CN104578012B - 一种基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，本发明从评估继电保护对系统安全性的影响角度出发，通过对保护定值的灵敏性校核来评估继电保护对被保护设备的“正确动作能力的裕度”，通过对选择性的校核来评估保护会不会误动，并主要基于灵敏度分析结果定量计算出保护定值的“安全裕度”，对定值安全评估结果分段打分，并据此发出不同等级的告警信息。

Description

一种基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护定值整定和校核技术领域，是一种适用于对继电保护定值对电力系统的安全性影响进行定量化分析的新方法，采用了基于继电保护灵敏性和选择性校核的计算办法。

技术背景

继电保护是保障电力系统安全的第一道防线，对电力系统安全运行影响巨大。继电保护如果发生“误动”或“拒动”，轻则造成跳闸甩负荷，重则会烧毁保护设备、发生人命事故甚至造成电网瘫痪，社会经济损失巨大。因此，很有必要研究继电保护的“安全性”，并评估其“安全裕度”。

一般对于继电保护，在技术上主要有四个基本要求，即可靠性、选择性、快速性和灵敏性。其中，继电保护的选择性主要指的是保护装置对其本身首要保护范围之外的设备发生故障或不正常工作状态时的辨别能力，要求这时保护能可靠“不动作”，同时当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时又要能正确动作。继电保护的灵敏性是指保护装置对其保护范围内故障或不正常工作状态的反映能力，即要求能可靠“动作”，不能拒动，一般通过对被保护设备发生故障时的实际参数与保护装置的动作整定值的比较来确定。但总的来说，目前缺乏对于继电保护的“安全裕度”如何评估和量化的研究。

继电保护通过保护动作行为对系统施加影响，也就是说其影响表现在能否正确地在动作或不动作。影响保护正确动作或不动作的因素包括，保护设备自身是否良好、外部输入电压电流等必要数据是否准确、外部输出回路是否良好、保护原理是否正确、保护定值是否合适、使用设置是否正确等。不考虑人为影响和外部二次回路因素，保护设备自身软硬件因素可通过保护设备状态来进行评估，而对于保护原理可合理假定保护原理都是正确无误的，因此，对保护行为的一个重要影响因素就是保护定值是否合适。理论研究和实际运行经验都表明，由于保护定值离线整定方法的局限性，很难保证定值在所有运行方式下都完全合理。尤其是保护的选择性要考虑上下级的配合，在环网、多回线并行等运行方式下部分保护定值失配很难完全彻底避免。因此，对保护行为安全裕度的评估可简化为对保护定值的评估。

本发明从评估继电保护对系统安全性的影响角度出发，通过对保护定值的灵敏性校核来评估继电保护对被保护设备的“正确动作能力的裕度”，通过对选择性的校核来评估保护会不会误动，并主要基于灵敏度分析结果定量计算保护定值的“安全裕度”。

发明内容

本发明的目的在于通过对继电保护定值的灵敏性和选择性的分析，评估继电保护对电力系统安全的影响。本发明填补继电保护安全性评估领域的空白，提出了一种主要基于基于灵敏性分析定量地计算保护定值的“安全裕度”的评估方法。

本发明采取以下技术方案：

一种基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，其特征在于：通过对具体运行方式下保护定值的灵敏性和选择性的校核计算，获得保护定值的灵敏度系数，在此基础上，综合考虑灵敏性和选择性的影响，定量计算出保护定值的安全裕度。

本申请公开的基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：

步骤1：建立待评估保护定值的继电保护装置所在电力系统模型，包括一次设备模型及其拓扑连接关系；

步骤2：建立待评估保护定值的继电保护装置的二次设备模型，包括继电保护装置属性、保护动作原理相关的启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系及其对应的定值、继电保护与其所保护的一次设备的对应关系；

步骤3：在线或离线获得所述电力系统的运行方式；

步骤4：按给定的运行方式进行电力系统短路故障计算，用计算得出的故障参数对继电保护装置进行选择性和灵敏性校核。

通过保护的选择性校核得出保护定值是否满足给定的运行方式下的选择性要求，通过对保护的灵敏性校核计算得出该保护定值在给定的运行方式下的灵敏系数；

步骤5：计算保护定值的安全裕度；

保护定值安全裕度计算公式如下：

(1)当保护选择性校核满足要求且步骤4所计算的灵敏系数不大于整定规程规定的上限时；

(2)保护定值安全裕度＝0，当保护选择性校核不通过，或所计算的灵敏系数大于整定规程规定的上限时；

其中，所述计算灵敏系数是步骤4中通过对保护的灵敏性校核计算得出该保护定值在给定的运行方式下的灵敏系数；

整定规程要求灵敏系数下限：对于不同类型的保护，继电保护装置运行整定规程都规定了相应的灵敏系数范围，该灵敏系数范围内的低值即为灵敏系数下限；步骤6：对保护定值安全裕度进行评估；

