CN109670654B - 一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，所述方法根据线路实际情况及各开关的现有设置，用专用表达方式对线路开关进行编码；利用算法自动对编码后的线路开关进行分析，判断线路保护开关设置合理性；自动生成保护配置优化方案。所述方法步骤为：（1）以线路开关为接点，对线路的各段导线的长度型号、开关定值等信息进行统一编码；（2）判别各开关的层次顺序；（3）根据开关分层结果，对每一路开关定值的合理性进行判别，在不改变开关分布的情况下，自动优化定值；存储该优化结果；（4）按照配网线路阻抗和分级配置思想，对开关进行筛选，提出更新优化方案；（5）输出不改变开关分布的情况下的优化结果和筛选优化方案，供供电部门参考。

Description

一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法

技术领域

本发明涉及一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，属电力配电线路保护技术领域。

背景技术

现阶段，关于配网线路的保护配置，没有国家标准或行业标准进行统一规定，因此各地区对配网线路的保护配置不尽相同，特别是配网线路的变电站开关保护配置与线路上下游开关的配合关系，更是存在各种各样的配置方法，限于实际条件及运维人员的水平，许多配网线路的配置方法未经过计算，其中很多是不合理的。现阶段，各地市公司对于配网线路开关及其定值的台账管理方式也没有统一的模式，对于配网线路各类开关定值的有效性，也没有对于其合理性的识别方法。

发明内容

本发明的目的是，根据现有配网线路的配置方法存在的问题，本发明提出一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法。

实现本发明的技术方案如下，一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，所述方法根据线路实际情况及各开关的现有设置，用专用表达方式对线路开关进行编码；利用算法自动对编码后的线路开关进行分析，判断线路保护开关设置合理性；自动生成保护配置优化方案。

一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，包括以下步骤：

(1)根据线路实际情况及各开关的现有设置，用专用表达方式对线路开关进行编码。

(2)在对线路开关进行编码之后，利用算法自动对线路开关进行分析，判断线路保护配置是否合理，若存在配置不合理的情况，在不改变开关的前提下，对各开关的定值进行完善。

(3)同时提出优化算法，对分级开关进行筛选，将不合适的开关剔出，确定可靠分级开关并重新设置各开关的定值。

所述用专用表达方式对线路开关进行编码，是采用向量形式对线路开关进行编码，所述向量分为三部分：第一部分是上游开关的编号；第二部分是与上游开关相连的导线型号和长度；第三部分是定值设置情况；

编码方法具体步骤如下：

(1)对配电线路上开关进行编号，变电站开关固定编号为1，其他开关可按任意次序编号，但任意两个开关编号不能重复，编号最大值等于开关总数目；

(2)对各开关进行数字化，其方法是，每一个开关用一个向量来表示，称为开关向量，对第i个开关，其开关向量记为Ki，每个向量都由17位元素组成，即

K_i＝[a_i1,a_i2,…,a_i17]

其中，第一位元素a_i1为开关位置元素，该元素是与第i个开关相邻的上游开关的开关编号，即流过第i个开关的电流同时流过第a_i1个开关；

第二至第十一位元素a_i2～a_i11共十位元素，存储了连接第i个开关与第a_i1个开关导线的各段型号和对应长度，这十位元素可存储5段不同型号的导线型号和长度，其中元素a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五个元素称为导线型号元素，均为代表导线型号的数字；如果某开关向量与上游开关之间的导线种类不足5种，则对应的代表导线型号的向量元素为0；元素a_i3、a_i5、a_i7、a_i9、a_i11五个元素分别是a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五种导线型号的长度，称为导线长度元素，单位为km，如果某个导线型号元素为0，则对应的该导线长度元素也为0；

第十二至第十七位元素a_i12～a_i17共六位元素，存储了第i个开关的三段过电流定值，由于配电线路开关一般设置了三段式过电流保护，每段保护包括电流定值和时间定值；

