距离保护整定计算研究综述

沈阳工程学院 魏琳洹 尹常永

输电线路距离保护对于整个电力系统的稳定运行以及被保护的电气设备都是重要的，同时选择合适的整定计算系统，对电力系统继电保护装置的可靠运行具有十分重要的作用。本论文主要是针对输电线路距离保护的形式、发展现状进行分析，并对其整定计算的系统和核心内容进行总结，并提出了展望。

随着国民经济的飞速发展，电网越来越庞大，其复杂的架构也是我们研究的难题。高压的输电线路可能出现的故障情况也就越来越多。在这种情况下，在线路距离保护技术方面，要解决以下几个问题：

第一，要准确地辨别出问题的线路，并且快速地将它们移除，最大化的缩小停电范围；第二，要能非常好的调整线路状态以应对环境的改变，并且保持其稳定的特性；第三，巡检人员可以方便地检查，维修。

输电线路距离保护整定计算必须满足“四性”的要求。即“可靠性”、“选择性”、“快速性”和“灵敏性”。对高压电网输电线路进行整定计算，为了满足上述要求，装设的距离保护装置要合理选择和配合，这些工作都是不容易的。

1 距离保护研究现状

距离保护是利用短路时电压、电流在同一时间发生变化的特征，测量计算出U与I的比值，反应发生故障的位置到保护架设处的距离，并根据该数值的大小而确定动作时间的一种保护装置。

距离保护原理根据数据处理方式的不同可分为频域距离保护和时域距离保护。

1.1 频域距离保护

侯俊杰、樊艳芳、王一波等人介绍了频域距离保护利用工频量计算测量阻抗。但风电、光伏发电等新能源接入系统时其不同于传统电网输电线路的故障特性，使得频域距离保护可靠性受到影响，保护可能无法正确动作。

双馈型电源存在频率偏移的故障特性，一般采用傅里叶算法提取电压、电流相量，导致线路故障电压、电流频率不一致，使傅里叶算法无法准确提取工频量，继而求得的测量阻抗存在较大误差，频域距离保护在双馈型风电场并网后联络线上不能准确动作。而逆变型电源虽不存在频率偏移的问题，但其弱馈性的故障特性同样使得频域距离保护在直驱型风电场及光伏电站并网后联络线上不能准确动作。

1.2 时域距离保护

裘愉涛、潘武略、倪传坤等人介绍了时域距离保护，即基于R-L模型算法的距离保护，其基本思路是在输电线路短路情况下，忽略线路分布电容产生的高频分量影响，用一个电阻和电感的串联电路等效故障点到保护安装处的线路，根据该模型列写出KVL方程，求解得到与测量阻抗对应的电阻和电感。

R-L模型算法不需要滤除非周期分量，并且不受电网频率变化的影响，同时具有很好的频带适用范围。但当线路长度增加时，频带适用范围变窄，当线路长度达到500km时，其适用频带小于124Hz，因此需要根据线路长度调整滤波器的性能。R-L模型算法只需在其适用频带内，即可准确的计算出测量阻抗，其受新能源发电故障特性的影响比频域距离保护小。但是R-L模型算法由于忽略了输电线路分布电容，应用于长输电线路时可能存在较大误差。

2 整定计算研究现状

2.1 整定计算系统

继电保护整定计算系统发展至今，按其发展历程大致可分为全人工整定计算、半人工整定计算和计算机整定计算三个阶段。

Elias先生指出：“工程木协会(APA)最初是代表制作汽车门板和踏脚板的标准花旗松胶合板行业，5家小公司认识到他们可以作为一个整体推销自己而不是单个公司产品。今天已经增加到172个成员工厂。”

2.1.1 全人工整定计算

70年代之前，设置数值的整定都是以手工计算的方式确定的，整定计算人员首先通过Y/△转变对所研究的框架做一定的简化处理，然后通过不正常计算时所获得的整定时短路电流，最后被保护计算的数值是由相应整定方法并加以计算所得到的。

该方式计算内容多、计算过程需要的时间较长、整体计算效率低下并且给不出最终精确的结果，因此，该方法只能被单层架构且小范围的配电型网络所采用。

2.1.2 半人工整定计算

70年代之后，计算机逐渐开始被投入于整定计算的项目中。从那时起，工作者就可以通过计算机来完成不正常工作情况下的计算，减少了工作人员的工作量，整定参数计算的速度和准确程度得到了提升。虽然借助计算机软件的帮助完成了大部分工作，但剩余部分仍需要人们手工来计算结果，并没有根治问题，效率依旧低下。

2.1.3 计算机整定计算

R.H.Cauthenge,W.P.Mccanne介绍了80年代初，Internet技术极大地发展，速度迅猛，各地的电气行业人员与技术研究人员接连对计算机计算保护整定的数值工作开创研究，各种整定数值计算系统应运而生，这也说明了自动化大时代的到来，因此，大大提高了整定数值计算工作的速度以及准确性。

