CN103488872A - 一种继电保护定值的在线预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护定值的在线预警方法，包括：比较电网的实时运行方式和基本运行方式，结合电网分区划定定值在线预警范围；然后，对N-1和N-k预想运行方式进行故障计算的同时划定其影响域，从而减小故障计算范围；根据影响域对每个保护形成影响其定值性能预想运行方式集合，对集合内方式对应的故障预备量进行排序，按照排序后的预备量进行预想方式校核计算。本发明可以快速地实现对全网继电保护定值在N-1和N-k事故预想运行方式下的在线预警，准确地辨识存在安全隐患的运行方式和定值并进行告警，有利于工作人员及时做出定值优化策略。

Description

一种继电保护定值的在线预警方法

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，涉及一种继电保护定值的在线预警方法。

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。因此，获取电力系统的在线运行方式，对在线方式和预想方式下的继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力等性能进行安全校核。

继电保护定值在线预警是根据电力系统的在线运行方式，自动生成单重和多重事故预想运行方式，对全网的继电保护定值在预想运行方式下灵敏度、选择性等性能进行评估，从而找到存在安全隐患的运行定值和预想事故集，并进行智能在线告警，提醒继电保护人员或者调度人员关注。目前部分学者对定值在线校核及预警系统进行了研究，现有的定值在线预警系统仅仅局限在在线运行方式和检修计划运行方式下的校核计算，未见有真正实现全网事故预想方式校核的定值在线预警系统及预警方式的研究。由于需要遍历所有的预想运行方式以及全网的继电保护定值，定值在线预警的计算量十分庞大，因此研究合理的定值在线预警方法不仅是实现定值在线预警系统的核心技术，也是系统满足快速性和实时性等在线应用要求的重要前提。

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定值的在线预警方法，其目的在于加快校核计算速度，由此解决传统的定值在线预警计算量庞大、无法满足在线运行计算速度的要求的技术问题。

本发明提供了一种继电保护定值的在线预警方法，包括下述步骤：

S1：将全网的在线运行方式与全网的基本运行方式进行比较，根据比较结果将运行方式不一致的一次设备所在的区域作为定值在线预警范围；此处电网的基本运行方式指电网最大运行方式，即为电网投入运行的电源容量最大，系统的等效阻抗最小，发生故障时，短路电流为最大的运行方式；根据电网继电保护整定计算技术规范，在电网基本运行方式下，继电保护的定值性能均满足要求。

S2：对所述定值在线预警范围内的所述一次设备进行事故预想获得第一预想运行方式集合；

S3：在某一个预想运行方式下，对所述定值在线预警范围内的一次设备进行故障计算获得故障预备量，根据故障预备量并采用定值整定计算原则获得所述预想运行方式的影响域；

遍历所述第一预想运行方式集合中的所有预想运行方式，得到每个预想运行方式对应的故障预备量及影响域；

S4：对所述在线预警范围内的某个继电保护定值，在第一预想运行方式集合中搜索每个预想运行方式对应的影响域，若在某个预想运行方式的影响域内搜索到所述继电保护定值，则称该预想运行方式会影响到所述继电保护定值；将所有影响到该定值的预想运行方式集合作为所述继电保护定值的第二预想运行方式集合；

S5：将所述第二预想运行方式集合中所有预想运行方式对应的故障预备量按照大小进行排序；

S6：利用故障预备量排序极值对每个继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行校核计算，若该继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力均满足要求，则该继电保护定值的校核计算完成；否则按照故障预备量排序结果，依次取其它故障预备量进行校核计算并重复上述判断及操作，直至该继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力均满足要求；

S7：重复步骤S4-S6遍历所述在线预警范围内的所有继电保护定值，得到每个继电保护定值的在线预警结果。

更进一步地，在步骤S1之前还包括电网分区步骤，具体为：根据电网的实际联接情况将电网分成若干区域，在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致平衡。

本发明可以有效地解决定值在线预警计算量庞大、无法满足在线运行计算速度的要求等问题，能够快速地实现对全网继电保护定值在事故预想运行方式下的在线预警，准确地辨识存在安全隐患的预想运行方式和继电保护定值并进行告警，有利于工作人员及时做出定值优化策略，降低电网的安全隐患和运行风险，保证电网的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的继电保护定值的在线预警方法实现流程图；