其中a_i12、a_i14、a_i16三个元素分别表示过流I段、II段、III段电流定值大小，单位为安培，a_i13、a_i15、a_i17三个元素分别表示过流I段、II段、III段时间定值,单位为秒；有些线路只配置了两段式保护，则此时a_i16、a_i17两个元素均为0。

所述判断线路保护开关设置合理性的判别方法如下：

(1)利用遍历比较法确定与变电站出线开关相邻的开关编号，对每个开关对应向量的第一个元素a_i1是否等于1进行遍历判别；如果a_i1＝1，记录下该开关的编号i，记为：E_j＝i

同时以参数T统计开关个数，参数T初始赋值为0，即：T＝T+1

其中，E_j(j＝1,2,3...)为与变电站出线开关相邻的下游各通道上的开关编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中j为该类开关编号的序列数字。

(2)继续确定下游各级开关编号，若T＜N-1，N为线路总开关数，则说明下游还有开关，此时对剩余开关对应向量的第一个元素a_i1(i≠E_j)是否等于E_j分别进行遍历判别；如果某个开关对应向量的第一个元素a_i1＝E_j，记录下该开关的编号i，记为：F_k＝i；

同时继续以参数T统计开关个数，即：T＝T+1

其中，F_k(k＝1,2,3...)为与各通道上的下游相邻开关的编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中k为该类开关编号的序列数字。

用同样的方法，对所有开关进行分层遍历，直到T＝N-1，最终确定从变电站出线开关到各末端的各路通道上的各级开关编号(1，E_j，F_k，…)，各组开关编号形成新的向量L_m，各向量元素的个数依遍历结果而定，记为：L_m＝[1,E_j,F_k,…]；

这些向量称为开关分层序列向量，每一个向量对应各组独立的分级开关序列。

(3)根据以上遍历形成的开关分层结果，对每一路开关的定值进行自动判别，判别方法如下：

(A)编号为1的开关定值合理性判别，由于编号为1的开关为变电站出线开关，首先判别该开关定值的合理性，该开关定值应有三段，即：a₁₁₂＞a₁₁₄＞a₁₁₆＞100。

否则将报出线开关电流定值有误，根据可能出现的问题，包括以下几种情况：1)只有两段保护；2)下段定值小于上段定值；3)过流III段偏小；

出线开关时间定值应满足过流I段为0s，过流II段位0.2s，过流III段大于等于0.4s，即：a₁₁₃＝0,a₁₁₅＝0.2,a₁₁₇≥0.4。

否则将报出线开关时间定值有误，根据可能出现的问题，包括以下几种情况：1)过流I段速断时间不为0；2)过流II段时间大于0.2s；3)过流III段时间偏小。

(B)同一序列的下级开关与变电站出线开关的配合合理性判别，编号为E_j的开关定值合理性判别，该开关为变电站出线开关下游的第一个开关，该开关定值需要与出线开关配合，需至少满足以下条件，电流定值和时间定值与出线开关配合，过流I段电流定值不大于出线开关过流II段的0.9倍，时间定值为0s；过流II段不大于出线开关过流III段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s，即：

否则将报开关E_j定值有误，根据可能出现的问题，包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大或偏小；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值不对。

(C)同一序列的下级开关与上级开关的配合合理性判别,编号为F_k的开关定值合理性判别，该开关为开关E_j下游的后续开关，开关F_k与E_j之间也需要形成一定配合；与上面类似，至少满足以下条件，开关F_k与E_j的电流定值和时间定值应相互配合，开关F_k过流I段电流定值不大于开关E_j过流I段的0.9倍，时间定值为0s；开关F_k过流II段电流定值不大于开关E_j过流II段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s，即：

否则将报开关F_k定值有误，根据可能出现的问题，包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值级差不足；若后续还有保护开关，依次类推进行判别。

所述自动生成保护配置优化方案的具体步骤和方法如下：

(1)计算各开关处的阻抗值

在给出变电站10kV母线处的系统阻抗后，可以筛选出分级开关，记10kV母线的最大方式下系统阻抗为Z_d＝R_d+jX_d，最小方式下系统阻抗为Z_x＝R_x+jX_x，其中R、X分别为系统电阻、系统电抗；

