保护定值

保护定值（精选12篇）

保护定值 篇1

1 前言

继电保护停电更改保护定值的方式, 需要消耗较大的人力物力成本, 增加作业风险;也降低供电可靠性。为降低继电保护运维成本、提高供电可靠性, 有必要对传统的现场、停电修改定值的模式进行创新改进, 充分利用微机保护装置及变电站综合自动化系统具备的在线修改功能, 搭建KVM集中远程管理网络, 进而实现继电保护定值的远程在线修改。

2 保护装置定值在线修改功能

保护装置内部实现定值在线修改的基本原理为:保护定值及循环冗余校验码 (CRC) 存储在只读存储器 (EEPROM) 中, 不同定值区的定值及CRC占用不同的存储空间。装置上电后, 从EEPROM中读取当前定值区的定值, CRC校验成功后存入到随机存储器 (RAM) 中, CRC校验出错后装置告警并闭锁保护。装置完成所有初始化后如无告警则投入保护功能。装置正常运行时对RAM区的定值进行CRC校验, CRC校验出错后装置告警并闭锁保护。保护CPU的RAM中开辟了2块定值区, 分别为运行定值区和修改定值区, 保护实际使用运行定值区定值。继保人员在线修改定值时, 仅更改了RAM中修改定值区的定值, 运行定值区不受影响, 装置内部具有严格的校验机制, 对临时定值数据进行CRC校验、定值类型、定值范围等校验, 无告警后才转换至修改定值区。定值修改完成后, 选择固化定值区并确认后固化到EEPROM的相应定值区中。如果选择固化的是当前运行区, 则固化到EEPROM后, 将修改后的定值导入运行定值区, 保护使用新的定值运行。保护装置在定值固化期间自动短时退出运行, 出口被闭锁, 固化结束后, 装置又自动投入运行, 由于普遍采用修改指针的转换方式, 实际固化时间只需要几百毫秒 (装置复位方式固化时间也在2秒以内) , 因此在线修改定值不影响保护的正常运行, 不需要退出保护功能压板。

3 综合自动化系统定值在线修改

3.1 后台监控机修改保护定值原理

后台监控机修改保护装置定值均基于103规约, 103规约定义了两种信息交换方法:一种方法是基于严格规定的应用服务数据单元和标准化的报文传输应用过程、方法;另一种方法是采用通用分类服务, 可以传输几乎所有可能的信息。

大部分后台监控系统修改保护装置定值采用通用分类服务来实现。在通用分类服务中, 通用分类数据的总查询采用ASDU21应用服务数据单元。对总查询的响应, 保护装置采用ASDUl0回答, 其具体解释也由信息序号INF等属性来区分。定值修改过程分两步完成:首先, 监控机通过ASDU21下发召唤定值命令, 保护装置确认, 并将ACD置1, 请求上传一级数据。监控机向保护装置发出召唤一级数据的命令, 装置响应并传送。然后, 监控机通过ASDUlO把欲修改的值传输给装置, 装置通过校验后以带数据集的数据单元回复ASDUl0, 如果校验通过, 装置就给出肯定回答ASDUl0;收到装置的肯定回答后, 监控机发带执行的写命令ASDUlO。监控机发出带确认的写命令后也可以通过带终止的写条目来取消这些操作。

3.2 后台监控机修改保护定值过程

后台监控系统修改保护定值执行过程分为以下三步:即选择—返校—执行。

选择:在后台监控机上选择并修改相应的定值数据库后, 下传到装置。装置进行规则性检查, 若定值正确, 则将下传的定值再返送给后台监控机。返校:后台监控机收到装置返校的报文, 和下发的定值比较, 若正确, 则允许确认或取消远方定值修改。执行:返校正确, 允许执行。后台监控机发确认报文, 则后台监控机修改定值完成。

4 各远程定值修改方案的优缺点

4.1 通过保护信息管理系统实现

利用专业的继电保护信息管理系统, 在变电站建设管理子站, 在调度端建设管理主站, 在修试部门设远方工作站, 保护人员通过远方工作站对变电站内保护装置定值进行修改。

优点:系统独立性强, 基于保护装置本身开发相应程序, 保护管理功能强大。

缺点:现有110kV变电站大多未建立该系统。如果新建该系统, 保护装置调试工作量大, 投资较大。

4.2 通过调度自动化系统实现方案

将微机保护各项应用功能集成于SCADA系统中 (调度自动化系统或集控中心系统) , 微机保护定值管理系统作为SCADA系统的子系统。保护信息传输和处理依赖于综自系统和远方SCADA系统, 定值信息与四遥信息打包传输, 共用综自系统传输通道 (1) 。

优点:系统功能集成度高, 投资较省。

缺点:主站及子站之间无标准通讯规约, 调试量大, 软件存在隐蔽缺陷可能。

4.3 变电站综合自动化系统远程拨号方案

在修试部门设置远程维护工作站, 在变电站综合自动化系统上增加远程拨号功能, 通过公用电话网拨号方式登陆到变电站综合自动化系统进行定值修改。

优点:实现方式方便、投资最少。

缺点:定值修改功能应划分到安全I区之中, 利用公用电话网不满足电力系统二次安全防护原则。

5 KVM集中远程管理方案

通过以上几种远程定值修改方案的优缺点对比, 提出了一种基于IP的KVM集中远程管理方案:在变电站增加远程KVM装置, 通过专用网络将保护管理工作站延伸至修试部门进行远程定值修改, 并可同步解决综合自动化系统远程维护问题。

KVM是键盘 (Keyboard) 、显示器 (Video) 、鼠标 (Mouse) 的缩写。其核心思想是通过恰当的键盘、鼠标和显示器的配置, 实现系统和网络的高可管理性, 提高管理人员的工作效率、节约机房面积、降低网络服务器系统的总体拥有成本 (TCO) ;利用KVM主机切换系统, 即用一套或数套KVM在多个不同操作系统的多台主机之间切换, 实现使用一套外设去访问和操作一台以上主机的功能。 (KVM设备网络拓扑结构如图1)

该方案使用KVM远程机房技术, 将变电站后台监控机的键盘、鼠标、显示器信号传输至远程维护平台 (不影响当地功能) , 实现远程对后台监控机BIOS级的管控, 做到能在后台监控机上完成的工作均可在远端进行, 综合自动化系统、故障录波装置等具备键盘、鼠标、显示器的二次设备均可实现远程维护 (KVM系统扩展网络拓扑结构如图2) 。整个远程维护通讯网络建立在现有变电站通讯光缆为基础的通讯网络上, 通过对变电站通讯光纤的复用, 每个变电站拥有一路专用的2M通道, 各变电站远程通讯网络在专用网络交换机上汇总, 并与远程维护工作站通过KVM集中管理平台连接。需修改定值时, 保护人员通过远程工作站登录变电站侧的网络KVM装置并取得对该保护管理工作站的控制权限, 同步操作变电站后台监控机的监控软件对保护定值进行管理。

6 安全风险分析及管理

6.1 安全性分析

1) 网络安全性分析:

