基于海上石油平台电网的继电保护在线校核系统应用研究

魏晓丰 张 慧 黄 猛 刘 方 王少伟

（中海油能源发展装备技术有限公司）

0 引言

当前海上石油平台电网经过大规模组网之后，系统工况更加多样，故障类型更加多变，因此对继电保护定值的合理性提出更高的要求。然而，当前海上电力组网仍然采用传统的离线继电保护校核方式。在此基础上虽然电力系统的运行工况多样化，但当前定值整定的原则却只是采用最大和最小运行方式来进行计算，并且石油平台电网在多种工况下运行，而整定定值却只有一种，存在隐患。因此开发适用于海上平台的继电保护在线校核系统就显得尤为重要。通过该系统实现对石油平台电网继电保护定值的实时校核，本系统的建立将提升海上石油平台现有继电保护定值管理工作的效率，消除电网潜在定值安全隐患，并极大程度减少因保护误动导致生产损失的可能性。

1 在线校核系统的优势

本系统紧贴现场实际，以解决现场实际问题为出发点，在充分利用现有技术条件的基础上实现以下优势：

1）针对海洋石油特点开发，基于平台实际保护装置创建定值校验模型，并依据海洋石油工程设计指南及电力行标制定校核标准，行业特点鲜明，针对性强。

2）在多数情况下，离线整定计算的保护定值都不够精确合理，这必然会导致保护范围缩小、保护延时长、失配率升高［1］。而在线校核系统运用DMS提供的实时工况，校核现场实际运行定值，对存在不合理性的定值进行告警，避免扩大电网事故范围，造成生产损失。

3）开发具有简单故障、复合故障、跨线故障的故障分析功能，并结合DMS的工况数据，具备校核海上石油平台实时工况下定值合理性的功能的系统。

2 在线校核系统的总体方案设计

2.1 功能需求分析

继电保护在线校核系统是使用Oracle数据库，依据DMS提供的电网工况数据与制定的保护校核的规则，利用故障短路计算，以实现定值校核、整定和继电保护数据管理的功能。该系统主要可以分为两部分，即实时工况数据处理部分与继电保护定值校核部分。

在线数据处理模块重点实现“在线”，该模块应能够提供继电保护校核所需的所有实时数据，如电网的实时工况数据、电网现场使用的继电保护定值等。继电保护定值校核模块重点实现“校核”，该功能模块通过系统已建立的电力系统一次模型，依据校核技术规程进行继电保护装置定值的在线校核。在线校核系统功能的实现需要上述两个模块功能的合理运行。

2.2 系统架构设计

2.2.1 系统软件设计

系统总体分为应用层、应用服务层和数据处理层，软件整体运行架构如图1所示。

图1 在线校核系统总体结构

2.2.2 系统各模块设计

（1）系统信息维护模块

电网信息维护模块主要功能是对电网设备数据的维护，主要包含对一次设备拓扑和参数的维护，二次设备保护定值的数值和项目修改，以及保护校核规则的维护。

（2）故障计算模块

故障计算模块是该系统电力软件的核心部分之一，其功能一是作为独立功能模块，进行电网故障分析；二是供校核模块调用故障计算结果，利用该数据实现校核。系统故障计算是指在线路或母线上设置不同的故障类型，如单相故障、两相故障等简单故障，以及复合故障、跨线故障等，以此进行故障计算输出故障计算结果，并提供多样化的故障量查询功能。

（3）校核计算模块

校核模块是该系统电力软件的核心组成部分，依据设置的运行工况，进行故障计算，把计算值作为故障实测值，对保护定值、动作特性信息进行比较分析，进而得出相应结论［2］。系统根据分析要求设定电网故障点、故障类型、校核仿真级别范围等，校核完成以后，系统自动反馈保护动作配合的合理性。