在此基础上，根据遍历产生的开关分层关系L_m＝[1,Ej,F_k,…]，求算各通路上的各开关的最大方式、最小方式下的开关处的阻抗值。

(2)筛选出可靠的分级开关

对各开关进行筛选，判别是否符合分级配置条件；

判别方法为：对开关E_j处大方式下的阻抗

与10kV母线处的小方式下的系统阻抗|Z_x|之间的比值进行判别。

若

则表明开关E_j可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j进行重新设置；设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K₁′、

其中调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变；对于K₁′而言，

这六位元素分别作如下变化：

a₁₁₄′＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a₁₁₆′＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a₁₁₆′＝a₁₁₆，

a₁₁₃′＝0，a₁₁₅′＝0.2，

若a₁₁₇＝0，则a₁₁₇′＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a₁₁₇′＝a₁₁₇；

式中，

为开关E_j处最小方式下系统阻抗；

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

若

则表明开关E_j不能作为有效分级开关，此时，继续对后侧开关进行判别，若开关E_j后侧的开关F_k处大方式下阻抗与10kV母线处的阻抗值之比不小于1.5，即

则表明开关F_k可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j、F_k进行重新设置；设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K₁′、

调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变；具体如下：

对于K₁′而言，这六位元素分别作如下变化：

a₁₁₄′＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a₁₁₆′＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a₁₁₆′＝a₁₁₆；

a₁₁₃′＝0，a₁₁₅′＝0.2，

若a₁₁₇＝0，则a₁₁₇′＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a₁₁₇′＝a₁₁₇；

式中，

为开关F_k处最小方式下系统阻抗；

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

对于

而言，由于不是可靠的分级开关，此时可退出其保护，这六位元素应全部取0，即：

对于其他各通道的开关，按照以上方法进行优化设置；

对所有开关进行了优化设置之后，最后自动形成的保护配置方案，就按照变电站的出线开关、开关E_j和开关F_k的新生成的对应的向量K₁′、

中与定值相关的各元素数据确定。

本发的有益效果是，本发明提出的识别配网线路保护定值合理性的方法，只需对配网线路根据实际进行准确编码，即可自动对定值合理性进行判别，并且获得优化建议，为配网线路运维和整定人员提供有益参考。

附图说明

图1为一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法流程示意图；

图2为配电线路开关编号示意图。

具体实施方式

本实施例一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法流程如图1所示，

本实施例自动识别配网线路保护定值合理性的方法步骤如下：

(1)以线路开关为接点，对线路的各段导线的长度型号、开关定值等信息进行统一编码。

(2)判别各开关的层次顺序。

(3)根据开关分层结果，对每一路开关定值的合理性进行判别，在不改变开关分布的情况下，自动优化定值；存储该优化结果。

(4)按照配网线路阻抗和分级配置思想，对开关进行筛选，提出更新优化方案。

(5)输出不改变开关分布的情况下的优化结果和筛选优化方案，供供电部门参考。

本实施例根据线路实际情况及各开关的现有设置，用专用表达方式对线路开关进行编码：

所有10kV配网线路在正常运行时，采用的是单向电源供电，从电源向下级供电呈现的是辐射形，本实施例充分利用配网线路的供电及电流流动和配网线路分支多的特点，提出一种开关关联法对线路开关进行编码，以全面准确地描述线路上各开关。

本实施例所进行编码的开关是配电线路所有具有保护功能的开关，本实施例提出的对配电线路开关的描述方法以向量形式进行编码。每个开关由一个向量进行描述，记为描述向量Ki，为一个含有17位元素的向量，其中i为开关编号。该向量分为三部分：第一部分是上游开关的编号；第二部分是与上游开关相连的导线型号和长度；第三部分是定值设置情况。具体如下：

