电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术研究

2024-12-06 00:00:00陈曦
中国新技术新产品 2024年21期
关键词:继电保护

摘 要:由于使用传统校核方法进行保护定值失配点校核的准确性不高,因此本文提出电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术研究方法。通过计算短路电流确定继电保护定值并转换为二次侧电流,从而获取输电线路继电保护定值;对原始数据进行融合并引入助增系数来确定定值范围;以支路综合重要度为参考指标制定校核规则;在历史定值失配点的基础上进行阻抗值校核。在试验过程中,选择与其他2种校核技术进行对比,将校核结果与实际情况进行对比,得出3种方法各自的一致性系数,该方法的一致性系数始终保持在0.95以上,说明该方法的校核结果最准确。

关键词:继电保护;定值失配;一致性系数;校核技术;支路综合重要度

中图分类号:TM 727" 文献标志码:A

电力工业快速发展和电网规模不断扩大,电厂输电线路作为电力传输的关键环节,其稳定运行对保障整个电力系统的安全性和可靠性至关重要。继电保护作为保障线路安全的重要防线,其定值设置的准确性直接影响故障响应速度与保护效果。然而在复杂的电网环境中,继电保护定值失配问题日益凸显,成为导致保护误动或拒动的重要原因。传统校核方法主要使用经验公式与试验分析方法,但校核的准确性与效率都不高。因此,针对电厂输电线路继电保护定值失配点进行高效准确的校核技术研究显得尤为重要。

国内外学者对继电保护定值校核技术进行了广泛研究,但现有技术多侧重于原理保护,对变压器和母线保护的校核尚显不足。王怀璧[1]提出基于数据融合的输电线路继电保护定值校核方法,利用D500基础平台与数据融合技术对保护定值与临界定值进行比较,以达到定值校核的目的。凌文明[2]提出基于大数据的电厂继电保护定值校核方法,通过建立相应的数据集与计算模型进行数据分析并对定值进行校核,再使用评估模型进行结果评估。

在上述研究基础上,本文提出电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术研究。通过实时监测电网运行状态,实现对定值失配点的快速识别与校核,从而有效提升继电保护系统的性能与可靠性,保障电网安全、稳定地运行。

1 电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术设计

1.1 获取输电线路继电保护运行定值

继电保护定值失配点校核是以继电保护定值为依据的,因此在进行电厂输电线路继电保护定值失配点校核前,需要先获取输电线路继电保护运行定值。首先,利用MySQL数据库收集电厂输电线路的额定电压、额定电流、线路长度和型号等具体参数,并结合电力系统的短路容量和电源阻抗系数对不同短路故障点的短路电流进行精确计算[3]。短路电流是确定输电线路继电保护定值的关键参数,如公式(1)所示。

(1)

式中:XS为电源阻抗系数;UN为输电线路的额定电压;Sk为电力系统的短路容量;Id为输电线路的短路电流。

根据计算得到的短路电流,保护定值能够可靠地识别并响应这些短路故障。

根据识别的故障问题选定继电保护类型,并应用相应的定值整定规则获取输电线路继电保护运行定值。由于过流保护是继电保护中最常见的保护类型之一,因此选择以过流保护为例,如公式(2)所示。

Is=Id×Krel (2)

式中:Is为过流保护的动作电流;Krel为可靠系数,通常可靠系数的取值范围为1.2~1.5,具体的数值需要根据电厂输电线路的实际情况和保护要求来确定。

根据上述步骤,可以得到初步的输电线路继电保护运行定值。

由于电流互感器的变比影响,将一次侧额定电流转换为二次侧的电流,使继电保护装置可以进行定值测量,因此必须将计算的继电保护运行定值转换为二次侧电流的值[4]。转换过程如公式(3)所示。

(3)

式中:Is2为实际继电保护运行定值(二次侧电流值);NCT为电流互感器的变比值。

为了确保获取的保护定值的准确性和可靠性,还需要进行保护定值灵敏度校验。灵敏度校验是确保故障发生时,保护装置能够迅速且准确地动作,如公式(4)所示。

(4)

