繼電保護整定計算方法存在的問題與解決對策

繼電保護整定計算方法存在的問題與解決對策2023-1-1015:33:03核心提示：1引言高壓電網(wǎng)中廣泛使用的反響單側(cè)電氣量的繼電保護，如零序電流保護、1引言高壓電網(wǎng)中廣泛使用的反響單側(cè)電氣量的繼電保護，如零序電流保護、相間電流保護、繼電保護整定計算的步驟為[1]：①承受相重量法[2~4]或序重量法[5~6]計算電力系統(tǒng)故障時的電氣量；②利用故障時的電氣量計算繼電保護的整定值。為確保繼電保護能適應(yīng)電力系II段、IIIIV段，在動作時間上要滿足嚴格的協(xié)作關(guān)系[7]?；谶@種原則利用計算機進展繼電保護整定計算的現(xiàn)有方法主要存在6個方面的問題：結(jié)果消滅嚴峻的計算誤差；計算繼電保護延時段的動作值引入分支系數(shù)，造成動作值計算結(jié)果消滅誤差；數(shù)本身存在計算誤差；繼電保護整定計算過程中承受線性流程，造成屢次重復(fù)計算同一分支系數(shù)；查找不到電力系統(tǒng)最不利的運行方式；按保護裝置循環(huán)安排繼電保護整定計算挨次，造成屢次重復(fù)開斷同一條線路。問題(1)~(3)(4)和(6)降低了繼電保護整定計算的速度和效率；問題〔5〕可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障時擴大事故范圍。本文分析了繼電保護計算機現(xiàn)有整定計算方法存在的問題，提出了解決這些問題的對策。斷相口開路電壓計算方面存在的問題與解決對策存在的問題電壓等電氣量。計算這些電氣量的關(guān)鍵在于非全相振蕩時正序網(wǎng)斷相口開路電壓的計算。設(shè)電力系統(tǒng)中1,2,…,s號母線為發(fā)電機母線，EmDqm和Zm分別為第m臺發(fā)電機的等值電勢和等值阻抗。當(dāng)任意線路i-j發(fā)生非全相振蕩時，依據(jù)疊加原理，可求得正序網(wǎng)斷相口i 、t 的開路電壓[1]盡管式(1)可準確地計算出非全相振蕩時正序網(wǎng)斷相口的開路電壓，但計算量太大，其緣由在于：〔1〕Em和θm(m=1,2,…,s)必需通過暫態(tài)穩(wěn)定計算才能求得；〔2〕均隨著網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的變化而變化，每進展一次網(wǎng)絡(luò)操作均(1)計算非全相振蕩時正序網(wǎng)斷相口的開路電壓。為避開屢次進展暫態(tài)穩(wěn)定計算在繼電保護整定計算中通常假設(shè)非全相振蕩線路兩側(cè)等效發(fā)電機的電勢幅值相等均為E、相角差為d，并承受下式計算非全相振蕩時正序網(wǎng)斷相口的 開 路 電 壓 ：這種計算方法實際上無視了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造對正序網(wǎng)斷相口開路電壓的影響路為非放射狀兩端供電線路時解決對策口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)法為計及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的影響，假設(shè)電力系統(tǒng)振蕩過程中系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機分成兩個振蕩群參與振蕩，兩振蕩群等值發(fā)電機電勢幅值相等均為E1、相角差為d1。在這種假設(shè)條件下，以正序網(wǎng)斷相口i、t和兩群振蕩機組等效電勢端點為端口，依據(jù)雙口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)的物理意義，可導(dǎo)出一種計及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造影響時正序網(wǎng)斷相口開路電壓的計算方法為〔1〕在繼電保護整定計算中給定的是非全相振蕩線路兩側(cè)等效發(fā)電機的電勢幅值E和相角差δ。實際計算中只能取E1=E、δ1=δ。因此，式(3)仍存在計算誤差；〔2〕網(wǎng)絡(luò)操作均需重計算各發(fā)電機節(jié)點電壓算來講，式(3)的計算量仍比較大。網(wǎng)絡(luò)等值法設(shè)電力系統(tǒng)中任意線路i-j發(fā)生了非全相運行引起電力系統(tǒng)振蕩，以非全相線路兩側(cè)節(jié)點i、j為端口，在計及網(wǎng)絡(luò)操作的條件下將電力系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)簡化成一個無源雙端口1。雙端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗參數(shù)，相應(yīng)的計算模型見圖2。