第一步，对配电线路上开关进行编号，变电站开关固定编号为1，其他开关可按任意次序编号，但任意两个开关编号不能重复，编号最大值等于开关总数目。设某线路有N个开关，对各开关编号为i，则1≤i≤N。图2为含9个开关的一条配电线路编号示意图，当开关编号完成之后的操作中，该编号不能随意更改。

第二步，对各开关进行数字化，数字化的方法是，每一个开关用一个向量来表示，称为开关向量，对第i个开关，其开关向量记为Ki，每个向量都由17位元素组成，即

K_i＝[a_i1,a_i2,…,a_i17]

其中，第一位元素a_i1为开关位置元素，该元素是与第i个开关相邻的上游开关的开关编号，即流过第i个开关的电流同时流过第a_i1个开关。

第二至第十一位元素a_i2～a_i11共十位元素，存储了连接第i个开关与第a_i1个开关导线的各段型号和对应长度，这十位元素可存储5段不同型号的导线型号和长度，其中元素a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五个元素称为导线型号元素，均为代表导线型号的数字，现有各类常用的10kV配电线路导线均用数字编号代表，各数字与导线型号及其参数的对应关系参见表1。如果某开关向量与上游开关之间的导线种类不足5种(这也是大部分情况)，则对应的代表导线型号的向量元素为0。

表1配电线路编号与型号参数对应示意表

元素a_i3、a_i5、a_i7、a_i9、a_i11五个元素分别是a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五种导线型号的长度，称为导线长度元素，单位为km，如果某个导线型号元素为0，则对应的该导线长度元素也为0。

第十二至第十七位元素a_i12～a_i17共六位元素，存储了第i个开关的三段过电流定值，由于配电线路开关一般设置了三段式过电流保护，每段保护包括电流定值和时间定值。其中a_i12、a_i14、a_i16三个元素分别表示过流I段、II段、III段电流定值大小，单位为安培(A)，a_i13、a_i15、a_i17三个元素分别表示过流I段、II段、III段时间定值,单位为秒(s)。有些线路只配置了两段式保护，则此时a_i16、a_i17只配置两个元素均为0。

本实施例判断线路开关保护设置合理性：

本实施例在线路编码完成的基础上，提出一种算法，可以自动对编码线路开关进行分析，判断线路开关保护配置是否合理。判别方法如下：

第一步，利用遍历比较法确定与变电站出线开关相邻的开关编号。对每个开关对应向量的第一个元素a_i1是否等于1进行遍历判别。如果a_i1＝1，记录下该开关的编号i，记为

E_j＝i

同时以参数T(参数T初始赋值为0)统计开关个数，即

T＝T+1

其中，E_j(j＝1,2,3...)为与变电站出线开关相邻的下游各通道上的开关编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中j为该类开关编号的序列数字。

第二步，继续确定下游各级开关编号。若T＜N-1(N为线路总开关数)，则说明下游还有开关，此时对剩余开关对应向量的第一个元素a_i1(i≠E_j)是否等于E_j分别进行遍历判别。如果某个开关对应向量的第一个元素a_i1＝E_j，记录下该开关的编号i，记为

F_k＝i

同时继续以参数T统计开关个数，即

T＝T+1

其中，F_k(k＝1,2,3...)为与各通道上的下游相邻开关的编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中k为该类开关编号的序列数字。

用同样的方法，对所有开关进行分层遍历，直到T＝N-1，最终确定从变电站出线开关到各末端的各路通道上的各级开关编号(1，E_j，F_k，…)，各组开关编号形成新的向量L_m，各向量元素的个数依遍历结果而定，记为

L_m＝[1,E_j,F_k,…]

