地区电网继保系统在线自整定与评估预警方法

陈青松，李华

地区电网继保系统在线自整定与评估预警方法

陈青松，李华

地区电网作为电力用户供电的核心，其承担着尽可能多的吸纳新能源、给用户提供可靠经济电能的责任，是现代智能电网重点发展的环节。针对地区级电网的实际情况，重点研究继电保护在线整定计算以及继电保护在线评估与预警，解决地区电网中继电保护定值与电网的适应性问题，同时，针对石家庄地区电网的实际情况研究实现地县继电保护整定计算与定值管理一体化系统，对提升继电保护的性能具有重要的理论意义及实用价值。

地区电网；继电保护；在线自整定；评估警报

0 引言

智能电网作为世界电网发展的趋势，可以促进节能减排、实现低碳经济，智能电网的建设工作已经成为我国的国家战略[1-3]。考虑到我国的能源分布与国民经济发展的实际特点，大量电能将从西部向东部输送，特高压远距离交直流混合输电是我国电网的重要特征，这使得我国电网的结构将更加复杂，安全稳定运行的难度也更大。同时，一部分可再生能源以分布式电源的方式接入低压配电网，使得配电网由单电源系统变成多电源系统，电源运行方式变化幅度大、速度快，电网的拓扑结构更加复杂，交直流混合输电、长短线路交织，所有这些问题都给继电保护带来了严峻挑战[4-5]。

地区电网作为用户供电的主体，承担着尽可能多的吸纳新能源、给用户提供可靠经济电能的责任，是智能电网重点发展的环节。地区电网电压等级尽管相对较低，但与高压电网相比，其不规范接线较多，继电保护配置方式多样，有一定的特殊性[6-8]。具体表现在：

（1）地区电网中各不同线路的保护配置方式及其限制条件不一定相同，在不同类型的保护装置之间还需要相互配合。不同地区电网的整定原则也会因为当地继电保护工作者习惯不同而不同，地区电网的继电保护配合工作较高压电网复杂。

（2）随着大量新能源接入地区电网，使得地区电网的复杂程度日益增加，分布式电源接入配电网使地区电网由传统的舉侧电源变成多侧电源，导致地区电网的运行方式发生了很大变化。

地区电网作为用户供电的主体，承担着尽可能多的吸纳新能源、给用户提供可靠经济电能的责任，是智能电网重点发展的环节。针对地区级电网的实际情况，重点研究继电保护在线整定计算以及继电保护在线评估与预警，解决地区电网中继电保护定值与电网的适应性问题，同时针对石家庄地区电网的实际情况研究实现地县继电保护整定计算与定值管理一体化系统，对提升继电保护的性能具有重要的理论意义及实用价值。

1 地区电网继保系统模型

地区电网继电保护在线自整定系统结构如图1所示：

图1 地区电网继电保护在线自整定系统结构

该系统包含主站系统、子站系统和保护装置3大部分，其中主站系统置于调度端，子站系统置于厂站端。各个层次功能如下：

（1）保护装置

就地整定。根据其所在位置检测信息，判断保护定值是否发生变更，如需要变更，则计算保护定值并直接更改保护运行定值。根据远程控制信息调整保护定值。

（2）子站系统

子站整定。根据子站中各个保护装置的检测信息以及子站内断路器、隔离开关的状态，判断子站内保护定值是否发生变更，如需要变更，则计算保护定值并发送到各个保护装置中，更改保护运行定值。

（3）主站系统

集中整定。根据所有子站的上传信息判断系统当前状态（直接从系统中获取实时网络状态分析结果），实现保护的集中整定。完成集中整定后，对于需要变更的保护，通过子站控制中心将新定值发送给各个保护。

2 评估预警结果判据

运行方式发生改变时，继电保护的原定值不再适应，甚至会导致继电保护不正确动作，从而给电网带来安全隐患。所以需要定量评估继电保护定值不合理对电网安全的影响，确定电网中保护定值不合理的薄弱环节，以便釆取措施消除故障隐患。本文采取风险评价矩阵法，定量评估继电保护隐患对电网安全的影响，实现在线评估和预警。

风险分析方法如FMEA、事件树等，大多数风险分析方法都有一定的缺陷。其中 FMEA法只考虑非危险性失效因素，浪费时间，一般不能考虑各种实效的综合因素；事件树法不易理解，在数学上往往非单一解，并且包含复杂的逻辑关系。综合考虑，釆用风险评价矩阵法，使风险分析结果更直观、精确。110kV定值校验规则如表1所示：

表1110kV定值校验规则

3 整定系统的工作流程

考虑到用于故障信息子主站之间通讯的规约并不支持定值修改以及文件下装功能，故系统研发时在原有基础上扩展了规约的定义。基于故障信息主站建设的装置定值远方在线自动整定系统，可以获取 XML格式定值单的主要内容，将其与装置内部定值对比，差异显示不一致定值，同时，在远端在线修改装置为定值。假若用户需要就地自动整定装置定值时，可通过主站将XML格式定值单下装至子站，利用装置厂家调试软件实现装置定值就地自动整定。