根据步骤5保护定值安全裕度的计算结果，判断继电保护装置保护定值选取的安全状态：

20％≤保护定值安全裕度时，继电保护装置的保护定值选取处于正常状态，灵敏性和选择性都满足要求；

0＜保护定值安全裕度＜20％时，继电保护装置的保护定值选取处于异常状态，保护灵敏度偏低，继电保护装置能够运行，但需要引起注意；

-10％＜保护定值安全裕度≤0时，继电保护装置的保护定值选取处于临界状态，灵敏性或选择性不满足要求，超限程度不大，应发出严重告警，需尽快处理；

保护定值安全裕度≤-10％，继电保护装置的保护定值选取处于危机状态，灵敏度超下限很多，存在拒动风险，应发出紧急告警，立即对继电保护装置进行处理。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明首先提出了继电保护定值安全裕度的定义和计算公式，获得了数值化的评估结果，可以对继电保护对电力系统的安全性影响进行量化评估；

(2)根据安全裕度评估结果，可以对保护定值满足安全要求的具体情况进行分段评分，并按照严重情况进行告警，以便及时处理，消除由此造成的电网安全运行隐患。

附图说明

图1为基于灵敏度分析的继电保护定值安全裕度评估方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体步骤做进一步的详细说明，如图1所示为本发明的基于灵敏度分析的继电保护定值安全裕度评估方法流程图，所述继电保护定值安全裕度评估方法包括以下步骤：

步骤1：建立待评估继电保护所在电力系统的模型，主要包括一次设备模型及其拓扑连接关系；

一次设备模型和拓扑连接关系一般直接从SCADA/EMS系统导入，也可由通过建模工具等手工创建。

步骤2：建立待评估继电保护装置的二次模型；

主要包括保护装置属性、保护动作原理相关的启动(闭锁)元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系及其对应的定值、继电保护与其所保护的一次设备的对应关系。

继电保护装置的二次模型主要实现为三张表：

(1)保护装置表：包括装置名称、装置型号、装置类型(线路、变压器、母线、电抗器、电动机等)、所属厂站、是否投入等字段；

(2)保护元件表：定义具体保护装置所包含的各种保护元件，包括元件名称、元件类型(差动、距离、过流、重合闸等)、特定参数等；

(3)保护定值项表：定义具体保护元件所包含的各种定值项，主要包括定值名称、定值分类、定值数值等。

继电保护装置的二次模型通过建模工具建立，具体保护定值的数值可从定值整定系统输出的保护定值单获取，也可通过保护信息系统从实际运行装置召唤获得。

步骤3：获得具体的系统运行方式；

通过与SCADA/EMS系统在线通信实时获得当前运行状态下的开关位置、电压电流等，也可通过运行维护工具定义或通过文件导入。

步骤4：在给定的运行方式下进行系统故障短路计算，用计算得出的故障参数对继电保护进行选择性和灵敏性校核。

4.1灵敏性校核

继电保护装置的灵敏度是指继电保护装置对其保护范围内故障或不正常工作状态的反映能力，通过对被保护设备发生故障时的实际参数与保护装置的动作整定值的比较来确定，其中，

对过量类型保护，其灵敏系数为：

对欠量类型保护，其灵敏系数为：

在本发明中，根据当前电网实际运行方式和拓扑结构，设置最不利故障(即保护区末端金属性短路故障)，进行故障计算，计算得到故障参数值。对于不同类型的保护，按照公式(4.1)或公式(4.2)计算相应的灵敏系数。

4.2选择性校核

继电保护装置的选择性是指继电保护装置对其本身保护范围之外的设备发生故障或不正常工作状态时的辨别能力，要求这时保护能可靠不动作，同时当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时又要能正确动作。