这些向量称为开关分层序列向量，每一个向量对应各组独立的分级开关序列。

第三步，根据以上遍历形成的开关分层结果，对每一路开关的定值进行自动判别。

判别方法是：

(1)编号为1的开关定值合理性判别。由于编号为1的开关为变电站出线开关，首先判别该开关定值的合理性。该开关定值应有三段，即

a₁₁₂＞a₁₁₄＞a₁₁₆＞100

否则将报出线开关电流定值有误，根据可能出现的问题，主要包括以下几种情况：1)只有两段保护；2)下段定值小于上段定值；3)过流III段偏小。

出线开关时间定值应满足过流I段为0s，过流II段位0.2s，过流III段大于等于0.4s。即

a₁₁₃＝0,a₁₁₅＝0.2,a₁₁₇≥0.4

否则将报出线开关时间定值有误，根据可能出现的问题，主要包括以下几种情况：1)过流I段速断时间不为0；2)过流II段时间大于0.2s；3)过流III段时间偏小。

(2)同一序列的下级开关与变电站出线开关的配合合理性判别。编号为E_j的开关定值合理性判别，该开关为变电站出线开关下游的第一个开关，该开关定值需要与出线开关配合，需至少满足以下条件，电流定值和时间定值与出线开关配合，过流I段电流定值不大于出线开关过流II段的0.9倍，时间定值为0s；过流II段不大于出线开关过流III段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s,即

否则将报开关E_j定值有误，根据可能出现的问题，主要包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大或偏小；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值不对。

(3)同一序列的下级开关与上级开关的配合合理性判别。编号为F_k的开关定值合理性判别，该开关为开关E_j下游的后续开关，开关F_k与E_j之间也需要形成一定配合，与上面类似，至少满足以下条件，开关F_k与E_j的电流定值和时间定值应相互配合，开关F_k过流I段电流定值不大于开关E_j过流I段的0.9倍，时间定值为0s；开关F_k过流II段电流定值不大于开关E_j过流II段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s,即

否则将报开关F_k定值有误，根据可能出现的问题，主要包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值级差不足。若后续还有保护开关，依次类推进行判别。

按照以上判别方法，仅是对定值的合理性进行了判别，确保不出现开关定值出线的明显错误，消除上下级开关配合的初级问题。若线路保护判别结果出现报错信息，则根据以上标准在不改变开关分布的情况下，自动进行优化。

在不改变开关分布的情况下，即使判别结果未报错，或定值进行了优化，配置方案也不代表该配制是最完善的，为了获得更为完善的保护配置，须根据线路信息继续给出更为优化的保护配置方案。

本实施例自动给出配电线路保护配置优化方案如下：

本实施例还具有一个功能，就是根据线路开关编码信息，按照配电线路阻抗和分级配置思想，自动给出优化配置方案。该功能的原理是：

(一)变电站出线开关速断即过流I段电流定值必须小于变电站10kV母线处的最小短路电流；(二)变电站出线开关近区故障发生时，该开关应以最快速度切除故障，即过流I段时间定值必须为0s；(三)变电站出线开关末段保护能保护全线金属短路故障；(四)包括变电站出线开关及线路上开关的上下级开关末段保护之间应形成时间级差配合；(五)保护之间应通过定值和时间实现配合。

根据以上原理，本实施例自动生成保护配置优化方案的具体步骤和方法是：

(1)计算各开关处的阻抗值

在给出变电站10kV母线处的系统阻抗后，可以筛选出分级开关。记10kV母线的最大方式下系统阻抗为Z_d＝R_d+jX_d，最小方式下系统阻抗为Z_x＝R_x+jX_x，其中R、X分别为系统电阻、系统电抗。

在此基础上，根据遍历产生的开关分层关系L_m＝[1,E_j,F_k,…]，求算各通路上的各开关的最大方式、最小方式下的开关处的阻抗值。以编号为E_j,F_k的开关为例，其求算方法是：