1.2 确定输电线路继电保护定值范围

由于上述获取的输电线路继电保护运行定值的数据类别不同,因此需要根据获取的保护定值数据类别确定输电线路继电保护定值范围。但是原始输电线路继电保护定值数据中存在大量噪声与异常情况,先要对此类数据进行识别[5],如公式(5)所示。

(5)

式中:1和0分别为识别的异常数据和正常数据;S为获取的原始继电保护运行定值;c为数据平均值;o为继电保护运行定值方差。

对上述识别的异常数据进行滤波处理,以剔除数据中的噪声以及异常,并对其进行数据融合,以确保所有数据均为同一类别来源数据,如公式(6)所示。

(6)

式中:f为输电线路继电保护节点数据融合函数;n为输电线路继电保护节点数量;di为第i个节点上的保护定值数据实例;f '为经过数据集训练的节点数据融合函数。

在上述基础上确定输电线路继电保护定值范围。假设电厂的输电线路中的某个节点发生故障,该输电线路的继电保护装置发出保护指令。由于继电保护线路的保护动作数值和定值保护的标准不匹配,因此需要确定输电线路继电保护定值范围,如公式(7)所示。

(7)

式中:A为输电线路继电保护定值范围;B为继电保护线路故障相邻节点与该故障节点间的阻抗值;L为继电保护线路总长;C为继电保护线路起始节点与故障节点间的阻抗值。

根据上述公式确定输电线路继电保护定值范围后,引入助增系数对处于该定值范围内的保护定值与临界定值进行比较,从而计算出临界定值[6],如公式(8)所示。

ε=ημ+ηυ×v (8)

式中:ε为临界定值;η为助增系数;μ为继电保护线路正序阻抗;υ为正序助增系数;v为处于定值范围内的继电保护定值。

至此,输电线路继电保护定值范围已经确定。

1.3 制定输电线路继电保护定值失配点校核规则

本文以输电线路继电保护支路的重要度作为参考指标制定输电线路继电保护定值失配点校核规则。输电线路继电保护支路的重要度分为支路结构重要度、支路概率重要度和支路综合重要度。假设该电网的输电线路具有i个节点、q个电源、m条支路和x个负荷,那么可以计算得到输电线路继电保护支路上的功率分布因子,如公式(9)所示。

(9)

式中:Siji←qs为电源q在支路ij上的分布功率;Siij为支路ij上的实际传输功率。

同理,可计算支路ij上的负荷功率因子,如公式(10)所示。

(10)

结合公式(9)和公式(10),可以得到在支路ij上的发电-负荷对功率,如公式(11)所示。

Fij(q→x)=γqijγxij (11)

根据上述求得的支路发电-负荷对功率,可以对支路结构重要度进行定义,支路结构重要度如公式(12)所示。

(12)

支路结构重要度的数值越大,说明该支路对输电线路的稳定性越重要,该支路在整个输电线路中越重要。

通过研究表示,支路负载率和传输功率波动也会对质量的重要度产生一定影响[7]。因此,选择引入支路概率重要度作为参考指标,根据该指标选取支路发生故障的概率重要度影响因素对其进行定义,如公式(13)所示。

(13)

式中:tij为负载率;αij为历史故障率;hij为隐性故障率;χij为传输功率波动;ω1、ω2、ω3、ω4分别为4项指标各自的权重值。

根据支路结构重要度和支路概率重要度,即可得到支路综合重要度,如公式(14)所示。

Yij=Fpij (14)

该指标的数值越高,表示该支路在输电线路中越重要。一旦该支路的继电保护定值出现微小的错误,就可能导致整个输电线路出现一系列问题。因此,进行继电保护定值失配点校核时应该考虑优先校核该类支路。

1.4 校核输电线路继电保护定值失配点

在上述制定的输电线路继电保护定值失配点校核规则的基础上,对电厂输电线路继电保护定值失配点进行校核。首先,对历史定值失配点进行计算,设定统计的时间段,并计算其信息,如公式(15)所示。

(15)

