基于PSASP的配电线路继电保护整定研究

国网北京通州供电公司 钱叶牛 国网呼伦贝尔供电公司 于忠敏 董志鹏 王海峰 陈一洋

电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）是一款专门用于电力系统仿真计算软件，其附带的丰富继电保护装置和整定规则为简单化、标准化开展配电系统的继电保护整定研究和工程应用带来了极大的便利。本文介绍了该软件继电保护整定计算主要功能特点和计算流程，并利用该软件针对同一220kV 变电站2条10kV 配电线路同时进行继电保护整定计算，计算结果可直接应用于现场继电保护装置整定，具有较强的实用价值。

1 PSASP 继电保护整定计算概述

配电线路继电保护装置包含线路柱上开关控制器、开闭器断路器控制单元等，其作用是在配电系统发生过流、接地等各种故障时迅速准确地切除故障设备，确保非故障区间的配电系统安全、稳定、可靠运行。继电保护装置运行参数的正确配置是保障配电网安全运行的重要条件，当其拒绝动作或者错误动作，均会对配电系统造成较大的危害。

例如，配电线路末端故障时，该处继电保护装置拒绝动作，将会导致故障越级跳闸，造成更大范围的设备和用户停电，影响供电可靠性指标，因此从配电系统安全运行的角度考虑，要求继电保护装置必须具备速动性、选择性、可靠性和灵敏性等性能。

配电线路继电保护整定计算的主要难点有：工作量大，计算过程较为复杂，包含三相短路、两相短路、单相接地、断线等各种类型单一故障、复杂故障的计算，考验从业人员综合素质。双环网开环运行、双环网合环运行等拓扑结构复杂的环网线路，继电保护装置后备保护定值相互依赖，配合较为困难，很难满足全部保护相互配合。继电保护整定计算方法不尽相同，不同的保护类型、不同运行方式配电网中的继电保护整定计算考虑因素较多、方法差异较大。

电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）是由中国电力科学研究院有限公司自主研发的一款电力系统仿真计算软件，功能强大，包含潮流、网络划分、暂态稳定、短路、网损分析、静态安全分析、最优潮流、小干扰稳定、电压稳定、电能质量计算、继电保护整定、马达启动、等值计算计算功能，其继电保护整定模块主要功能和特点包括：简单化、标准化计算过程，程序以国内现行有效的继电保护装置运行整定规程、计算导则为准则，集成了上百条整定规则，覆盖电压电流保护、接地距离保护、零序电流保护等21种保护类型，只需要通过简单的配置参数就能进行复杂的继电保护整定计算。

PSASP 继电保护整定计算以短路计算为基础，能够开展各种运行方式、检修方式的复杂故障计算，在计算过程中可以计及负荷大小、母线电压水平、同杆并架线路零序互感等因素的影响，以及电网结构的变化。主程序采用图论计算方法，算法计算效率较高，能够快速求取最优继电保护整定计算顺序，确保不发生多台继电保护装置之间保护不配合的问题，比较适用于大规模复杂配电系统继电保护装置保护定值的整定计算。继电保护装置配置情况可在单线图上直观显示，计算结果可采用定值简表、定值单、计算书等输出方式[1]。

2 PSASP 继电保护整定计算流程

PSASP 继电保护整定计算流程示意图如下图1所示。图中电网基础数据库存储母线、配电线路、变压器、负荷等数据，通过图模一体化平台采用文本或图形方式录入。继电保护库存储变压器零序电流保护、变压器差动保护、相间方向过流保护、母线差动保护等常见保护模型，方便使用者调用。

图1 PSASP 继电保护整定计算流程示意图

保护整定规则库存储各种类型保护要考虑的整定原则，比如线路电流一段保护的整定原则可供选择的整定原则有：躲本线路对侧故障时的最大三相短路电流、躲过变压器其他压侧故障时本线路最大三相短路电流、可靠躲过正常运行方式下本线路末端三相短路电流、考虑装机容量、按灵敏度整定(按电流闭锁考虑)，同一种保护类型不同的整定原则，对应的计算公式和典型参数选择不尽相同[2]。

3 PSASP 继电保护整定实例

以220kV 友好变10kV 基地线和友联线，以及110kV 南郊变南三线和南四线为例，在PSASP中建立继电保护整定计算模型，其单线图如图2所示。计算时，取基准容量为100MVA、基准电压为10.5kV。基地线站内正序短路阻抗标幺值为0.2938，友联线站内正序短路阻抗标幺值为0.353，南三线站内正序短路阻抗标幺值为0.472，南四线站内正序短路阻抗标幺值为0.4398。