系统处于生产控制大区, 整个通讯网络与其他通讯系统实现了物理隔离, 完全做到专网专用。KVM装置至远程工作站之间使用标准TCP/IP协议通讯, 并进行了SSL128位加密传输。SSL是一种国际标准的加密及身份认证通信协议, 远程工作站登陆变电站时采用IE浏览器登陆, IE浏览器本身支持SSL协议。SSL协议使用通讯双方的客户证书以及CA根证书, 允许客户/服务器应用以一种不能被偷听的方式通讯, 在远程工作站及网络KVM间建立起了一条安全的、可信任的通讯通道。它具备以下基本特征:信息保密性、信息完整性、相互鉴定。远程工作站与变电站侧网络KVM采用SSL协议加密能有效防止窃听, 保证数据安全。

2) 系统安全性分析:

KVM装置具有严格的用户口令验证机制, 能有效防止非法用户登录。各厂家变电站后台监控系统也拥有严格的用户口令验证及权限控制机制, 不同用户组的用户权限设置不同, 能有效防止非法用户登录系统操作的同时还能防止非专业人员误操作、误输入保护定值。

3) 远程后台修改保护定值安全性分析:

后台监控机下发数据由硬件CRC校验、数据CRC校验、帧长校验来保证下发数据的可靠性, 保护装置接收到数据后由CPU对数据进行CRC校验、合理性校验才作为当前运行区的定值。

在后台监控机上对保护定值进行输入时, 每个定值项的数值只是在监控系统的输入界面上完成, 待全部定值项输入完毕确认下装时, 保护装置的定值才会被实际修改。如在输入定值时出现KVM网络中断现象, 保护装置内的定值不会被修改。

6.2 风险预控及管理求

1) 安全风险预控表:鉴于远程定值修改存在一定的安全风险, 必须做好风险预控措。

2) 定值管理制度中必须对相关人员的权限进行规定, 制定工作前风险分析流程及应急预案。

3) 工作前要求修试人员与运行人员确认现场情况, 确定现场满足远程定值修改的条件。

4) 装置定值更改完毕后, 需要运行人员从远方调取装置内部的定值, 与定值通知单进行核对, 确保装置内部定值与定值单完全一致, 工作方可结束。

5) 远方修改保护定值, 需对如何开工作票做进一步的讨论。

7 结束语

综上所述, 继电保护定值远程在线修改技术的研究和系统的建设, 通过微机保护技术、综合自动化技术、网络技术与KVM技术结合, 改变了传统的继电保护定值修改模式, 节省了大量的人力、物力, 提高了供电可靠性, 取得了较好的经济效益和社会效益。

摘要：从保护装置定值在线修改功能、综合自动化系统保护定值修改功能、国内采用的远程定值修改技术方案及优缺点分析、KVM集中远程管理方案及网络构建、安全风险分析及管理制度等方面进行了深入研究, 介绍某电网继电保护定值远程在线修改系统。

关键词：保护定值,远程在线修改,KVM

参考文献

[1]黄坚明, 黄春红.微机保护不停电整定配置的功能及其应用[J].电力系统自动化, 2008, 10.

[2]焦志先, 陈泳等.变电站综合自动化系统中微机保护应具有的功能[J].电力系统自动化, 1996, 01.

[3]张帆, 姬春艳.KVM技术的发展及其应用前景[J].中州煤炭, 2007, 03.

保护定值 篇2

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引言

为规范本企业继电保护定值管理，确保继电保护装置正确可靠，保证电网的安全稳定运行，特制定＃＃＃电厂继电保护定值管理规定。1

适用范围

1.1 本规定规定了继电保护定值管理的引用标准、职责、管理内容以及检查考核。

1.2 本规定适用于＃＃＃电厂继电保护定值管理工作。2

引用标准

《电力系统继电保护技术监督规定》（试行）《电力系统继电保护规定汇编》（第二版）3

职责

继电保护定值管理工作由生产各部门共同组织实施，＃＃＃电厂生技部为归口管理部门。

继电保护定值管理内容、方法 4.1保护装置定值单管理的基本要求

4.1.1保护装置定值通知单(简称定值单)，是现场保护装置的唯一依据，它也是生产系统的工作任务书，应有计算、审核、批准人的签名及计算部门盖章。

4.1.2保护装置必须按正式定值单整定后才允许投入运行。非正式的定值单，只能作为装置调试使用。4.1.3定值单应包括下列内容：（1）定值单编号、填表日期。

（2）厂站名称、开关编号、设备名称等。（3）保护名称及装置型号。（4）电流、电压互感器变比。

（5）保护装置定值项目，整定（更改）原因、整定值。（6）保护的使用要求。

（7）执行日期、执行人。

4.1.4定值单应根据运行状态的改变及时撤旧换新，以保证正确性。定值单应定期进行整理，遇有与现场情况不符时，应及核实后进行纠正。4.1.5必须严格执行定值单的回执制度，现场按新定值单对保护装置进行整定的工作结束后，工作负责人应在定值单上签名，注明定值的更改时间，以证生效。

4.1.6为保持现场继电保护管理的连续性，除临时检修外，保护装置的定值改动一般应发定值单。

4.1.7生产各部门（生技部、发电部、检修部）应单独设置定值台帐，并落实专人管理。4.2生技部职责

4.2.1每年根据系统运行方式变化和云南电网继电保护整定方案的要求，编制本厂整定计算工作范围的继电保护整定方案并上报总工程师审批。

4.2.2 负责管理本厂整定外的保护定值通知单，登记、接收、发放一式三份（生技部1份、发电部1份、检修部电试班1份）。

4.2.3负责本厂整定内的保护定值修改，报总工程师审批。登记、发放、接收一式三份（发电部1份、检修部电试班1份）。

4.2.4 促督检查继电保护定值更改的执行情况，回收所发出的定值通知单回执，并按时上报保护定值回执。新旧的定值单分开存放，保证保护定值的时效性。

4.2.5根据中调要求，每年组织全厂继电保护定值和压板检查，发现问题及时整改，按时上报检查情况。

4.2.6在重大的节日（如国庆、春节）或重大政治活动保电期前，组织检查全厂的继电保护定值和压板。4.3发电部职责

4.3.1 对生技部下发的保护定值通知单，在12小时内登记并发放到各班值，并配合继电保护定值的更改。

4.3.2定值变更后由当班运行人员与网（地）调调度人员核对，保证保护定值的时效性。

4.3.3根据中调要求，每年配合做好全厂继电保护定值和压板检查的相关工作，发现问题及时整改。

4.3.4在重大的节日（如国庆、春节）或重大政治活动保电期前，配合做好全厂的继电保护定值和压板及厂用电BZT电源自动投入装置动作试验检查的相关工作。4.4检修部职责

4.4.1 部门领导或专责负责落实继电保护定值更改作业，监督检查保护定值更改的执行过程，并检查定值单是否有执行人签名。

4.4.2 检修部电试班应设专人负责保护定值单管理，单独设置新、旧定值单台帐（文件盒），并做好定值单目录，旧的定值单不得与新的定值单存放一起，对旧的定值单作废处理或单独存放并标有“作废”的字样。

4.4.3检修部电试班应定期做好保护定值切换区定值整定，标明定值区定值使用范围。

4.4.4 检修部电试班定值通知单后，应核对定值通知单内容是否相符，并按规定的时间内执行，对有疑问的定值及时报告生技部。4.4.6特殊情况下（如电话通知）的保护定值更改，必须在原定值单上进行更改，并在定值单备注栏写清楚理由、通知人姓名、日期、然后及时要求整定部门下发正式通知单。