（4）实时数据处理模块

实时数据处理模块是该校核系统软件的工况数据接口的核心部分，也是校核的离线与在线的核心差异。该模块使校核系统实时接收电网运行状态数据，保持与电网实时运行状态一致。

2.2.3 在线校核功能实现的流程设计

在线校核是通过DMS获取电网的实时工况，对当前电网运行中使用的继电保护定值的合理性进行校核计算。在系统启动在线校核时，依据校核逻辑，通过设立故障集的方式，对保护中主要动作于跳闸的定值项的“四性”进行分析。即对继电保护定值的选择性、可靠性、灵敏性和速动性进行分析，对存在不合理性的定值做出告警，为专业人员提供可靠的分析依据。

流程设计如图2所示。

图2 在线校核系统工作流程

2.2.4 在线校核实施方案

（1）校核数据来源方案（见下表）

表 在线校核实施方案

1）方案一：实时采集电网工况数据，手动搭建电网一次模型，录入开关保护定值，工况数据文件的变化将触发电网工况模型的变化以及对运行定值的校核分析。

2）方案二：在方案一基础上，增加保护单导入／导出功能，系统可以导出保护定值单，供专业人员依据现场实际运行值填写定值，定值单可导入系统，由系统自动将其与系统数据库内定值进行比对，并对不一致项触发警告。

3）方案三：在方案一基础上，将手动输入定值单变为自动读取，该功能的实现需搭建现场微机保护通讯平台。

（2）校核数据来源方案

故障集包括故障位置、故障类型，而对于故障位置的确定是最重要的，目前主要有两种方式：

1）方案一：以相关国家及行业规程标准为基础，所依据的校验原则与之一一对应，以此完成保护定值校核。

通过绑定整定规则和整定公式、故障点位置，当进行整定计算时，通过选择整定规则，系统自动会提供与之绑定的整定公式来进行相应计算［3］。该方案缺点是过程复杂，计算不够全面，易出错。

2）方案二：该方案的理念是保护性质校核，对所有装置进行扫描式校核，故障位置主要为母线、线路和设备，校核过程启动时，系统会根据当前的电网工况，在所有母线、线路上设置故障点，与此故障点有关联的所有保护装置都进行校核，进而形成故障集。该方案在于过程简单、可靠，对灵敏度及级差校核涵盖较全面，不易遗漏。

对比上述两种电网系统故障设置方式的结果发现海上平台在线校核系统应该使用方案二。

3 在线校核系统的实际应用

3.1 某海上平台电网实际应用

继电保护定值校核系统模型搭建完成后，海上某电力组网平台作为应用实施基地，完成继电保护定值在线校核系统部署，如图3所示。校核系统网络架构，如图4所示。

图3 校核系统工作流程

图4 校核系统网络架构

3.2 电网工况数据通讯

通信格式为“e格式”，用于读取电网的主要开关的运行状态。DMS电网工况数据通过映射的方式，为在线校核系统提供可识别、读取的通讯数据文件，如图5所示。

图5 通讯规则“e格式”

电网状态读取结果对比无误，如图6所示。

图6 电网工况图

3.3 在线定值校核

在上述电网实时工况的基础上对当前电网运行使用的保护定值进行在线校核。

3.3.1 灵敏度校核

通过系统自动设置故障点，对装置进行灵敏度校核，对变压器高压侧开关过流定值进行灵敏度校核，结果为5.57，满足灵敏度要求，如图7所示。

图7 灵敏度校核结果

3.3.2 时序配合校核

保护的选择性是指继电保护装置只将发生故障的设备切除，保证非故障设备的正常运行。为保证对上下级设备和线路有级差要求的保护装置的选择性，要求保护装置的灵敏度及动作时间，应进行合理整定。校核结果如图8所示。

图8 时序配合校核结果

校核结果发现存在母联开关过流保护动作时间与平台之间联络线路开关VCB MD04过流保护配合级差问题。

4 结束语

随着海上石油平台电力组网的规模越来越大，电网所担负的生产安全责任也越来越大，对电网的安全可靠性也提出了越来越高的要求，继电保护作为电网安全稳定的重要保障，其定值的合理性变得尤为重要。因此，也要在现有的技术基础上，不断开拓新的技术以保障海上石油平台的安全供电。