图2为本发明实施例提供的定值影响域的示意图；

图3为本发明实施例提供的具体实例中部分电网接线图。

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。

本发明针对继电保护定值在线预警系统，提出一种快速准确的定值在线预警方法。定值在线预警过程包括预想运行方式下的故障计算和预想运行方式下的校核计算两部分。本发明首先获取电网的实时运行方式，并与系统基本运行方式比较从而划定在线预警范围；再针对每个预想运行方式，通过辨识影响域划定该方式下的故障计算和校核计算范围；之后针对每个保护定值形成需要进行预警的运行方式集合，同时根据这些方式下的故障预备量排序的结果对该运行方式集合进行严重程度排序；最后对每个定值按照排序后故障预备量依次进行校核计算，直至该定值的性能满足要求。

目前，我国许多地区电网都采用了分层分区的运行模式。应用本发明实施例提供的在线预警方法之前，需要首先对电网进行分区，根据电网的实际联接情况将电网分成若干区域，分区过程中，需要在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致平衡。

本发明实施例提供的继电保护定值的在线预警方法具体包括下述步骤：（1）将全网的在线运行方式与全网的基本运行方式进行比较，根据比较结果将运行方式不一致的一次设备所在的区域作为定值在线预警范围；其中，运行方式指电力系统中一次设备的投停状态；

（2）对所述定值在线预警范围内的所述一次设备进行事故预想获得第一预想运行方式集合；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；

（3）在某一个预想运行方式下，对所述定值在线预警范围内的所述一次设备进行故障计算获得故障预备量，根据故障预备量并采用定值整定计算原则获得该预想运行方式的影响域；影响域是指某一个预想运行方式下，预想故障对继电保护定值的影响范围；故障预备量是指故障计算过程中计算得到的用于整定及校核计算的某些极值量；

（4）重复步骤（3）遍历所述预想运行方式集合中的所有预想运行方式，得到每个预想运行方式对应的故障预备量及影响域；

（5）对所述在线预警范围内的某个继电保护定值，在第一预想运行方式集合中，搜索每个预想运行方式对应的影响域，若在某个预想运行方式的影响域内搜索到该定值，则称该预想运行方式会影响到所述定值。将所有影响到该定值的预想运行方式集合作为该定值的第二预想运行方式集合；

（6）将所述第二预想运行方式集合中所有预想运行方式对应的故障预备量按照大小进行排序；

（7）首先利用排序得到的故障预备量排序极值对每个继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行校核计算，若该定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力均满足要求，则该定值的校核计算完成；否则按照故障预备量排序结果，取第二个故障预备量进行校核计算，重复上述判断及操作，直至该定值的所述性能满足要求；

（8）根据步骤（5）（6）（7）遍历定值在线预警范围内的所有继电保护定值，得到每个继电保护定值的在线预警结果。

在本发明实施例中，对于网络结构复杂、运行方式多变的省级或区域级电网，采用该继电保护定值的在线预警方法，可以快速地实现对全网继电保护定值在N-1和N-k事故预想运行方式下的校核，准确地辨识存在安全隐患的运行方式和定值并进行告警，有利于工作人员及时做出定值优化策略。另外，通过影响域识别对保护性能有影响的事故集合，通过故障预备量排序对集合内的事故预想方式按严重程度进行排序，按照次序进行校核计算，加快了校核计算的速度。

本发明提供了一种基于影响域辨识和故障预备量排序的定值快速在线预警方法，首先采用电网分区和运行方式比较的方法快速获得定值在线预警范围；在预想方式故障计算过程中，通过辨识定值影响域减小故障计算范围；通过故障预备量排序，按照预备量排序结果进行预想方式下的校核计算，从而减少校核计算时间。本发明可以有效地解决定值在线预警计算量庞大、无法满足在线运行计算速度的要求等问题，能够快速地实现对全网继电保护定值在事故预想运行方式下的在线预警，准确地辨识存在安全隐患的预想运行方式和继电保护定值并进行告警，有利于工作人员及时做出定值优化策略，降低电网的安全隐患和运行风险，保证电网的安全稳定运行。

本发明首先针对定值在线预警系统提出了基于影响域和故障预备量排序的定值在线预警方法的总体流程，如图1所示，具体包括对已经分区的电网比较其在线运行方式和系统基本运行方式得到在线预警范围、进行预想运行方式下的故障计算同时辨识预想事故的影响域、根据各个预想方式的影响域形成各个定值受影响的预想事故集合、进行故障预备量排序并进行预想方式下的校核计算、输出定值在线预警结果。然后，提出该方法中的各关键技术问题的解决措施，主要包括基于影响域的故障计算和基于故障预备量排序的校核计算两个关键技术问题。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定值的在线预警方法，现在以距离保护为例，详述如下：