式中:ζR为历史定值失配点信息因子;N为该时间段的起始时间到该过程的校核总次数。

在此基础上进行定值失配点的校核。为了避免校核过程中的一些校核误差,对输电线路中的不规则线路的定值失配点进行计算处理[8],如公式(16)所示。

Z=K×μ (16)

式中:Z为该保护线路定值失配点的最大正序阻抗。

为了对该阻抗参数进行改善,需要在进行校核计算前采取串联电容补偿法对该线路定值失配点的正序阻抗进行修正,如公式(17)所示。

Zs=KkZL+KkKfZ (17)

式中:Zs为修正后的继电保护定值失配点阻抗值。

在所有校核计算过程结束后,将校核结果以校核报告的形式输出,整体的校核流程如图1所示。

综上所述,电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术设计完成。

2 试验测试

为了验证所设计的电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术对失配点校核的准确性,选择与另外2种校核技术进行对比试验。本文设计的电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术为方法一,文献[1]提出基于数据融合的输电线路继电保护定值校核方法为方法二,文献[2]提出基于大数据的电厂继电保护定值校核方法为方法三,设计的试验测试具体过程如下。

2.1 试验准备

本次试验以某区域电厂的输电线路作为试验对象进行定值失配点校核试验。随机选择其中7条配有继电保护的输电线路,分别标记为U1-U7,具体的线路参数见表1。

2.2 试验结果讨论

本次试验将3种方法的定值失配点校核结果与实际情况进行对比,并将通过KIRY软件计算得到的3种方法的一致性系数作为衡量校核准确性的评估指标。一致性系数通常的取值区间为[0,1],一致性系数的数值越接近1,说明该方法的校核结果准确性越高。根据试验测试结果绘制一致性系数对比图,如图2所示。

根据图2的数据可知,方法一的定值失配点校核结果与实际情况对比得到的一致性系数数值最高,虽然随着定值数据样本的数量增加而逐渐降低,但依旧维持在0.95以上,最大值基本接近于1;方法二与方法三的一致性系数最大值分别为0.89与0.86,且2种方法的一致性系数随着定值数据样本量的增加而逐渐降低,最终降至0.68和0.62,远低于方法一的一致性系数。综上所述,本文设计的电厂输电线继电保护定值失配点校核技术对定值失配点的校核最准确。

3 结语

本研究针对电厂输电线路继电保护定值失配点校核技术进行了深入探索,不仅为电力系统安全稳定运行提供了重要的技术支撑,还通过创新方法显著提升了定值校核的效率和准确性。本研究实现了定值失配点的在线实时校核,有效降低了人为因素导致的误差,增强了电网的可靠性和稳定性。然而,本研究也存在一定的局限性,例如部分复杂电网结构下的校核精度仍有待提升,新技术在实际应用中的稳定性和兼容性等问题有待进一步验证。

参考文献

[1]王怀璧.基于数据融合的配电网继电保护定值校核方法[J].机械工程与自动化,2023(5):184-185,188.

[2]凌文明.基于大数据的新能源电站继电保护定值校核方法[J].自动化应用,2023,64(9):218-220.

[3]倪杰,李晨,秦天,等.基于多源数据融合的电网计划安全稳定校核技术研究[J].综合智慧能源,2023,45(6):42-50.

[4]薛晨.基于二次设备在线监视的继电保护运行定值校核技术及实现[J].电气技术与经济,2022(5):96-99.

[5]郭骏.一种适用于海上石油平台的继电保护定值在线校核方法及其实践[J].电气时代,2022(7):65-69.

[6]杨胜利,徐在林,程世俊,等.基于数字动模技术的保护定值现地校核研究[J].中国新技术新产品,2021(17):51-54.

[7]凌建,周健,李岩,等.基于光学字符智能识别的变电站继电保护装置定值智能校核技术研究[J].自动化与仪器仪表,2021(7):50-54.

[8]白永祥,段慧芹,易品,等.基于VxWorks平台的便携式装置定值校核技术[J].中国科技信息,2021(1):47-48.

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