4.4.7更改定值完成后，应核对打印出的定值是否与定值通知单要求一致，确保定值的正确性。

4.4.8班组对执行了新的定值后，要求在现场继电保护交待本填写工 作情况、新定值单编号；对已执行新的定值通知单填写执行人、执行日期，自留一份新定值，一份给运行巡检人员存放，对新的定值单造册登记。

4.4.11根据中调每年负责做好全厂继电保护定值和压板的检查工作，发现问题及时整改。

4.4.12根据中调要求在重大的节日（如国庆、春节）或重大政治活动保电期前，负责做好全厂的继电保护定值和压板以及厂用电快切装置动作试验检查。

4.5对继电保护定值管理过程中，未严格遵守本规定的；未造成事故的，按总厂《反违章管理规定》进行考核；造成事故的，按《安全生产奖惩规定》的相关条款处罚。5继电保护定值计算管理

5.1 ＃＃＃电厂继电保护定值整定计算范围如下：

5.1.1以发变组出口开关为分界，发变组出口开关至厂用380v设备及以下为本厂计算范围；发变组出口开关至线路侧以外为中调计算范围。5.1.2主变及启/备变高压侧零序过流保护定值由省调负责整定计算。5.2 220KV系统保护定值按云南省电力调度中心计算下达值执行；厂用系统保护定值由检修部计算，生产部复核，经生产总（副总）经理批准后执行。

5.3整套定值计算原始资料应包括定值计算主要过程及整定计算参数,原始资料应整理成册,检修部应妥善保管以备查对。

5.3.1整定计算参数包含设备参数和省调提供的线路阻抗参数。

5.3.2保护整定计算所需的发电机、变压器的阻抗参数均应采用换算到额定频率的参数值。

5.3.3保护整定计算的参数若需使用实测值,则由生产技术部组织,安排合理的运行方式进行测试。

5.3.4 保护整定计算的设备参数应以厂家出厂时铭牌记录为准，必要时也可参照本厂试验数据。

5.3.5 如有设备更新必须统一修编设备参数并备案存档 5.3.6 省调提供的线路阻抗参数以省调下发为准。

5.4整定计算应选择合理的运行方式,并以经过批准的系统运行方式书面资料为依据。

5.5继电保护定值更改管理

5.5.1所有继电保护定值更改必须履行许可手续,任何人员不得擅自修改继电保护定值。

5.5.2 220kV系统保护定值的更改以省调下达的保护定值更改通知单为准。5.5.3厂用系统保护定值的更改以公司生产总（副总）经理批准的定值更改单为准。

5.5.4运行人员接到省调的定值修改调度命令后,应根据继电保护现场运行规程向值班调度员申请退出相关保护,然后通知维护人员进行保护定值更改，工作完毕后按照规定测试保护出口压板无跳闸脉冲后投入保护压板。5.5.5维护人员进行现场定值修改时，应由两名人员完成,其中一人操作,另一人监护,定值修改完毕核对无误后,由操作人将定值修改时间、更改原因、命令发布人、修改前后的定值等事项记入继电保护定值更改记录薄中并签字,监护人在验收栏签字。

5.5.6不得在保护整定值计算书和保护定值单上进行任何涂改。

若系统或设备发生变化，需更改保护定值时，则由检修部重新计算，并提出更改申请，重新履行保护定值审批手续后，由生产技术部重新下发保护定值单。检修部在接到新的保护定值单后，应立即启用，并将原继电保护定值单作废。

5.5.7由于运行方式变化需临时（时间不超过2天）更改定值并且在方式还原时恢复原运行定值的，不重新发出定值更改通知单，其定值更改由运行值长向公司生产总（副总）经理电话请示，在得到生产总（副总）经理同意后执行。

5.6继电保护定值统一管理

厂用系统保护定值每年由检修部修编一次,生产管理部审核,定值卡应分别由计算人、复核人、审核人、批准人签字并加盖＃＃＃发电有限责任公司印章。

6附加说明

6.1本标准由＃＃＃生技部负责起草并负责解释。6.2本标准自颁布之起执行。

生技部

保护定值 篇3

关键词：变电站；定值计算；保护

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 06-0000-01

一、特殊环境变电站保护定值计算分析

山东省莘县位于山东省西部、冀鲁豫三省交界处，属暖温带亚湿润季风型大陆性气候 ，每年冬季很容易产生冰灾，而实际情况下冰灾对于电力系统的变电站的影响是很大的，线路在有冰棱、结冰等情况下易产生故障发生跳闸。在冬天，天气极其严寒的时候，我们甚至能够看到部分变电站因为冰灾而全面瘫痪，造成大规模的停电现象，不少线路变为终端线运行产生弱馈现象，即在线路的一端是大电源一端为弱电源，当线路突发故障时，弱电那端无法启动。如果在不对弱馈现象做出保护的情况下，纯相间故障就会在线路中产生，继而造成全线速动保护不能动作，这时仅仅依靠后备保护延时切除，而此时大部分已经产生后果，后果往往较为严重。

在发生冰灾期间，电网的变化会受外界影响变的十分混乱，这种变化是随机性的且没有规律可循，线路中的强弱电转换不止无规律可循，其频率变化高。此时电网所出现的问题大多是单相故障，受到的纯相间故障较少，再加上电网在遭到一定程度的破坏后，系统稳定功能要求降低，也没有对终端线路进行弱馈定值更改的必要。

以上是在天气因素下造成的影响与相关定值保护分析，除此之外元件定值保护装置在这个过程中的作用也是不可忽视的。

二、继电保护定值整定的注意事项

（一）加大对弱电自适应保护研究

受到灾害时，电流的强弱不定，人工往往难以掌控电流的变化情况，通过人工更改定值效果不理想，难以达到对电网运行的追踪这一目的。近期，国家一直致力于环保节能的建设，国家在节能降耗方面提出了发展战略，为响应国家节能战略，现行的发电调度方式需要做出改革。初步设想节能发电调动方式开始实施，通过调动使发电机组、电的运转方式变化愈发明显。同样保户定值的又会随着电源的转换而频繁更改，这也是电网的不安全因数。因此应研究解决35kV线路强、弱电源转换引起保护装置自适应问题，在此方面有必要加强研究，减少阻力。

（二）加强继电保护管理

定值管理作为其中的一项重要流程，是不可忽视的一部分，在定值管理方面应结合电力系统的近几年的发展变化，定期的对继电保护整定方案进行编制、修订。无特殊情况下各部门都必须严格按照修订的继电保护运行方案执行。

（三）健全沟通渠道

任何团队的工作都离不开良好的沟通，每一次新设备即将投入使用的时候，新装置投运前一般都会由调度部门整定专责组织。首先下达相关组织命令，并做好定值单。之后相关负责人员对当前设备进行测试和调配，并以纸质形式传达备份。最后由相关整合人员对其进行调配。再经生技部门认可，最终经过调度部门下达正式定值单，在这一系列复杂的程序完成后才能投入现场实用。

（四）加强检验力度

在电气设备以及变电站的检验规范中，设备处在检修、事故或者是实验情况下，需要有效的检验保护，帮助相关设备的正常运转。在这其中，整定专责的地位较为核心。在相关检测人员对现场调配数据进行记录和汇报后，整定专责必须通过现场的一系列数据，对整个变电设备的相关措施进行调整，保持计划和目的的稳定发展，针对相关数值的变化，对其作出改善。当相关改良计划设计完成时，通过规范的调度程序，对人员进行传达。当电网恢复正常运行方式时，由调度下令，保护人员再恢复正常方式定值。