1、基于电网分区和方式比较划定定值在线预警范围

（1）目前，继电保护定值都是在离线状态下计算获得的，离线整定计算是在系统基本运行方式的基础上考虑方式组合得到的。因此，保护定值在系统基本运行方式及其预想运行方式下性能均是满足要求的。

（2）根据电网的实际情况将电网划分为不同的分区；同时获取电网的实时运行方式，并与系统基本方式比较，找到运行方式不一致的元件集合，这些元件所在分区划入定值在线预警范围。

2、基于影响域辨识的定值在线预警故障计算方法

（1）电网一次设备投停状态的改变只会影响该元件周围保护定值的性能，因此对于事故运行方式只需要对故障元件周围的保护定值进行校核，影响域就是指故障元件的影响范围。以图2所示局部电网为例，若简单假设元件开断只会影响周围1级母线内的保护定值，则当线路l₃开断时，受影响的线路包括l₀、l₁、l₂、l₄，因此在“l₃开断N-1方式”下，只需要对这四条线路进行校核。根据整定计算原则，可以通过比较故障预备量辨识影响域，以普通线路相间距离保护II段定值为例，其整定计算原则为：Z_dzII≤K_K*Z₁+K_K*K_Z*Z₁'（1）；其中：K_K为可靠系数，取0.8；Z₁为保护所在线路正序阻抗，常数；Z₁'为相邻相间距离保护I段定值，常数；K_Z为最小正序助增系数，与运行方式有关；Z_dzII为相间距离I段定值。

可以得出，保护在影响域内的判据为：

（2）；其中，Z_dzII为故障后的保护定值，Z'_dzII为故障前的保护定值，ε₀为由继电保护专业人员定义的阈值。结合式（1）所示整定计算原则，上式可以进一步写为：

（3）；同理可以得出各个原理保护的影响域判据。

（2）针对某一事故预想运行方式，从故障元件两端母线上出线的保护定值开始进行故障计算，对故障计算的结果依照相应的判据进行判断，若在影响域内则继续计算下一级线路保护的故障预备量，否则停止对这一方向上保护的故障计算。最终可以得到该预想方式下的定值影响域，及这些定值对应的故障预备量。通过划定影响域，大大减少了定值在线预警过程的故障计算量。

同样以图2为例进行说明，当发生“l₀开断”故障时，首先对l₀两端母线上出线的保护B₁～B₄进行故障计算；然后对计算得到的故障预备量按照影响域判据进行判断，例如对于距离保护B₁的II段定值，将故障前后的最小整定助增系数带入式（3）即可；如果该保护位于影响域内，则继续对保护所在线路对侧的保护进行故障计算，否则停止该线路方向的故障计算。

（3）按照步骤（1）遍历所有N-1和N-k预想运行方式，得到全网预想运行方式的影响域及影响域内保护对应的故障预备量。

3、基于故障预备量排序的预想方式校核计算

（1）对某一保护B₁进行校核计算时，只需要校核对该保护有影响的预想运行方式。根据步骤2中形成的预想方式及其定值影响域，得到对保护B₁有影响的预想运行方式集合，以及这些方式下该保护对应的故障预备量。由于在线预警系统只关心导致定值性能不满足要求的预想运行方式，因此实际上可能并不需要对集合中所有的方式进行校核。为实现对集合中的运行方式按照影响程度大小的排序，按照故障前后故障预备量的变化程度对故障预备量进行排序，得到该保护对应的排序后的故障预备量集合。

（2）对保护B₁，首先按照排序得到的故障预备量极值进行校核计算，如果校核结果满足要求，则停止校核计算；若校核结果不满足要求，则按照排序后的第二个故障预备量进行校核计算。依次进行，直至校核结果满足要求，或者集合内所有的预想方式均校核完毕。至此，对保护B₁的在线校核计算完毕。

（3）按照步骤（1）～（2）遍历全网保护，得到全网继电保护定值的在线预警结果。

下面通过具体实例对本发明的技术方案作进一步表述。将上述基于影响域和故障预备量排序的定值在线预警方法应用于已开发的继电保护定值在线校核及预警系统，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。待校核保护装置R1及其相邻保护R2、R3和R4的接地距离保护定值如表1所示。

保护	I段定值（Ω|s）	II段定值（Ω|s）	III段定值（Ω|s）	线路正序阻抗（Ω）
					R1	13.11|0	33.81|1.4	43.22|3.5	21.61
R2	7.31|0	27.30|1.7	30.26|3.0	10.92