2可求得線路兩側(cè)節(jié)點i、j的自阻抗和互阻抗參數(shù)為可依據(jù)歐姆定律和戴維南定理計算雙端口網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)所需的補償電流2可求得式中 Zcp(1)為網(wǎng)絡(luò)操作端口入端阻抗矩陣，可利用原網(wǎng)正序節(jié)點阻抗矩陣中相應(yīng)元素形成；Zc(1)為模擬網(wǎng)絡(luò)操作應(yīng)追加的支路阻抗矩陣，可依據(jù)網(wǎng)絡(luò)操作信息形成；中相應(yīng)元素形成。依據(jù)外特性等效原則，作出圖1所示雙端口網(wǎng)絡(luò)的TY-D變換后得ppi、ji-j，便得到正序簡化等3。依據(jù)等值電路的形成和變形過程，各元件參數(shù)的計算方法如下：作出大型電力系統(tǒng)任意線路i-j3之后，可準確地求得非全相振蕩時正序網(wǎng)斷相口的開路電壓為考慮到繼電保護整定計算中通常假設(shè)非全相振蕩線路兩側(cè)等效發(fā)電機的電勢幅值相等均為E、相角差為d，式(11)進一步簡化為式中，與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造有關(guān)的參數(shù)僅為非全相線路兩側(cè)節(jié)點i、j的自阻抗和互阻抗,式(12)的計算量小于式(3)，但計算誤差增大。分支系數(shù)計算方面存在的問題與解決對策存在的問題分支系數(shù)造成繼電保護延時段動作值消滅計算誤差利用計算機整定延時動作的繼電保護II段、IIIIV段的現(xiàn)有方法，沿用了人工整定計算方法，即在整定計算過程中引入了分支系數(shù)。4A-BAII段為例，說明引入分支系數(shù)導(dǎo)致保護動作電流值偏大的緣由。依據(jù)相間電流保護的整定計算原則，相間電流保護A￠的II 段動作電流為鄰線路末端C母線三相短路時通過相鄰線路保護B的最大短路電流。最小分支系數(shù)和流經(jīng)保護安裝處的最大短路電流的計算方法如下：〔1〕最小分支系數(shù)的計算當(dāng) 環(huán) 網(wǎng) 開 環(huán) 運 行 時 分 支 系 數(shù) 為由式(14)、(15)可見，環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運行時的分支系數(shù)小于開環(huán)運行時的分支系數(shù)。最小分支系數(shù)消滅在環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運行、A側(cè)電源最大運行方式、B側(cè)電源最小運行方式的狀況下?！?〕流經(jīng)保護的最大短路電流的計算當(dāng)環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行時流經(jīng)保護的最大短路電流為一般來講，環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行時流過保護B的短路電流大于閉環(huán)運行時流過保護B的短路電流。因此，最大短路電流消滅在環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行、A側(cè)電源和B側(cè)電源均為最小運行方式的狀況下。顯而易見，最小分支系數(shù)對應(yīng)的電力系統(tǒng)運行方式與最大短路電流對應(yīng)的電力系統(tǒng)程度取決于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造簡單程度。分支系數(shù)本身存在計算誤差由于電源在電力系統(tǒng)中的分散性和運行方式變化的多樣性，在繼電保護整定計算過程誤差的主要緣由有：〔1〕電源運行方式變化對分支系數(shù)的影響現(xiàn)以圖5中整定A-B線路Aminmax分別表示電源為最大和最小運行方式下的電源電抗。依據(jù)分支系數(shù)的定義，d點短路時A側(cè)保護的分支系數(shù)為XF、XD或XE至少有一個會發(fā)生變化，因此，分支系數(shù)的大小與電源運行方式有關(guān)。分析式(18)可見，最小分支系數(shù)消滅在電源FXF=XF.miD和電源EXD=XDmaXE=XEma〕的狀況下；最大分支系數(shù)消滅在電源F〔XF=XF.ma、電源D和電源E為最大運行方式〔XD=XDmin、XE=XEmin〕的狀況下。應(yīng)指出，這里的電源運行方式在正序網(wǎng)為發(fā)電機組出力變化；在零序網(wǎng)為變壓器的接地阻抗變化。(2)不計電源運行方式變化導(dǎo)致分支系數(shù)的計算誤差5中整定A-B線路A側(cè)保護為例。