（五）加强继电保护定值整定档案管理

对保护定值整定档案进行管理是十分有必要的，这样可以节省人力物力，也能对系统有更大程度的了解，为今后的修缮改造提供了便捷。

在新设备的投运、继电保护年检、电网重整等一系列程序完成之后，需要相关设备人员进行最后的检查。同时，定值整定完毕后，相关人员必须对所负责的整个定值单签字确认。已经投入运行的保护装置定值不得擅自更改，保护定值的调整应持有相关命令有关签字单据联合确认，并要求以纸质稿方式呈现的调度指令为准。但是，设备的规范并不止于此，相长的执行人员依然拥有对上部命令进行质疑的权利。但在实际操作时，不能擅自修改定值单上的相关调整措施，所有的当前数值和情况意见必须向上级的整定专员等专业人员进行汇报。需要从全盘考虑整个供电系统结构、配送装置、设备的选择。同时，要求此处必须较为严格的规范，保证变电站保护定值操作的有效进行。保障设备的完整、安全运转是变电站保护定值操作的最主要目标。

三、定值保护计算对电网影响

定值计算整定的目的就在于在充分结合实际情况后，保证共用设施的定值准确。电流保护方式效果不一，所以在实际生活中常采用多种电流保护结合的实施方法，以便于更好的保护下一级线路与本级线路，这时候定值保护的准确计算便是十分重要的，一旦计算出现较大的误差就起不到保护电流的功效，系统会断开电网也就无法运行，从此看来，定值保护对电网的运行是十分重要的。

四、结束语

定值计算可以算系统工程，需要从全盘考虑整个供电系统结构、配送装置、设备的选择等等，在实际操作中，也会涉及到经验问题，不同人员计算结果都不相同，所以保证从开始到结束始终保持同一个人负责计算工作这点十分重要。且现场的实地调试也是必须的，要随着系统参数的变化进行调节。在整个工程中上下级要及时调节，整个工作流程要严谨，遵守制度，严格按操作卡上的要求操作。只有在这些方面更加留心，才能对变电站起到更好的保护。

参考文献：

[1]包必顺.低压系统微机保护不停电改定值[J].福建电力与电工，2002（03）：31-32.

[2]陈雪冬.主变压器差动保护的运行事故分析[A].低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C].长春：吉林省科学技术协会，2010.

继电保护在线定值整定系统 篇4

关键词：继电保护,定值,在线整定,智能化,安全性

1 前言

智能电网融合了跨区域、大规模的特高压骨干网、各种可再生能源的分布式发电电源, 各级电网协调发展、各种电源形式并存。智能电网的一个重要特点则是运行方式灵活多变。这要求继电保护能够适应运行方式实时改变的需要, 具备足够的灵活性、可靠性, 保护定值的整定能够适应实时变化的运行方式的需要。面向省网提出一体化、智能化的继电保护在线定值整定及核查系统具有重要意义。现有的继电保护离线整定定值存在许多的缺点:无法适应电网日益频繁的运行方式变化的需要;人为误差大;随着电网规模的不断扩大, 继电保护定值的整定、维护工作量不断加大。采用常规的继电保护离线整定方法已经无法满足电网发展的需要。为此, 需要研究继电保护的在线整定和核查[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。

文献[11]介绍了一个已投入试运行的地区电网继电保护定值在线校验系统, 总结归纳了地区电网继电保护定值的校验规则, 提出了不规则线路的保护灵敏度校验和保护配合校验的策略。文献[12]针对现有在线整定和校核时间过长的现象提出了基于集群计算机的保护定值在线校核, 有效缩短了定值在线校核时间。文献[13]介绍的在线整定系统采用精确的故障计算模型, 不再引入分支系数, 提高了计算精度。针对电网局部变化对保护定值的影响, 通过采用窗口技术提高了在线整定的计算速度。文献[14]基于暂态仿真得到动态短路电流计算方法, 比较了动态短路电流计算方法与静态阻抗等值方法对电网模型处理的差异, 指出了动态短路电流计算方法的优越性。现有的文献趋向于针对在线整定精度和校核方法进行改良, 缺乏对系统实现方案的整体描述[15,16,17,18]。针对电网日益智能化发展的趋势, 以下提出一种省网继电保护智能化在线定值整定及核查系统。从调度通讯网中单向获取实时运行方式数据和定值单内容, 在主站建立独立的继电保护智能化在线定值整定和核查平台, 通过专家系统、运行方式和定值单数据库完成保护定值的智能化整定和校核, 建立独立的定值修改执行子站, 有效保证了系统数据交换的安全性。

2 系统总体结构

通常, 继电保护定值的整定是以省网为单元, 各级调度机构负责直接管辖范围内继电保护整定计算及定值管理, 并负责指导、检查下级调度机构及运行、检修单位的继电保护整定计算及定值管理。现以省网为单元对继电保护智能化在线定值整定及核查系统进行描述。

2.1 数据管理结构

为减少数据通讯量, 降低数据传送误差风险, 在线定值整定和核查系统数据交换的特点是:整定和核查数据分级管理, 最终定值和核查结果上传集中管理。

数据管理结构框架如图1所示。

1) 地调主站负责地调厂站的定值在线整定和核对, 并进行相应的维护和管理, 不上传整定和核对所需电网一、二次数据, 只上传最终整定值和核对结果, 中调主站进行检查。

2) 中调主站负责中调直辖厂站的定值在线整定和核对, 并进行维护和管理, 统一管理省网定值和核对结果数据库。

2.2 网络结构和安全防护

为建立省网继电保护智能化在线定值整定和核对系统, 在调度数据网之外建立独立的继电保护数据网, 主要考虑因素如下:

1) 继电保护的在线整定的最终意义实现主要依赖于整定时间, 当电网运行方式发生改变时, 在线整定系统应能快速识别继电保护缺陷、整定死区、误动区, 对保护定值做出快速、可靠的调整, 以防止保护误动或者拒动, 有效保证电力系统的安全稳定运行。将在线整定和核对整合在调度通讯网中, 实时性的要求将难以满足。

2) 继电保护的在线整定为适应电网实时运行方式变化的需要、保证整定的正确性、保护的可靠性, 需要交换大量的数据, 现有的调度通讯网无法再增添本系统的通讯量。特别是随着分布式能源的不断接入, 系统电源逐渐转向配电网, 分布式电源的不确定、随时性将更加加剧继电保护在线整定的数据量。

3) 调度管控着电网的实时运行情况、能量的分配和均衡, 继电保护是电力系统稳定运行的第一道防线, 两个系统对电力系统都至关重要, 调度以投切机、增减出力和负荷为手段, 继电保护以切除故障部分为方法, 都为维持电网的稳定运行, 二者有关联但又相对独立, 若将两个系统整合在一起, 难以为二者的发展提供独立的空间。

4) 电力流、信息流、业务流的一体化并非将电力系统的所有管控建立在一个系统中, 这样, 运行维护将是日后的一个重大难题, 同时, 电力系统要求高可靠性, 无法承担单个系统出错导致电力系统整体瘫痪的风险。