R.Albre,M.J.Nisja,W.E.Feero,et al介绍了从90年代初到现如今，电气行业的不断进步，对于应用计算机所涉及的计算软件需求更多，更加精细。为此工作人员通过不懈的努力与探索，想出了各类新的计算方式以及参数设定形式，并尝试于在整定计算工作之中用到这些创新。在这一大环境下，也说明了计算机参与整定数值设定的软件迎来了新时代。

随着电网发展，整定计算系统所要开发的功能种类越来越多、定制开发带来的功能差异也愈加复杂。为了解决这个问题，原有的方法是系统后端同前端一样通过模块化，使业务分离，代码层次化，但是大量的层次会使得系统纵深过大，冗余且复杂，维护性降低，系统运行效率受影响。

目前应用较为广泛的系统，采用私有云系统，即系统部署在安全可靠的Linux系统中，使用docker技术进行模块化管理，Docker技术是一种更加精细、可控、基于微服务的技术。基于Docker的容器可将部署时间缩短到几秒，通过为每个进程构建容器，可以快速将这些类似进程应用到新的应用程序中。而且，由于无需启动操作系统即可添加或移动容器，因此大幅缩短了部署时间。

系统使用neo4j、mysql、mongodb数据库作为系统数据底层支撑。NoSQL的Neo4j图数据库是以图的结构形式来存储数据的，它所存储的是联系的数据，是关联数据本身，对于构建电网模型具有前所未有的优势。其主要的工作流程为：

（1）客户端发送请求：用户在客户端浏览器页面提交表单操作，向服务器发送请求，等待服务器响应；（2）服务器端处理请求：服务器端接收并处理请求，应用服务器端通常使用服务器端技术，对请求进行数据处理，并产生响应；（3）服务器端发送响应：服务器端把用户请求的数据（网页文件、图片、声音等等）返回给浏览器；（4）浏览器解释执行HTML文件，呈现用户界面。

2.2 整定计算核心内容

继电保护整定计算以电网参数作为计算基础，通过电网数据预处理将电网拓扑及设备参数等基础数据转换为计算模型数据，并通过广播机制将数据自动云同步至所有云服务器中，为后续计算工作提供数据基础。

当用户进行一个电网工程整定时，需要先创建一个计算工程，将需要计算的厂站线路加入工程中，选择要计算的保护类型开始进行整定计算，同时客户端自动向负载均衡器发送计算请求，负载均衡器的任务代理服务器自动将整个计算工程作为一个主任务下发至后端框架中的主服务器进行处理。

主服务器进行任务分析，判断主任务是否需要拆分，如果计算量较小，不需要考虑过多的方式及算法，则直接调用主服务器中的云组件进行计算并返回结果；如果计算量较大，需要计算大规模电网或多种配合规则，主服务器则将主任务根据保护观测点、配合规则、预算分析量、计算案例进行逐层拆分。

方子领和杨洋、王慧芳、时洪禹介绍了对于任务拆分方面，首先主服务器根据主任务中的保护观测点进行任务拆分，将一个工程中的所有观测点拆分成多个子任务，并将子任务上交至任务代理服务器进行单一队列算法分发任务，后台框架中所有上线的云服务器主动向任务代理服务器索要子任务，然后根据配合规则进行任务拆分并上交至任务代理服务器；后台框架中所有上线的云服务器主动向任务代理服务器索要子任务，然后根据预算分析量进行任务拆分并上交至任务代理服务器；后台框架中所有上线的云服务器主动向任务代理服务器索要子任务，然后根据具体计算案例进行任务拆分，当子任务拆分成具体计算案例时，该子任务拆分已达到最小颗粒度，无法再进一步拆分，每个云服务器则调用故障计算云组件进行并行计算；当最小颗粒度的子任务计算完成后，系统将计算结果按云服务器——任务代理服务器——主服务器的顺序进行回执操作。主服务器汇总所有子任务的计算结果提交至任务代理服务器，最终汇总结果被转发至数据存储代理服务器，再由所述数据存储代理服务器广播至后台框架中所有上线的云服务器进行云存储，同时任务代理服务器将汇总结果返回至原客户端显示，整定计算过程结束。

总结：本论文主要针对输电线路距离保护配置和整定计算来讨论，选择合理的保护方式和整定计算系统，对电力系统可靠运行具有十分重要的作用。在做整定计算工作时，需要更深入地研究和探讨各种装置的各项定值如何整定才能使保护的动作行为更符电网的安全运行需要。相信在不久的将来，会有一套更为成熟高效的整定计算平台可以实现一体化的快速整定计算。