开关Ej：最大方式下开关Ej处的系统阻抗为

其中

最小方式下开关Ej处的系统阻抗为

其中

以上各式中，

为开关E_j的对应向量的第2p个元素对应的导线型号的单位电阻，

为开关E_j的对应向量的第2p个元素对应的导线型号的单位电抗，

为开关E_j的对应向量的第2p+1个元素对应的导线长度，计数参数p＝1,…,5。

开关F_k：开关F_k位于开关E_j的下游，最大方式下开关F_k处的系统阻抗为

其中

最小方式下开关F_k处的系统阻抗为

其中

以上各式中，

为开关F_k的对应向量的第2p个元素对应的导线型号的单位电阻，

为开关F_k的对应量的第2p个元素对应的导线型号的单位电抗，

为开关F_k的对应向量的第2p+1个元素对应的导线长度，计数参数p＝1,…,5。

若开关F_k的下游还有开关，则这些开关可以仿照F_k的方法求算各开关处的阻抗。

(2)筛选出可靠的分级开关。

对各开关进行筛选，判别是否符合分级配置条件，判别方法为：对开关E_j处大方式下的阻抗

与10kV母线处的小方式下的系统阻抗|Z_x|之间的比值进行判别。

情形一：若

则表明开关E_j可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j进行重新设置。设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K₁′、

其中调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变。对于K₁′而言，

这六位元素分别作如下变化：

a₁₁₄′＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a₁₁₆′＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a₁₁₆′＝a₁₁₆

a₁₁₃′＝0，a₁₁₅′＝0.2，

若a₁₁₇＝0，则a₁₁₇′＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a₁₁₇′＝a₁₁₇.

式中，

为开关E_j处最小方式下系统阻抗。

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

情形二：若

则表明开关E_j不能作为有效分级开关，此时，继续判别对后侧开关进行判别，若开关E_j后侧的开关F_k处大方式下阻抗与10kV母线处的阻抗值之比不小于1.5，即

则表明开关F_k可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j、F_k进行重新设置。设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K₁′、

调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变。具体如下：

对于K₁′而言，这六位元素分别作如下变化：

a₁₁₄′＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a₁₁₆′＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a₁₁₆′＝a₁₁₆

a₁₁₃′＝0，a₁₁₅′＝0.2，

若a₁₁₇′＝0，则a₁₁₇′＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a₁₁₇′＝a₁₁₇.

式中，

为开关F_k处最小方式下系统阻抗。

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

对于

而言，由于不是可靠的分级开关，此时可退出其保护，这六位元素应全部取0，即：

对于其他各通道的开关，按照以上方法进行优化设置。

对所有开关进行了优化设置之后，最后自动形成的保护配置方案，就按照变电站的出线开关、开关E_j和开关F_k的新生成的对应的向量K₁′、

中与定值相关的各元素数据确定。

本实施例提出一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，该方法首先根据线路实际情况及各开关的设置，以线路开关为接点，对线路与保护相关的信息利用向量表达方法进行编码；然后，在向量表达式的基础上，利用算法自动对线路开关进行分析，判断线路保护配置是否合理，若存在配置不合理的情况，在不改变开关节点的前提下，对各开关的定值进行完善；同时提出优化算法，对分级开关进行筛选，将不合适的开关剔出，确定可靠分级开关并重新设置各开关的定值。本实施例提出的识别配网线路保护定值合理性的方法，只需对配网线路根据实际进行准确编码，即可自动对定值合理性进行判别，并且获得优化建议，为配网线路运维和整定人员提供有益参考。

Claims (1)

1.一种自动识别配网线路保护定值合理性的方法，其特征在于，所述方法根据线路实际情况及各开关的现有设置，用专用表达方式对线路开关进行编码；利用算法自动对编码后的线路开关进行分析，判断线路保护开关设置合理性；自动生成保护配置优化方案；

所述用专用表达方式对线路开关进行编码，是采用向量形式对线路开关进行编码，所述向量分为三部分：第一部分是上游开关的编号；第二部分是与上游开关相连的导线型号和长度；第三部分是定值设置情况；

编码方法具体步骤如下：

(1)对配电线路上开关进行编号，变电站开关固定编号为1，其他开关可按任意次序编号，但任意两个开关编号不能重复，编号最大值等于开关总数目；

(2)对各开关进行数字化，其方法是，每一个开关用一个向量来表示，称为开关向量，每个向量都由17位元素组成，对第i个开关，其开关向量记为Ki，即：K_i＝[a_i1,a_i2,…,a_i17]，

