电厂继电保护整定计算若干问题研究

摘要：复杂的电网结构和多变的运行方式给电厂继电保护整定计算及其可靠动作带来了新的挑战。整定计算是保障电网安全运行的基础性工作，是继电保护装置及时切除故障，避免恶性事故发生的保证，其研究具有巨大的经济效益和社会效益。合理的整定计算对提高保护运行的性能具有重要作用，保护装置的快速、准确动作要靠整定计算获得精准合理的定值来保证。研究继电保护整定计算，提高继电保护可靠性及协调动作的能力,对及时切除故障，避免恶性事故的发生具有重要的意义。本文主要论述了在电厂继电保护整定计算存在的问题。

关键词：电厂，继电保护，整定计算，问题

中图分类号： TM774 文献标识码： A

一、引言

随着电力系统规模的扩大和电网结构的不断发展,电力系统的运行方式变得越来越复杂,对所有可能的系统运行方式进行整定计算存在计算量大、消耗时间长等问题。如何从复杂的系统方式中选择有限种具有代表性的系统方式进行整定计算并且保证所得结果恰当合理,是电厂、继电保护整定计算人员和继电保护整定计算软件编制人员面临的新任务。本文主要结合电厂继电保护整定计算的现状，对电厂继电保护存在的问题进行了探讨。

二、电网继电保护整定计算工作的现状

目前，大多数地区电力局仍使用简单的故障计算程序结合人工整定的方式进行整定计算，这种方式与手工整定时代相比虽然可以处理更为复杂一点的问题，使定值计算的速度和精度都发生质的变化，但仍然需要整定计算工作人员人工调整计算内容，查找计算结果，计算保护的最终定值，这种整定方式计算量大，计算时间长，并且无法对电网的复杂情况进行精确的处理。例如，不能对电网的各种运行方式和故障情况进行全面考虑，只能考虑少数几种有代表性的运行方式进行整定计算，不进行运行方式的组合，即不能考虑所有可能的运行方式进行整定计算；对一些复杂的计算（如多重复杂故障的计算、非全相运行和非全相振荡的计算等），往往要做若干简化或根本不予以考虑；在保护的相互配合上，只能作比较粗糙的处理。所有这些都不仅使保护定值的计算精度受到限制，而且很难保证定值的最优，无法适应电网运行方式的变化。当前的整定方式使地区电网整定计算普遍过于简单，简单重复劳动多，工作人员工作量大，并且整定计算结果中出现错误的可能性也较大。

三、电厂继电保护整定计算存在的问题和解决方法

1、整定计算结果的正确性问题和解决方法

（1）存在问题

由于整定计算不是一个简单计算问题,而是一项相当复杂的智能工作,它通常需要拟定运行方式,选择故障计算条件,对各整定原则的计算结果需要进行比较,对出现的矛盾(如配合关系和灵敏度要求两者难于同时实现时)要进行选择和说明,并形成最终的整定方案。这一系列工作仅靠基本原则是很难解决的,通常需要实践经验丰富的整定人员干预。

（2）解决方法

常用的解决办法是分步完成整定计算过程,每一步允许用户参与,即所谓的半自动整定模式。这种模式在一定程度上能增强用户对结果的可信度,但不易彻底解决。因为这种模式容易出现一种矛盾：若步骤分得过细,每一项内容都需要用户干预,则整定计算软件变为纯粹的整定计算工具,将所有需要智能的工作都推给用户去完成,失去软件实用性；若步骤分得过粗,相当于将原来大的黑匣子拆成几个小的黑匣子。要彻底解决这个问题,必须弄清楚整定过程中哪些内容需要用户参与。整定过程通常包括：运行方式选择、故障条件选择、整定原则选择、整定系数选择、整定结果选择等内容。

2、相口开路电压计算方面存在的问题与解决对策

（1）存在的问题

在继电保护整定计算过程中，需计算线路非全相运行引起电力系统发生振荡时的电流和电压等电气量。计算这些电气量的关键在于非全相振荡时正序网断相口开路电压的计算。设电力系统中1,2,…,s号母线为发电机母线，EmÐqm和Zm分别为第m台发电机的等值电势和等值阻抗。当任意线路i-j发生非全相振荡时，根据叠加原理，可求得正序网断相口i、t的开路电压为