在本发明中，根据当前电网实际运行方式和拓扑结构，设置最不利故障(即保护区末端金属性短路故障)，进行故障计算，计算得到故障参数值。然后按如下步骤进行选择性校核：

a)校核延时配合关系：比较上下级保护关系的时间定值，上级保护时间定值应大于等于下级保护时间定值；

b)确定保护范围：选择与校核保护的动作时间最接近的相邻两段保护，计算三者各自的保护范围。

对于不同原理的保护，其保护范围可按继电保护装置运行整定规程规定的计算方法确定。

c)比较待校核保护与相邻保护的保护范围之间的关系。

如果待校核保护与相邻保护的保护范围完全不重叠，则满足选择性要求；如果待校核保护与相邻保护的保护范围部分或全部重叠，再判断保护动作时间：如果待校核保护的动作时间大于相邻保护的动作时间，则满足选择性要求，否则不满足选择性要求。

步骤5：保护定值的安全裕度评估。

根据步骤4校核结果，按本发明定义的如下公式计算保护定值的安全裕度:

(1)当保护选择性校核满足要求且计算灵敏系数不大于整定规程规定的上限时；

(2)定值安全裕度＝0，当保护选择性校核不通过，或计算灵敏系数大于整定规程规定的上限时。

其中，

当前计算灵敏系数：是步骤4中通过对保护的灵敏性校核计算得出该保护定值在给定的运行方式下的灵敏系数；

灵敏系数下限：对于不同类型的保护，继电保护装置运行整定规程都规定了相应的灵敏系数范围，如线路接地距离II段按本线路末端接地故障有足够灵敏度整定时要求灵敏系数在1.3～1.5。

整定规程：继电保护定值整定规程，包括《DL/T 559-2007220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》、《DL/T 584-20073kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》、《DLT 684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则》等。

步骤6：对保护定值安全裕度进行评估；

根据步骤5保护定值安全裕度的计算结果，可对定值安全评估结果分段打分，按评估分值发出不同等级的告警信息。

本发明给出了一种分段告警的评分参考。不同电力系统的具体分值可根据运行需要调整。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：

步骤1：建立待评估保护定值的继电保护装置所在电力系统模型，包括一次设备模型及其拓扑连接关系；

步骤2：建立待评估保护定值的继电保护装置的二次设备模型，包括继电保护装置属性、保护动作原理相关的启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系及其对应的定值、继电保护与其所保护的一次设备的对应关系；

步骤3：在线或离线获得所述电力系统的运行方式；

步骤4：按给定的运行方式进行电力系统短路故障计算，用计算得出的故障参数对继电保护装置进行选择性和灵敏性校核；

通过保护的选择性校核得出保护定值是否满足给定的运行方式下的选择性要求，通过对保护的灵敏性校核计算得出该保护定值在给定的运行方式下的灵敏系数；

步骤5：计算保护定值的安全裕度；

保护定值安全裕度计算公式如下：

(1)当保护选择性校核满足要求且步骤4所计算的灵敏系数不大于整定规程规定的上限时；

(2)保护定值安全裕度＝0，当保护选择性校核不通过，或所计算的灵敏系数大于整定规程规定的上限时；

其中，所述计算灵敏系数是步骤4中通过对保护的灵敏性校核计算得出该保护定值在给定的运行方式下的灵敏系数；

整定规程要求灵敏系数下限：对于不同类型的保护，继电保护装置运行整定规程都规定了相应的灵敏系数范围，该灵敏系数范围内的低值即为灵敏系数下限；

步骤6：根据步骤5所计算的保护定值安全裕度，对保护定值安全裕度进行评估。

2.根据权利要求1所述的基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，其特征在于：

在步骤4中，继电保护装置的灵敏度通过对被保护设备发生故障时的实际参数与保护装置的动作整定值的比较来确定，其中，

对过量类型保护，其灵敏系数为：

对欠量类型保护，其灵敏系数为：

3.根据权利要求1或2所述的基于灵敏度分析的保护定值安全裕度评估方法，其特征在于：

在步骤6中，

20％≤保护定值安全裕度时，继电保护装置的保护定值选取处于正常状态，灵敏性和选择性都满足要求；

0＜保护定值安全裕度＜20％时，继电保护装置的保护定值选取处于异常状态，保护灵敏度偏低，继电保护装置能够运行，但需要引起注意；

-10％＜保护定值安全裕度≤0时，继电保护装置的保护定值选取处于临界状态，灵敏性或选择性不满足要求，超限程度不大，应发出严重告警，需尽快处理；

保护定值安全裕度≤-10％，继电保护装置的保护定值选取处于危机状态，灵敏度超下限很多，存在拒动风险，应发出紧急告警，立即对继电保护装置进行处理。