图2 继电保护整定实例单线图

3.1 基地线站

基地线站外主干线具备继电保护功能的配电开关有60号杆配电开关，104号杆配电开关。基地线出站至60号杆之间线路由0.4km 电缆和7.6km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.155Ω/km、电抗0.087Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻标幺值0.056236，等效电抗标幺值2.485620；基地线60号杆至104号杆之间线路由5.75km 架空绝缘导线组成，电阻忽略不计，导线电抗0.356Ω/km，等效电抗标幺值1.856690；基地线104号杆至线路末端之间线路由7.05km 架空绝缘导线组成，电阻忽略不计，导线电抗0.356Ω/km，等效电抗标幺值2.276460。

3.2 友联线站

友联线站外主干线具备继电保护功能的配电开关有28号杆配电开关、143号杆配电开关、224号杆配电开关。友联线出站至28号杆之间线路由0.4km 电缆和2.65km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.155Ω/km、电抗0.087Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻标幺值0.056236，等效电抗标幺值0.887256。

友联线28号杆至143号杆之间线路由0.2km电缆和13km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.155Ω/km、电抗0.087Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻标幺值0.028118，等效电抗标幺值4.213510；友联线143号杆至224号杆之间线路由6.4km 架空绝缘导线组成，电阻忽略不计，导线电抗0.356Ω/km，等效电抗标幺值2.066580；友联线224号杆至线路末端之间线路由12.3km 架空绝缘导线组成，电阻忽略不计，导线电抗0.356Ω/km，等效电抗标幺值3.9717。

3.3 南三线站

南三线站外主干线具备继电保护功能的配电开关有22号杆配电开关、54号杆配电开关。南三线出站至22号杆之间线路由0.4km 电缆和1.1km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.03188Ω，等效电抗有名值0.42592Ω，等效电阻标幺值0.028916，等效电抗标幺值0.386322。

南三线22号杆与54号杆之间线路由0.2km 电缆和1.6km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.01594Ω，等效电抗有名值0.58676Ω，等效电阻标幺值0.014458，等效电抗标幺值0.532209。

南三线54号杆至线路末端之间线路由由0.2km电缆和5.6km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.01594Ω，等效电抗有名值2.01076Ω，等效电阻标幺值0.014458，等效电抗标幺值1.82382。

3.4 南四线站

南四线站外主干线具备继电保护功能的配电开关有18号杆配电开关、62号杆配电开关。南四线出站至18号杆之间线路由0.4km 电缆和0.9km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.03188Ω，等效电抗有名值0.35472Ω，等效电阻标幺值0.028916，等效电抗标幺值0.321741。

南四线18号杆与62号杆之间线路由0.2km 电缆和2.2km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.01594Ω，等效电抗有名值0.80036Ω，等效电阻标幺值0.014458，等效电抗标幺值0.72595。

南四线62号杆至线路末端之间线路由由0.2km电缆和6.1km 架空绝缘导线组成，电缆导线电阻0.0797Ω/km、电抗0.0858Ω/km，架空导线电抗0.356Ω/km、忽略电阻影响，等效电阻有名值0.01594Ω，等效电抗有名值2.18876Ω，等效电阻标幺值0.014458，等效电抗标幺值1.98527。

3.5 整定计算主界面和整定原则

整定计算主界面和整定原则设定如图3和图4所示，考虑一段电流定值躲本线路对侧故障时的最大三相短路电流、一段电流定值躲过变压器其他压侧故障时，本线路最大三相短路电流、一段电流定值可靠躲过正常运行方式下本线路末端三相短路电流、一段电流定值按灵敏度整定(按电流闭锁考虑)因素影响，PSASP 继电保护整定计算单次计算可以同时计算出友联线28号杆、143号杆、224号杆配电开关，以及基地线60号杆、104号杆配电开关的电流保护定值，计算结果如表1所示。

图3 整定计算主界面

图4 整定原则设定

表1 继电保护整定计算结果

4 结语

本文通过PSASP 软件开展220kV 友好变10kV基地线和友联线站外配电开关继电保护装置过流定值整定计算，确定了定值一二次数值和时间延时，计算结果可直接应用于现场，避免配电线路无保护定值导致故障越级跳闸、引起非故障区间停电事件的发生，有助于进一步提升配电系统供电可靠性。

最新版PSASP 软件（版本7.61）最大可建立含有100000个母线、60000条交流线路、30000台发电机组、60000用电负荷、200条直流线路、60000台双绕组变压器、60000台三绕组变压器、120000条分支、200台移相器、100个故障点、200台无功补偿设备、200个自定义模型、1000个区域的的电力系统仿真模型，可搭建整个城市配电网暂稳态计算模型，进行全系统全网络多台继电保护装置保护定值整定计算，有助于加强电力系统继电保护专业继电保护定值整定计算的专业化、集约化管理，进而建立健全公司级继电保护装置保护定值集中管控平台，进一步提升配网继电保护专业精益化管理水平。

此外，PSASP 软件还提供用户自定义模型（User Define Model，UDM），使得用户可通过UDM 建立符合自己工程需要的继电保护模型和整定原则，进一步拓展软件功能和使用场合，解决现场实际问题。