.0	34.27|0.8	44.84|3.0

表1部分线路相间距离保护定值

根据实时运行方式对R₀的首端保护进行整定计算得到其计算定值为：

保护	I段定值（Ω|s）	II段定值（Ω|s）	III段定值（Ω|s）
				R0	2.48|0.0	8.66|0.5	9.39|3.0

表2R₀相间距离II段计算定值

由上表可知，R₀距离保护II段计算定值的动作时间与其上级保护R₁、R₂的距离II段动作时间相同，因此需要考虑上级保护的限定值。由式（1）可以计算得到R₁、R₂对R₀距离保护II段的限定值为：

保护	R1	R2
			限定值（Ω）	8.57	8.69

表3上级保护对R₀相间距离II段的限定值

比较表2和表3中的计算定值和限定值可知，该计算定值可以满足与R₁配合的限定值，但是不满足与R₂配合的限定值。将R₂划入到在线整定计算范围进行扩大范围重算，得到R₀、R₂的计算定值为：

保护	I段定值（Ω|s）	II段定值（Ω|s）	III段定值（Ω|s）
				R0	2.48|0.0	8.61|0.5	9.39|3.0
R2	4.14|0.0	24.01|0.5	26.86|3.0

表4R₀相间距离II段计算定值

按式（1）重新计算R₀距离保护II段与R₂配合的限定值为：

保护	R1	R2
			限定值（Ω）	8.57	8.63

表5上级保护对R0相间距离II段的限定值

可以看出此时R₀的距离II段的计算定值已经满足与所有上级保护配合的要求；而R₂距离II段的动作时间比R₆的动作时间要长，因此不需要考虑与上级保护的配合。至此该实时方式下的在线整定计算完成，计算结果如表4所示。

通过上述算例可知，采用本发明提供的方法，可以通过在线校核及预警快速辨识在线整定计算范围，实现对电网中存在安全隐患的继电保护定值的在线整定计算，同时避免在线整定计算结果存在的整定计算结果可能不满足与上级线路保护的配合要求的问题。本方法可以大大减少在线整定过程中的人工干预工作，有利于继电保护工作人员根据电网的在线运行状态快速有效地制定定值优化策略，对定值的运行风险进行有效管控，保证继电保护装置的安全可靠运行，从而降低电网的运行风险。

在本发明中，先获取电网的实时运行信息并进行定值在线校核和预警，得到存在安全隐患的定值范围，作为在线整定计算的初始范围；之后，对范围内的定值按照传统的整定计算方法进行在线整定计算，得到计算定值；最后，对需要与上级保护配合并且不是固定失配点的定值，求取其与上级保护配合的限定值，与计算定值进行比较，对不满足限定值要求的定值，将上级保护划入整定范围进行扩大范围重算，最终实现在线整定计算。本发明可以快速地实现对全网存在安全隐患的继电保护定值的在线整定计算，同时避免传统整定计算结果存在的整定计算结果可能不满足与上级线路保护的配合要求的问题，有利于工作人员及时做出定值优化策略，有效降低电网的运行风险。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种继电保护在线整定方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：根据电网的在线运行方式和继电保护现场运行定值，对所述继电保护现场运行定值在所述在线运行方式和预想运行方式下的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行在线校核，获得性能存在问题的定值集合；并将所述定值集合作为初始的在线整定计算范围；

S2：结合在线运行方式并采用整定计算公式对计算范围内的定值进行在线整定计算，获得计算定值；

根据与上级保护配合的约束条件，采用整定计算公式获得计算范围内的定值的限定值；

S3：判断所述计算定值是否大于所述限定值，若是，则该定值的在线整定计算完成并结束；若否，则将上级保护的定值划入所述在线整定计算范围，并返回至步骤S2；

步骤S2中，基于在线运行方式与系统的基本运行方式进行运行方式组合和故障计算，利用故障计算结果并根据整定计算公式，对所述在线整定计算范围内的定值进行在线整定计算，获得所述计算定值；

其中，预想运行方式是指基于在线运行方式进行单重和多重事故预想，即当前电网发生单重和多重事故时的运行方式；

性能存在问题是指继电保护现场运行定值的灵敏度、选择性或躲负荷能力中任意一个或多个不满足要求；

运行方式组合是指在电力系统各种可能的运行方式变化及其组合条件下，根据特定的研究目标对各种运行方式进行排序，确定其中的极端运行方式或最优运行方式。