其中，第一位元素a_i1为开关位置元素，该元素是与第i个开关相邻的上游开关的开关编号，即流过第i个开关的电流同时流过第ai₁个开关；

第二至第十一位元素a_i2～a_i11共十位元素，存储了连接第i个开关与第a_i1个开关导线的各段型号和对应长度，这十位元素可存储5段不同型号的导线型号和长度，其中元素a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五个元素称为导线型号元素，均为代表导线型号的数字；如果某开关向量与上游开关之间的导线种类不足5种，则对应的代表导线型号的向量元素为0；元素a_i3、a_i5、a_i7、a_i9、a_i11五个元素分别是a_i2、a_i4、a_i6、a_i8、a_i10五种导线型号的长度，称为导线长度元素，单位为km，如果某个导线型号元素为0，则对应的该导线长度元素也为0；

第十二至第十七位元素a_i12～a_i17共六位元素，存储了第i个开关的三段过电流定值，由于配电线路开关一般设置了三段式过电流保护，每段保护包括电流定值和时间定值；

其中a_i12、a_i14、a_i16三个元素分别表示过流I段、II段、III段电流定值大小，单位为安培，a_i13、a_i15、a_i17三个元素分别表示过流I段、II段、III段时间定值,单位为秒；有些线路只配置了两段式保护，则此时a_i16、a_i17两个元素均为0；

所述判断线路保护开关设置合理性的判别方法如下：

(1)利用遍历比较法确定与变电站出线开关相邻的开关编号，对每个开关对应向量的第一个元素a_i1是否等于1进行遍历判别；如果a_i1＝1，记录下该开关的编号i，记为：E_j＝i

同时以参数T统计开关个数，参数T初始赋值为0，即：T＝T+1

其中，E_j(j＝1,2,3...)为与变电站出线开关相邻的下游各通道上的开关编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中j为该类开关编号的序列数字；

(2)继续确定下游各级开关编号，若T＜N-1，N为线路总开关数，则说明下游还有开关，此时对剩余开关对应向量的第一个元素a_i1(i≠E_j)是否等于E_j分别进行遍历判别；如果某个开关对应向量的第一个元素a_i1＝E_j，记录下该开关的编号i，记为：F_k＝i；

同时继续以参数T统计开关个数，即：T＝T+1

其中，F_k(k＝1,2,3...)为与各通道上的下游相邻开关的编号，由于这类开关可能有多个，故设定为一系列，其中k为该类开关编号的序列数字；

用同样的方法，对所有开关进行分层遍历，直到T＝N-1，最终确定从变电站出线开关到各末端的各路通道上的各级开关编号(1，E_j，F_k，…)，各组开关编号形成新的向量L_m，各向量元素的个数依遍历结果而定，记为：

L_m＝[1,E_j,F_k,…]；

这些向量称为开关分层序列向量，每一个向量对应各组独立的分级开关序列；

(3)根据以上遍历形成的开关分层结果，对每一路开关的定值进行自动判别，判别方法如下：

(A)编号为1的开关定值合理性判别，由于编号为1的开关为变电站出线开关，首先判别该开关定值的合理性，该开关定值应有三段，即：

a₁₁₂＞a₁₁₄＞a₁₁₆＞100；

否则将报出线开关电流定值有误，包括以下几种情况：1)只有两段保护；2)下段定值小于上段定值；3)过流III段偏小；

出线开关时间定值应满足过流I段为0s，过流II段为0.2s，过流III段大于等于0.4s，即：a₁₁₃＝0,a₁₁₅＝0.2,a₁₁₇≥0.4；

否则将报出线开关时间定值有误，包括以下几种情况：1)过流I段速断时间不为0；2)过流II段时间大于0.2s；3)过流III段时间偏小；

(B)同一序列的下级开关与变电站出线开关的配合合理性判别，编号为E_j的开关定值合理性判别，该开关为变电站出线开关下游的第一个开关，该开关定值需要与出线开关配合，需至少满足以下条件，电流定值和时间定值与出线开关配合，过流I段电流定值不大于出线开关过流II段的0.9倍，时间定值为0s；过流II段不大于出线开关过流III段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s，即：