5) 将所有管控集中于一个平台或系统, 现有的通讯系统在安全性和可靠性等方面还远远达不到要求。

2.3 独立的继电保护数据网优点

1) 实现调度和保护的独立运行, 互不干扰, 有利于电网的稳定, 有利于继电保护实时平台的建立和调试, 也无碍于未来继电保护数据网建网成熟后数据的交换。

2) 建立独立的继电保护数据网是继电保护发展瓶颈的突破口。继电保护传统的发展方向是不断改善保护原理, 可靠、正确得保护某个或某区域的电力设备, 以局部信息切除对电网的稳定运行可能造成威胁的设备, 缺乏全局把握。广域保护、自适应保护是继电保护发展的方向, 继电保护数据网的建立有利于数据通讯瓶颈的突破。

3) 继电保护数据网有利于电力系统第一道防线和第二道防线的协调配合。现有的继电保护和安稳系统相互独立, 缺乏相互交换数据的平台。

4) 继电保护数据网是继电保护走上智能化的有效平台, 便于智能化保护系统的建立与调试, 便于日后进行功能的扩展与完善, 专业界面清晰, 易于运行维护管理。

2.4 系统建立步骤

1) 如图2所示, 建立独立的中调主站, 独立的中调直辖子站, 地调主站和子站集成在调度平台中。中调管控着省网电压等级较高的输配电网络的运行, 继电保护的动作对整个网省电力系统运行的影响大。因此, 中调主站对继电保护在线整定和核对的可靠性要求高, 单独建设继电保护在线定值整定及核查系统中调主站, 采用正向隔离装置与中调调度自动化系统相互隔离, 有利于省网的安全稳定运行。同时, 在中调主站建立智能化在线定值整定及核查平台, 以确保在线定值整定和核对的准确性。另外, 建设初期, 地调主站和子站集成在综自系统中, 地调主站集成在SCADA系统中, 子站通过变电站计算机监控系统实现对保护装置远方修改及核查。主站部分, 功能集成在SCADA系统中, 可节约部分硬件设备, 节省初步投资。计算机监控系统与保护设备同属安全I区设备, 不需另外装设防火墙等隔离设备;只需通过更改计算机监控系统远动主机软件即可实现该功能;与主站通信通道也可利用计算机监控系统的远动通道。

2) 逐步建立独立的地调主站和子站。地调主站功能集成在SCADA系统中, 不利于功能扩展, 可能对现有的SCADA造成影响, 增加SCADA系统运行负担, 导致运行管理界面不清晰。随着电网规模的不断增加, 继电保护在线整定和核查系统功能的不断完善、智能化, 宜建立独立的地调主站, 有利于数据的传输、系统功能的实现, 安稳等电力系统三道防线的建设。随着分布式发电以及微网系统的不断发展, 配网系统的在线整定和核查系统和计算机监控系统的可靠性要求提高、数据交流量都将增大, 考虑逐渐建立一批独立的地调子站, 功能将比较完善, 方便以后对系统的功能扩展例如装置录波数据的远传等, 不需更改计算机监控系统软硬件设备, 对监控系统和故障信息系统不会造成任何影响。

3) 继电保护智能化在线定值整定和核查系统的完善和扩展。如图3所示, 建成省网电力流、信息流、业务流一体化的在线定值整定和核对独立系统, 该系统基本实现地调和中调在线定值整定和核对的智能化, 具有很高的可靠性、安全性保障, 建成该系统网络与调度自动化网络的数据交流通道, 实现两个网络数据互不干扰但能进行数据交流, 建立该系统的调试和扩充功能, 以最终建立电力系统智能化的三道防线。

3 智能化在线定值整定和核查平台

智能化保护在线整定和核查平台的各个模块的配合关系如图4所示, 主要组成部分为:电网运行状态数据库、电网定值单数据库、电网定值整定和核查启动模块、电网定值校核专家系统模块、电网定值整定模块、电网在线整定定值的下达模块、工程师站。

3.1 电网运行状态数据库构成

1) 电网实时运行状态的数据采集, 主要负责采集电网的实时运行方式数据, 包括整个电网的开关、状态、出力和负荷情况等, 该数据主要来源于EMS/SCADA系统, 考虑到在线整定技术还处于研发、调试和不断完善阶段, 为了保证EMS系统和在线整定系统的相对独立性, 采用正向隔离单向获取调度中心数据, 跟踪调度数据网的实时数据, 以及调度预计的运行方式改变情况, 存储调度中心日负荷情况和发电计划。

2) 待投产或者待投入运行的电网一次数据。

3.2 电网定值单数据库

电网定值单数据库主要负责采集直辖网、站的保护配置和定值情况, 存储历史定值, 标记定值的修改部分, 启动专家系统分析定值修改的合理性。

3.3 电网定值整定和核查启动模块

为了减少主站内部的信息交流量, 确保在线整定和核查数据来源的正确性, 设定电网定值整定和核查启动模块, 该模块的工作主要分为三部分:

1) 从电网实时运行状态数据库中调出日负荷和发电计划, 进行潮流计算, 预测电网潮流变化趋势, 当运行方式改变或潮流转向等可能影响继电保护可靠运行的情况发生时, 启动继电保护在线校核和整定流程。进行提前核查, 保证继电保护整定值满足日负荷波动所引起的潮流转移需要。标记日负荷波动时, 继电保护定值需要更改的点, 通过工程师工作站进行保护定值的进一步人工核查, 执行标记点定值修改程序。

2) 实时跟踪电网运行方式的改变情况, 当运行方式的改变和潮流的大幅度转移足以影响继电保护时, 启动继电保护在线校核和整定流程。

3) 周期性启动继电保护在线校核和整定流程, 以防前两个子模块故障导致整个系统失效。进行继电保护定值的及时核对, 对保护定值做出适当适时的调整。

3.4 电网定值校核专家系统模块

1) 保护配置、保护范围的校核子模块。检查保护的范围是否存在漏洞, CT、PT的安装位置是否得当, 主保护、后备保护、辅助保护的配置是否满足电力系统规范、反措要求。建立国标、企标、行标检验专家库, 对继电保护的实际配置情况进行诊断, 对不符合标准或反措要求的项目提出告警信息。不同地区电网的保护整定配合原则不尽相同, 该系统设计时必须加以考虑。

2) 现有的校核方法局限于按保护整定的逆过程来进行保护的校核, 增加定值的比对过程来判断现有定值是否在整定定值所要求的范围内。这种方法无法校核整定原则, 当整定原则或者整定方式有漏洞的情况下, 校核模块无法发挥其校核的作用, 而且, 此方法下, 保护整定规则的复杂性决定了校核规则的复杂性, 数据量之大难以满足实时性的要求。对于实时性要求高的保护校核, 提出模拟保护边界故障的校核方法, 该方法对每个被保护设备设定边界故障点和典型故障点, 采用仿真手段, 校核保护是否能够正确动作, 对不能准确动作的保护启动保护定值的在线整定。该过程能够快速识别当运行方式改变时, 原有的保护配置和保护范围已无法保护原有设备的部分, 原有的保护定值有可能造成保护误动或拒动的部分。