R3	6.70|0	17.62|1.1	24.61|3.5	9.57
					R4	7.45|0	18.39|1.1	23.63|3.6	10.97

表1接地距离保护定值及线路阻抗

接地距离保护采用基于感受量的整定计算原则，其中接地距离保护II段的校核计算原则如下：

（1）比较待校核保护接地距离II段的动作时间T^II与相邻保护I段、II段的动作时间

判断保护配合关系。若则待校核保护II段与相邻保护II段配合，临界定值可按照式（3-1）计算。

$Z_{\mathrm{co}}=K_{\mathrm{Rel}}\×Z_{\mathrm{gs}}+K_{\mathrm{Rel}}^{\′}\×K_{z.\mathrm{mix}.\min }\×(Z_{\mathrm{Cor}}^{\mathrm{II}}-Z_{\mathrm{Corgs}})---(3-1)$

式中，K_Rel、K'_Rel为可靠系数，Z_gs相邻线路末端短路时保护的最小感受阻抗，K_z.mix.min为与相邻线路保护配合计算所需的最小复合助增系数，为相邻保护II段的动作定值，Z_Corgs为相邻线路末端短路时相邻保护的最大感受阻抗。

（2）若则待校核保护与相邻保护的纵联保护配合，临界定值可按照式（3-2）计算

Z_co=K_Rel×Z_gs   （3-2）

（3）若T_II<0.8，则待校核保护与相邻保护的I段配合，临界定值可按照式（3-3）计算：

$Z_{\mathrm{co}}=K_{\mathrm{Rel}}\&times;Z_{\mathrm{gs}}+K_{\mathrm{Rel}}^{\&prime;}\&times;K_{z.\mathrm{mix}.\min }\&times;(Z_{\mathrm{Cor}}^I-Z_{\mathrm{Corgs}})---(3-3)$

式中，

为相邻保护I段的动作定值。

由表1中数据可知，R1的接地距离II段分别与R2的纵联保护、R3的接地距离II段、R4的接地距离II段进行配合。表2所示为R1在多种预想运行方式下与R3接地距离II段配合的故障预备量排序，该保护的校核涉及三个不同的故障预备量，表2中的排序以主导故障预备量最小复合助增系数为依据。

表2故障预备量排序和校核结果

针对不同预想方式的校核计算可按照表2中排列的顺序依次进行，按照上方法，只需要对表2中序号1-7对应的较为苛刻的前7种预想运行方式进行校核，从而可以减少一定的计算时间，但该方法仍可辨识可导致保护定值性能异常的多种运行方式。

表3所示为优化前后对300个线路后备保护的定值进行在线预警的时间比较。由表中数据可知，尽管需要花费一定的时间进行故障预备量排序，但是优化后的故障计算和校核计算时间大幅度减少，从而使在线预警总时间较少，算例表明采用本发明的方法，可以减少55.2%的在线预警时间。值得注意的是，大多数情况下元件开断主要影响其1级或2级母线范围内的保护定值性能，优化前后故障计算时间的减少幅度较小。

表3在线预警时间比较

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 (2)

1.一种继电保护定值的在线预警方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：将全网的在线运行方式与全网的基本运行方式进行比较，根据比较结果将运行方式不一致的一次设备所在的区域作为定值在线预警范围；

S2：对所述定值在线预警范围内的所述一次设备进行事故预想获得第一预想运行方式集合；

S3：在某一个预想运行方式下，对所述定值在线预警范围内的一次设备进行故障计算获得故障预备量，根据故障预备量并采用定值整定计算原则获得所述预想运行方式的影响域；

遍历所述第一预想运行方式集合中的所有预想运行方式，得到每个预想运行方式对应的故障预备量及影响域；

S4：对所述在线预警范围内的某个继电保护定值，在第一预想运行方式集合中搜索每个预想运行方式对应的影响域，若在某个预想运行方式的影响域内搜索到所述继电保护定值，则称该预想运行方式会影响到所述继电保护定值；将所有影响到该定值的预想运行方式集合作为所述继电保护定值的第二预想运行方式集合；

S5：将所述第二预想运行方式集合中所有预想运行方式对应的故障预备量按照大小进行排序；

S6：利用故障预备量的排序极值对每个继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力进行校核计算，若该继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力均满足要求，则该继电保护定值的校核计算完成；否则按照故障预备量排序结果，依次取其它故障预备量进行校核计算并重复上述判断及操作，直至该继电保护定值的灵敏度、选择性和躲负荷能力均满足要求；

S7：重复步骤S4-S6遍历所述在线预警范围内的所有继电保护定值，得到每个继电保护定值的在线预警结果。

2.如权利要求1所述的在线预警方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括电网分区步骤，具体为：根据电网的实际联接情况将电网分成若干区域，在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致平衡。

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