否则将报开关E_j定值有误，包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大或偏小；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值不对；

(C)同一序列的下级开关与上级开关的配合合理性判别,编号为F_k的开关定值合理性判别，该开关为开关E_j下游的后续开关，开关F_k与E_j之间也需要形成一定配合；至少满足以下条件，开关F_k与E_j的电流定值和时间定值应相互配合，开关F_k过流I段电流定值不大于开关E_j过流I段的0.9倍，时间定值为0s；开关F_k过流II段电流定值不大于开关E_j过流II段的0.9倍，时间定值比出线开关过流III段小0.2s，

否则将报开关F_k定值有误，包括以下几种情况：1)过流I段电流定值偏大或偏小；2)过流II段电流定值偏大；3)过流I段时间定值不为0s；4)过流II段时间定值级差不足；若后续还有保护开关，依次类推进行判别；

所述自动生成保护配置优化方案的具体步骤和方法如下：

(1)计算各开关处的阻抗值

在给出变电站10kV母线处的系统阻抗后，可以筛选出分级开关，记10kV母线的最大方式下系统阻抗为Z_d＝R_d+jX_d，最小方式下系统阻抗为Z_x＝R_x+jX_x，其中R、X分别为系统电阻、系统电抗；

在此基础上，根据遍历产生的开关分层关系L_m＝[1,E_j,F_k,…]，求算各通路上的各开关的最大方式、最小方式下的开关处的阻抗值；

(2)筛选出可靠的分级开关

对各开关进行筛选，判别是否符合分级配置条件；

判别方法为：对开关E_j处最大方式下的阻抗

与10kV母线处的最小方式下的系统阻抗|Z_x|之间的比值进行判别；

若

则表明开关E_j可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j进行重新设置；设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K′₁、

其中调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变；对于K′₁而言，

这六位元素分别作如下变化：

a′₁₁₄＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a′₁₁₆＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a′₁₁₆＝a₁₁₆，

a′₁₁₃＝0，a′₁₁₅＝0.2，

若a₁₁₇＝0，则a′₁₁₇＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a′₁₁₇＝a₁₁₇；

式中，

为开关E_j处最小方式下系统阻抗；

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

若

则表明开关E_j不能作为有效分级开关，此时，继续对后侧开关进行判别，若开关E_j后侧的开关F_k处最大方式下阻抗与10kV母线处的阻抗值之比不小于1.5，即

则表明开关F_k可以作为可靠的分级开关，此时可根据实际参数对变电站的出线开关，即编号为1的开关和开关E_j、F_k进行重新设置；设置方法为对开关的对应向量作一定的调整，调整方法如下：

向量K₁、

分别调整为K′₁、

调整前后的向量之间只有第十二至第十七位元素发生变化，其他元素保持不变；具体如下：

对于K′₁而言，这六位元素分别作如下变化：

a′₁₁₄＝0.6a₁₁₂，

若a₁₁₆＝0，则a′₁₁₆＝a₁₁₄，若a₁₁₆≠0则a′₁₁₆＝a₁₁₆；

a′₁₁₃＝0，a′₁₁₅＝0.2，

若a₁₁₇＝0，则a′₁₁₇＝a₁₁₅，若a₁₁₇≠0则a′₁₁₇＝a₁₁₇；

式中，

为开关F_k处最小方式下系统阻抗；

对于

而言，这六位元素分别作如下变化：

对于

而言，由于不是可靠的分级开关，此时可退出其保护，这六位元素应全部取0，即：

对所有开关进行了优化设置之后，最后自动形成的保护配置方案，就按照变电站的出线开关、开关E_j和开关F_k的新生成的对应的向量K′₁、

中与定值相关的各元素数据确定。

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