3) 保护的四性校核子模块。建立保护四性校核模块, 在启动在线定值整定和核查流程后, 对管辖电网设备所配置的各种保护进行可靠性、速动性、选择性、灵敏性核查, 该过程为保护整定的逆过程, 判定保护定值是否在满足四性的范围之内, 主要用以识别当系统运行方式发生微变时, 保护是否依然有效满足四性, 对保护特性提出更高更全面的要求。

3.5 电网定值整定模块

保护整定规则复杂, 既要保证保护范围和灵敏度, 保证动作的可靠性, 又要保证动作的选择性, 还要进行躲负荷确定, 保证保护不误动。特别是保护的上下级配合关系非常复杂, 包括上下级线路间的配合、线路和变压器间的配合, 还要考虑线路自动重合闸的配置、变压器的连接组别以及特殊接线方式 (终端线路变压器接线等) 的影响。如果将整个电网的整定同时、周期性得进行, 既要保护可靠性, 又能满足实时性的要求, 将大大加重整个在线定值整定和核查平台的负担, 为此提出以下解决方案:

1) 对于定值校核启动的在线定值重新整定, 实时性要求高, 首先对该部分保护定值进行重新整定, 再返回校核模块进行校核。整定计算时, 对于四性不满足要求的重新整定, 可以沿用定值核查时所进行的定值范围计算结果。

2) 针对只是电网运行方式改变和潮流转移启动, 而校核模块没有报错的部分, 进行长周期的整定, 微调整。

3.6 电网在线整定定值的下达模块

为了减小整个电网定值同时下达所带来的数据风暴, 保证定值下达数据通道的畅通, 减少误码率和丢帧率, 只下达需要修改的定值部分, 通过从电网实时定值单数据库中调用实时定值单, 进行搜索对比, 标记定值修改的部分进行定值的下达, 定值的下达分两种情况执行:

1) 需要工程师站确认的定值:对实时性要求不高的定值修改, 如根据日负荷预测或者计划做出的定值调整、待投产或待投入运行设备的定值整定下达等。

2) 不需要工程师站确认的定值:对实时性要求高的定值修改, 通常在完成定值的整定和核对后, 直接进行修改部分的定值下达, 特别是当系统进入第二道和第三道防线时, 继电保护定值的合理、实时修改对避免电力系统的大面积停电具有重要意义。

4 技术方案

4.1 数据交换格式

目前, 各省网的整定系统都是自建电网模型, 没有统一的规定。南网最新颁布的继电保护信息系统技术规范要求采用CIM模型描述电力系统元件, 以实现不同系统、不同厂家、不同电力企业间的模型数据交换。主站和子站间的交换过程如图5所示:

主站和子站模型数据交换包含四部分内容:一次设备信息、二次设备信息、二次设备与一次设备关联信息、模型数据和图形数据的关联关系。子站一次设备信息需要详细涵盖电力系统的拓扑结构和进行潮流和短路计算所需要的电力设备参数。子站二次设备主要为保护装置 (Protection Equipment) 。要求子站提供站内二设备的标示 (RDF ID) , 名称 (Name) 、保护型号 (PSR Type) 、保护定值 (Value) 。二次设备的名称同时需以RDF ID的形式体现在CIM模型中。二次设备与一次设备关联信息主要为保护装置与一次设备的关联、保护设备之间的关联关系, 保护装置与一次设备的关联如图6所示。通过间隔 BAY 实现保护设备之间的关联关系, 如图7所示。

4.2 安全性问题

远方不停电修改及核查定值系统由主站与工作站之间通过电力调度数据网络进行通信, 为了确保各级工作站及电力调度数据网络的安全, 抵御黑客、病毒、恶意代码等各种形式的恶意破坏和攻击, 防止继电保护装置定值被恶意修改而造成电力二次系统的崩溃或瘫痪, 以及由此造成的电力系统事故或大面积停电事故, 就必须对远方不停电修改及核查定值系统存在的二次安全隐患进行分析并提出可行的防护措施。

远方不停电修改及核查定值系统在地调、集控站及继保班配置相应的服务器及工作站并通过电力调度数据网络进行通信, 因此也就存在常规计算机及网络所具有的一些安全隐患, 主要体现在以下几个方面:

1) 外部网络病毒、木马等通过网络入侵工作站或服务器;

2) 病毒、木马等通过可移动存储介质 (如 U 盘、移动硬盘、光盘等) 进入工作站或服务器;

3) 便携机接入工作站所用的网口对定值进行恶意修改或者将病毒、木马等传播到主站服务器;

4) 已登陆的用户安装不良应用程序或进行其他非法操作引入病毒、木马或造成工作站操作系统破坏、定值修改软件损坏等。

为解决上述问题, 尽可能减小以上安全隐患对远方不停电修改及核查定值系统造成的影响, 本设计提出地址绑定、物理隔离的方案:

采用常规的在地调端设置主站服务器、在集控站和继保班设置工作站的方案, 在工作站建立后, 及时将工作站的物理地址和网络地址上传至主站, 再由主站将上传的地址信息与相应的变电站名和用户名进行绑定并建立数据库, 同时工作站也需存储主站服务器的物理地址和网络地址信息。在进行定值修改操作前, 主站与工作站之间应互相校验地址信息, 验证通过后方可进行下一步的用户登陆及密码验证, 如验证不通过, 系统应中止定值修改操作、返回至初始状态并向操作人员提示错误信息。

另外, 将工作站与可移动存储介质隔离, 防止病毒、木马等通过可移动存储介质进入工作站, 具体方法为将工作站的主机上所有可移动存储介质接口或设备如USB接口、光驱等全部封闭, 并将主机置于封闭的工作台内, 仅保留电源及重启按钮在外部。

针对电网远方不停电修改及核查定值系统存在的二次安全隐患问题, 综合考虑投资与安全性, 本方案采取如下安全防护措施:

1) 将工作站及服务器与可移动存储介质隔离 。具体方法为将工作站的主机及服务器上所有可移动存储介质接口或设备如USB接口、光驱等全部封闭, 并将主机置于封闭的工作台内, 仅保留电源及重启按钮在外部。当需要对主机硬件进行维护时, 必须由管理人员打开封闭主机的柜门。

2) 工作站物理、网络地址与站名、用户名绑定 。在工作站建立后, 将工作站的物理地址和网络地址上传至主站, 再由主站将上传的地址信息与相应的变电站名和用户名进行绑定并建立数据库, 同时工作站也需存储主站服务器的物理地址和网络地址信息。在进行定值修改操作前, 主站与工作站之间应互相校验地址信息, 验证通过后方可进行下一步的用户登录及密码验证。

3) 设置不同等级用户权限 。通过设置不同等级用户的使用权限来约束用户的操作行为, 防止已登录的用户安装不良应用程序或进行其他非法操作引入病毒、木马等或造成工作站操作系统破坏、定值修改软件损坏, 尽可能减小对工作站乃至整个远方不停电修改及核查定值系统的不利影响。

5 结束语

保护定值 篇5

1.1电力系统短路故障及其危害

在发生短路时可能产生以下的后果：

1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；

2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；

3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；

4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术［1］，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上［2］，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用［3］，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究［4］，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用［5］，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