定值自动校核功能的处理流程如图2所示：

图2 定值自动校核功能的处理流程

具体如下：

（1）核对XML定值单的合法性。首先，将XML格式定值单中的定值内容依次提取出来并置于一个结构体化的缓冲区中，使用SAX对XML文件进行解析上来，并将当前缓冲区中的模板描述与召唤上来的装置版本、类型进行比较，如果一致则进入到定值的转换部分，否则系统进行报错。

（2）定值转换校验。将各种类型（16进制类型、整数类型、浮点类型等）的定值转换成相应装置能够辨识的数值；比较对定值的有效性，查看各个定值是否越界，若出现越界行为，当整个比较结束后，给出比较结果。

（3）下传装置定值。对比 XML定值单内定值与装置定值后，差异显示不一致项，经用户确认后，采取规约进行定值传输，主站仅下传需修改的定值，子站完成修改装置定值工作。就地自动整定时，这些工作均由厂家调试软件完成。修改结束后，再次召唤定值与缓冲区中定位进行比对，如果返回确则成功完成装置定值自动整定。

4 继电保护在线整定的实现

随着电网事故分析、处理的应用要求的提高，故障信总系统在调度自动化系统中的地位越来越重要。鉴于电网发生事故时，对不同类型信总时效性、完整性需求的差界，该系统采取了信息的分层处理，通过信息主站与子站间完成的故障记录、故障录波、故障分析与故障结果处理等信息的交可.，为电网事故分析、处现提供有效的帮助。

在线自整定系统通过故障信息通道，结合专用定值整定单元或故障信息系统完成与站端保护的通信，实现系统的定值在线整定功能，其基本结构如图3所示：

图3 在线整定系统功能框图

在线整定避免了运行方式的不确定性对保护定值性能的不利影响，可以明显提高保护的性能。对某地区电网在线整定的定值和原有的离线整定定值进行了统计比较，结果如图4所示：

图4 在线整定与离线整定比较

图4中：白色竖条表示在线整定结果，黑色竖条表示离线整定结果。可以看出，在线整定定值比离线整定定值的灵敏度高、失配保护少、延时短。

5 总结

为了满足电网对继电保护提出的4个特性（可靠性、选择性、快速性、灵敏性）的要求，充分发挥继电保护装置的效能，本文针对地区电网继电保护在线整定与评估预警关键技术进行了研究，取得了如下结论：

（1）本文所述保护定值在线整定系统采用精确的故障计算模型，并且通过沿线逐点计算来确定定值，避免了离线整定中引入分支系数带来的计算误差。

（2）通过分析电网局部变化对保护定值的影响以及实际算例，说明各种电网局部变化对保护定值的影响都是局部的。在线自整定技术提高了继电保护系统的动作速度和精度。

[1]张文亮,汤广福,查鲲鹏,等.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报,2010,30(4):1-7.

[2]曹国臣,蔡国伟,王海军.继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策[J].中国电机工程学报,2003,23(10):51-56.

[3]蔡斌,吴素农,王诗明,等.电网在线安全稳定分析和预警系统[J].电网技术,2007,31(2):36-41.

[4]Yang Mingyu, Zhu Yongli. A cooperative protection system with multi-agent system[C].IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition：Asia and Pacific,Dalian,China,2005.

[5]李银红,段献忠.继电保护整定计算中形成简单回路的方法[J].中国电机工程学报,2003,23(2):21-25.

[6]李林琳,邢顺涛.电力系统改构时继电保护运行整定方法的研究[J].长春工程学院学报(自然科学版),2005,6(3):39-41.

[7]张海波,张伯明,王志南,等.地区电网外网等值自动生成系统的开发与应用[J].电网技术,2005,29(24):10-15.

[8]张伯明,杨健．一种规范化的计算机故障分析计算方法[J].清华大学学报(自然科学版),1999,39(3):32-38.

Online Self-tuning Grid Relay Protection System and Assessment Method

Chen Qingsong, Li Hua
(Foshan power supply bureau of Guangdong power grid company, Foshan528000, China)

As the core of power supplier, regional power grid takes responsibility for absorbing energy as much as possible and providing consumers with reliable economical electric energy. It is the key link in the development of modern smart grids. For the current situation of regional grid, this paper focuses on the online setting calculation, evaluation and forewarning of reply protection. It solves the contradiction between set value of reply protection and grid’s adaptability in the regional grid. At the same time, it also researches and realizes the integration between setting calculation and management of the prefectural and county reply protection for the realities of regional grid at Shijiazhuang. It has important theoretical significance and practical value for the improvement of reply protection.

Regional Network; Relay Protection; Online Self-turning; AssessAlert

TM46

A

2015.02.08）

1007-757X(2015)05-0061-02

陈青松（1984-），男，广东电网公司佛山供电局，工程师，硕士，研究方向：变电运行、继电保护等，佛山，528000李 华（1988-），女，广东电网公司佛山供电局，助理工程师，学士，研究方向：变电运行、继电保护等，佛山，528000