由于圖5中各電源均未與線路A-B對側(cè)母線B化，即：全部電源均按最大運行方式考慮，分支系數(shù)具體計算方法如下：無網(wǎng)絡(luò)操作時的計算為輪番斷開一條相鄰線路時的計算為1〕斷開B-D線路時比較式(19)~(20)可見：①由式(19)計算出的分支系數(shù)最大，但依據(jù)式(18)的分析結(jié)論，最大分支系數(shù)應(yīng)消滅在XF=XFmax的運行方式下，明顯，按式(19)計算出的最大分支系數(shù)偏??；②假設(shè) 由式(20)計算出的分支系數(shù)最小，但依據(jù)式(18)的分析結(jié)論知，最小分支系數(shù)應(yīng)消滅在XE=XEmax的運行方式下，明顯，按式(19)計算出的最小分支系數(shù)偏大。最大分支系數(shù)偏小、最小分支系數(shù)偏大的程度取決于電力系統(tǒng)中電源的數(shù)量、位置和運行方式。分支系數(shù)重復(fù)計算問題現(xiàn)有的繼電保護整定計算軟件在繼電保護整定計算過程中一般都承受線性流程II段、III段及以后其5中整定A－B線路A側(cè)保護II段、III段為例。AII段的分支系數(shù)計算方法為：在不斷開任何線路和輪番斷開相鄰線路B-C、B-D、B-E的運行方式下，分別計算相鄰線路保護I段末端短路、相鄰線路末端短路且對側(cè)斷路器先跳開、對側(cè)母線短路時的分支系數(shù)。III段的分支系數(shù)計算方法為：在不斷開任何線路和輪番斷開相鄰線路B-C、B-D、B-E的運行方式下，分別計算A側(cè)保護II段時已經(jīng)計算出整定計算A側(cè)保護III了繼電保護整定計算的速度和效率，降低程度取決于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的簡單程度。解決對策分支系數(shù)的引入從兩個方面導(dǎo)致延時動作的繼電保護動作值消滅計算誤差最小分支系數(shù)和最大短路電流對應(yīng)的電力系統(tǒng)運行方式不全都；②分支系數(shù)本身存在著計算誤再沿用人工整定計算時引入分支系數(shù)的方法算繼電保護延時段的動作值。例如，圖5中A-B線路A側(cè)相間電流保護II段的動作電流可改用下式計算：相間電流保護I段末端發(fā)生三相短路時，流過保護A的最大短路電流。應(yīng)指出，在計算 時，必需計及電力系統(tǒng)內(nèi)分布式發(fā)電機運行方式變化的影響。計及的方法是依據(jù)切除發(fā)電機所產(chǎn)生的擾動域(擾動域的概念和確定方法見4.2.1節(jié))來確定整定計算范圍。利用故障時保護測量到的電氣量來計算繼電保護延時段的動作值，因未引入分支系數(shù)，故不存在分支系數(shù)重復(fù)計算的問題。查找運行方式時存在的問題與解決對策存在的問題查找不到電力系統(tǒng)最不利的運行方式運行方式。在計算繼電保護的動作值時，為查找電力系統(tǒng)的最大運行方式，僅輪番開斷保護所在線路對側(cè)母線上所連接的線路(一般輪番開斷一回線和輪番開斷兩回線)；在校驗繼電保護的靈路(一般輪番開斷一回)。實際上，這種輪番開斷方法在某些狀況下，查找不到電力系統(tǒng)最不利的運行方式。現(xiàn)以圖6A-B1、2I、II段保護動作值為例進展爭論。1I段動作值時,依據(jù)現(xiàn)有方法故障點應(yīng)選在B母線，然后在母線B上輪番開61來講，斷開E-C線才為電力系統(tǒng)最大運行方式；2II段靈敏度時，依據(jù)現(xiàn)有方法故障點應(yīng)選在母線A，然后在母線B上輪番開斷62來講，斷開E-C線才為電力系統(tǒng)最小運行方式。由此可見，按現(xiàn)有方法可能查找不到繼電保護整定計算所需的電力系統(tǒng)最不利的運行方式。屢次重復(fù)開斷同一條線路利用計算機整定繼電保護的現(xiàn)有方法，通常承受按保護循環(huán)的線性流程完成繼電保護整6A-B1I段動作值時，要在B母線上輪番開斷一條線路和輪番開斷二條線路；6E-C線路E側(cè)保護的I段動作值時，還要再次重復(fù)輪番開斷整定A-B線路保護1與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造有關(guān)。解決對策查找電力系統(tǒng)最不利運行方式的方法在利用計算機整定繼電保護的過程中，開斷線路時按開斷線路所產(chǎn)生的擾動域來確定保動域的概念為：假設(shè)從大型電力系統(tǒng)中開斷任意一條線路M，開斷線路時將引起電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造發(fā)生對稱變化，這種變化將使與線路M相鄰的線路中短路電流的水平發(fā)生變化，線路M越遠，這種影響就變得越小，遠離到肯定程度時開斷線路的影響可無視不計。由此響的區(qū)域稱為擾動域。確定擾動域的方法為：事先給定一個任意小數(shù)e，當(dāng)開斷某條線路后，以開斷線路為圓心向外逐層計算通過同一層線路保護的短路電流≥ε≈ε時，說明已到達擾動域邊界，擾動域由兩電流差值≥ε7。