2继电保护的作用

被誉为电力系统“静静哨兵”的继电保护，一年365天，每天24小时站岗放哨，是保证电力系统安全、稳定运行的钢铁长城。建国以来常抓不懈的继电保护正确动作率成绩显著，经过科研制造、设计、运行单位几代继电保护人的共同努力，220kV以上超高压电网的继电保护装置正确动作率达到98%以上，对电力系统发生的各种故障能迅速、正确地隔离，全国没有发生过类似美国、法国、印度等国家的大面积、长时间的大停电事故，保证我国电力系统安全、稳定、经济运行，继电保护功不可没，同时造就了一支工作责任心强，作风严谨、特别能战斗的继电保护队伍。随着微电子技术的迅速发展，继电保护装置发生了新飞跃，计算机技术、网路技术等高新科技在几点保护应用技术中得到

2.1保障电力系统的安全性。当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。

2.2对电力系统的不正常工作进行提示。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。

2.3对电力系统的运行进行监控。继电保护不仅仅是一个事故处理与反应装置，同时也是监控电力系统正常运行的装置。

3继电保护定值计算及意义

3.1继电保护整定计算

电力系统继电保护起着保证电力系统稳定运行的作用，万一电力系统出现故障，继电保护装置必须迅速、准确地切除故障元件。保护的合理配置与正确选择，是保障电网安全运行的重要条件。从安全运行角度出发，电网对继电保护装置性能提出了严格的要求，其必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。电力系统继电保护装置的可靠运行涉及到继电保护的配置设计、制造安装、整定计算、运行维护等很多方面。其中优化的保护配置和正确地进行整定计算，对保证继电保护装置的可靠运行具有及其重要的作用。

3.2继电保护整定意义

继电保护需要考虑的包括电网接线方式和运行方式的很多因素。随着电力系统的发展，电网规模越来越庞大，接线方式和运行方式也日益趋于复杂化，其中环网重叠，长输电线和短输电线相互联接已经很普遍。这给整定计算增加了难度。为了满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求,使继电保护配合达到最佳状态，继电保护整定计算过程中，必须对电网的各种运行方式进行详细周密的计算。但是，整定计算的计算量大，计算过程复杂。整定过程中，计算短路、断线及复杂故障的计算，对短路计算要求极高。环网线路保护配合困难，复杂环网结构系统中的线路后备保护定值相互配合，构成配合关系网，很难使整定计算定值各个保护装置完全配合。

整定计算的方法没有统一的标准，不同类型、不同电网的继电保护，整定计算方法极端相差很大。

考虑因素太多，变化大。保护整定计算中要考虑多种运行方式和故障情况，而且实时变化性较大，难以确定具体整定方法。由此可以知道，电力系统的运行对继电保护整定计算有着急切的需要，而继电保护整定计算软件会大大减少工作人员的操作和维护难度，提高运行维护能力和效率，使得电网在较佳状态下运行，保证了可靠性。

4目前国内外继电保护定值整定计算现状

继电保护定值整定计算的工具和方法随着科学技术的不断进步而不断进步。无论国际海事国内，从其发展历程而言，大体上能分为四个阶段：

50年代的全手工计算阶段 从

电磁式保护装置 到

晶体管式继电保护装置、到

集成电路继电保护装置、再到

微机继电保护装置。

第二章 继电保护原理 2.1方向距离保护原理

随着电力系统的发展，电网规模越来越大，结构也越来越复杂，继电保护整定计算的工作量也越来越大，而且整定计算的定值无法通过实际故障的情况，来验证其选择性和灵敏度。整定计算程序只能校验保护定值对本线的灵敏度，不能计算保护定值的远后的保护范围。另外，对于新设备的投产，整定计算不可能进行整个电网的保护整定计算，而只能进行局部电网的保护定值整定计算，因此，日积月累在整个电网保护定值配合上，可能会出现偏差，造成保护定值之间的不配合而使保护误动。整定的工作一般流程如下图：

往往审核人的审核只对计算结果进行审核，在运行方式上的考虑及配合是否合理还不能验证，而且校验工作也不是很直观。因此，开发研制继电保护仿真程序是非常必要的，也将是非常实用的。

有了继电保护仿真程序，将有助于继电保护的定值的校验，防止运行中的继电保护定值的失配及灵敏度不足等问题。继电保护仿真程序具有模拟电网各种故障(包括复故障)的功能，以校验保护定值的正确性与否，增加了以上环节后，保护定值整定计算工作的流程图如下：

二、继电保护仿真系统的组成

继电保护仿真程序就是利用计算机程序模拟电力系统各种故障，用故障量来检测保护的动作行为，并能输出各站的保护动作情况。其主要由程序和数据库两部分组成。

(一)数据库主要有：

1、电网一次系统图：

包括所有整定范围的一次电网结构图，应标有断路器状态，断路器在断开位置和合闸位置应有明显区别，以提醒计算人员有关保护动作跳闸情况。

2、继电保护定值库 a、元件参数：电网元件参数数据是用来模拟故障计算时依据，必须是电网运行元件的实测参数。

b、继电保护定值库：与在电网中运行的实际定值一致，包括各种保护的定值。(二)程序部分

程序主要包括下面几个部分：模拟故障计算、保护动作行为的判断和报告输出等。

1、模拟故障计算程序：

模拟故障计算程序是仿真系统的核心，它应能够模拟各种故障类型，并对各厂、变每条线的保护的各种测量值进行计算，如相电压、相电流、相间阻抗、接地阻抗、零序电流、负序电流等。

2、保护动作行为的判断

根据程序的计算结果，与继电保护定值比较，来判断继电保护的动作行为。对各种保护分别进行判断。对于阻抗、电压和电流等保护的判断，直接用测量值与定值进行比较，比较的顺序是，从一段开始，如果在一段范围内，则输出保护动作，不再进行下一段的比较；如果一段不动，再与二段定值比较，以此类推。纵联保护的动作与否，要看对侧高频测量元件是否动作，如果也动作，则输出高频保护动作，否则，判断为未动作。而分相电流差动保护还应与线路对侧矢量电流相加再与定值进行比较。

3、输出报告 比较完毕后，输出保护动作情况报告，并在电网一次结线图上标明保护动作情况。输出报告中保护动作情况表应有如下内容： 时间：年月日时分秒 系统运行方式：

机组运行情况，元件检修情况，故障情况：

故障地点，故障类型，相别，故障量：UA，UB，UC，3U0，IA，IB，IC，3I0 保护动作：

变电站名，线路名，测量值，保护定值，动作时间，灵敏度

从报告中可以清楚地看到保护的动作的详细情况。

几何定值题求解很有趣 篇6

当平面图形中的一些几何元素在一定条件下变动时，与变动元素有关的某些几何量的值仍保持不变，求出这些不变的值，这就是几何中的定值问题.求解定值问题常用的基础知识有：（1）同（等）底等（同）高的三角形面积为定值；（2）同圆或等圆中，相等的圆心角或圆周角所对的弧长或弦长为定值；（3）圆幂定理中，若切线长不变，则割线两部分之积为定值；（4）两条对角线为定长的平行四边形的各边平方和为定值；（5）在已知线段的同侧，且对线段两端点所张的角大小不变的各点，在过这线段两端点的同一个圆上.若能巧妙而灵活地利用上述结论求解定值问题，常常会使问题简单获解.下面举例说明，希望能够对同学们有所启迪.

例1如图1，在△ABC中，AB=AC，过BC上一点D作BC的垂线分别交两腰所在的直线于E、F.求证：DE+DF为定值.