尽管式(1)可精确地计算出非全相振荡时正序网断相口的开路电压，但计算量太大，其原因在于：①Em和θm(m=1,2,…,s)必须通过暂态稳定计算才能求得；②均随着网络结构的变化而变化，每进行一次网络操作均需重新计算。因此，在含有大量发电机的大型电力系统继电保护整定计算中不可能采用式(1)计算非全相振荡时正序网断相口的开路电压。

为避免多次进行暂态稳定计算，在继电保护整定计算中通常假设非全相振荡线路两侧等效发电机的电势幅值相等均为E、相角差为d，并采用下式计算非全相振荡时正序网断相口的开路电压：

这种计算方法实际上忽略了网络结构对正序网断相口开路电压的影响，当非全相振荡线路为非放射状两端供电线路时，计算结果严重偏大，其偏大程度取决于网络结构的复杂程度。

（2）解决方法—口网络H参数法

为计及网络结构的影响，假设电力系统振荡过程中系统内的发电机分成两个振荡群参与振荡，两振荡群等值发电机电势幅值相等均为E1、相角差为d1。在这种假设条件下，以正序网断相口i、t和两群振荡机组等效电势端点为端口，根据双口网络H参数的物理意义，可导出一种计及网络结构影响时正序网断相口开路电压的计算方法为

①在继电保护整定计算中给定的是非全相振荡线路两侧等效发电机的电势幅值E 和相角差δ。实际计算中只能取E1=E、δ1=δ。因此，式(3)仍存在计算误差；

②正序网断相口注入单位电流时发电机的节点电压与网络结构有关，每进行一次网络操作均需重新计算各发电机节点电压，对含大量发电机的大型电力系统继电保护整定计算来讲，式(3)的计算量仍比较大。

3、支系数计算方面存在的问题与解决对策

（1）存在的问题

①分支系数造成继电保护延时段动作值出现计算误差，利用计算机整定延时动作的继电保护Ⅱ段、Ⅲ段和Ⅳ段的现有方法，沿用了人工整定计算方法，即在整定计算过程中引入了分支系数。②流经保护的最大短路电流的计算，一般来讲，环网开环运行时流过保护B的短路电流大于闭环运行时流过保护B的短路电流。因此，最大短路电流出现在环网开环运行、A侧电源和B侧电源均为最小运行方式的情况下。显而易见，最小分支系数对应的电力系统运行方式与最大短路电流对应的电力系统运行方式不一致，即继电保护延时段动作值对应的电力系统最不利的运行方式是一种实际上根本不存在的虚拟运行方式。分支系数的引入造成了相间电流保护延时段动作值偏大，偏大程度取决于电力系统网络结构复杂程度。

（2）解决方法

分支系数的引入从两个方面导致延时动作的继电保护动作值出现计算误差：①最小分支系数和最大短路电流对应的电力系统运行方式不一致；②分支系数本身存在着计算误差。解决这两个问题的方法很简单，即在采用计算机整定继电保护延时段动作值的过程中不再沿用人工整定计算时引入分支系数的方法，而改用直接按故障时保护测量到的电气量来计算继电保护延时段的动作值。

四、结束语

总之，在电力系统实际运行中,系统的运行方式是不断变化的。为了保证继电保护装置在不同系统方式下能够正确动作,在进行继电保护定值整定时,必须考虑系统方式变化的因素,即在各种可能的系统方式下,对继电保护装置的定值进行整定,保证其满足灵敏性、选择性、快速性和可靠性的要求,选择更加合理有效的选择原则,使继电保护整定计算结果更加精确。

参考文献：

[1] 王慧芳：《继电保护整定计算软件中的若干问题分析》，《继电器》，2006年12期

[2] 周志辉 周玲：《继电保护整定值计算中运行方式选择的新方法》，《电力设备》, 2005年06期

[3] 邓健 宋玮：《基于组件技术的继电保护整定计算软件的设计与实现》，《继电器》，2004年32期

[4] 梅慧兰 徐玮：《专家系统在继电保护整定计算中的应用研究》，《继电器》, 2004年32期