分析由等腰三角形ABC及DF⊥BC于D，可以得当动点D到达BC中点H时，可确定所求值为2AH.

证明过A作AH⊥BC于H，则△BDE∽△CDF∽△BHA，

所以DEAH=BDBH，DFAH=DCBH，所以DE+DFAH=BD+DCBH=2，

所以DE+DF=2AH，而AH为定值，所以DE+DF为定值.

点评几何中的定值问题，有时通过寻找几何图形的特殊位置，进而寻求不变量，这是求解此类问题常用的行之有效的方法.图2

例2如图2，在矩形ABCD中，已知AD=12，AB=5，P是AD边上任意一点，PE⊥BD，PF⊥AC，E、F分别是垂足，那么PE+PF=.

解析求解本题可采用特殊值法，即当点P与A或D重合时，如图3，PE与PF的和变成△ADC的高DF，即为定值.

图2中，连结PO，作DM⊥AC于M，则S△AOD=S△APO+S△DPO，

所以S△AOD=12AO·PF+12DO·PE.图3

因为在矩形ABCD中，AO=DO，所以S△AOD=12AO·（PE+PF），

而S△AOD=12AO·DM，所以PE+PF=DM.

在Rt△ADC中，AD=12，DC=5，所以AC=52+122=13，

所以DM=AD·DCAC=12×513=6013，即PE+PF=6013.

例3设C为定圆上定弧AB的中点，P为AB上任意一点，且C与P不在直线AB的同侧，求证：PA+PBPC为定值.

解析先探求定值，可用特殊位置法寻找.

由于点P为AB上任意一点，所以可考虑点P与点A重合，则会有PA+PBPC=ABAC，而A、B、C为定点，则AB、AC为定值，所以题中定值可能为ABAC.图4

第二步，证明定值.如图4，

在AP的延长线上取点E，使PE=PB，连BE、BC，则有∠BAP=∠BCP，AC=BC.而C为AB的中点，所以∠APB=2∠CPB.

又PE=PB，则∠PBE=∠PEB，而∠APB=∠PBE+∠PEB，即∠CPB=∠PEB，从而知△ABE∽△CBP，得AEPC=ABBC，即PA+PBPC=ABAC为定值.图5

例4M、N是以AB为直径的半圆上的两点，且∠MAB=45°，∠NBA=60°，动点P在直径AB上移动.求证：tan∠AMP·tan∠BNP是定值.

解析根据题目条件，画出相应的图形，M、N的位置如图5所示.解决定值问题，首先要探求定值，为此可采用特殊位置法.图6图7

当点P在圆心时，如图6，△BPN和△APM都是等腰三角形，则tan∠AMP·tan∠BNP=tan∠A·tan∠B，即tan45°·tan60°=3.所以通过特殊位置法探求出定值为3，并理出了解题思路.

要证明tan∠AMP·tan∠BNP=tan∠A·tan∠B，如图7，连结BM、AN，过P分别作PC⊥AM于点C，PD⊥BN于点D.而AB为直径，

所以∠AMB=∠ANB=90°，所以PC∥BM，PD∥AN.

所以由平行线分线段成比例定理，得ACCM=APPB，BDDN=PBPA，将两式相乘，得ACCM·BDDN=1.

由正切的定义，得tan∠AMP=PCCM，tanA=PCAC，tan∠BNP=PDND，tanB=PDBD，

所以tan∠AMP·tan∠BNP=ACMC·tanA·BDND·tanB=tanA·tanB=tan45°·tan60°=3.图8

例5如图8所示，已知∠POQ=90°，点A、B分别在射线OP、OQ上移动，∠OAB的平分线与∠OBA的外角平分线相交于点C，求证：∠ACB的大小为定值.

解析由于∠ACB是△ABC的一个内角，所以可利用三角形的内角和定理以及内、外角平分线的定义直接计算∠ACB的大小.

因为∠BAC+∠ABC=12∠OAB+∠OBA+∠OBC=12∠OAB+∠OBA+12（180°–∠OBA）=12（∠OAB+∠OBA）+90°=12×90°+90°=135°，

所以∠ACB=180°–（∠BAC+∠ABC）=45°（定值）.

练习

1.如图9，在等边△ABC内取点O，作BC、CA、AB的垂线OM、ON、OP，垂足分别为M、N、P.若此三角形的周长为6，求OP+OM+ON.图9图10

2.如图10，OA、OB为⊙O任意两半径，过B作BE⊥OA，垂足为点E；再过点E作EP⊥AB，垂足为点P，若⊙O的半径为r，求OP2+EP2.

3.如图11，已知等边三角形ABC内接于单位元（即半径为1），P是⊙O上的任意一点，求PA2+PB2+PC2的值.图11图12

4.如图12，在正方形ABCD外接圆的AD上任取一点P，求证：（PC+PA）∶PB为定值.

参考答案

1.可用面积法，求出OP+OM+ON等于△ABC的高，即OP+OM+ON=3.

2.过点O作OC⊥AB，垂足为点C，则有AC=BC，OP2=OC2+CP2，EP2=AP·PB，

所以OP2+EP2=OC2+CP2+（AC–CP）（BC+CP）=OC2+CP2+（AC–CP）（AC+CP）=OC2+AC2=OA2=r2.

3.由余弦定理得PB2+PC2+PB·PC=BC2，再由托勒密定理得BC·PA=PB·AC+PC·AB，而AB=BC=AC，所以PA=PB+PC.

所以PA2+PB2+PC2=（PB+PC）2+PB2+PC2=2（PB2+PC2+PB·PC）=2BC2.

而BC=3，所以PA2+PB2+PC2=2BC2=2×（3）2=6.

4.连结AC，过点A作AE⊥PB，垂足为点E.

因为∠AEB=∠APC=90°，∠ABE=∠ACP，

所以△ABE∽△ACP，所以PAAE=PCBE=ACAB，而∠APB=∠ACB=45°，∠AEP=90°，所以AE=EP.

继电保护中定值整定相关问题研究 篇7

一、继电保护中定值误整定问题分析

1. 旁路定值误整定分析。旁路定值误整定主要表现在以下两个方面。

(1) 在对主线路定值进行修改后, 并没有对旁路的定值做任何改变。

(2) 由于线路所要保护的种类非常多, 再加上各个线路保护值要求各不相同, 所以, 出现了很多旁路保护替代线路保护的形式。如果旁路保护和线路保护的类型完全不一致, 而对旁路定值又没有及时进行修改, 将会引起旁路定值误整定。

2. 公用设备定值误整定。

故障滤波器的整定值和实际的现场情况不相同, 母差和失灵保护装置出现要求的整定值和实际现场值不符等原因, 都会导致公用设备定值误整定发生。

3. 相关图纸和定值管理不到位。

在实际生活中, 有些变电所的定值或者是图纸并不是目前的有效版本, 甚至根本找不到有关的试验记录, 因此, 很难进行对比。此外, 管理上的失误也是导致继电保护定植误整定的重要原因。

二、继电保护装置出现定值误整定的原因分析

导致继电保护装置出现定值误整定现象的原因有多种, 具体来说, 主要有以下几点。

1. 在大多数情况下, 旁路保护都在备用状态, 所以, 操作人员对旁路保护定值没有引起高度重视;

在二次线路的设备, 操作人员又分辨不清母联运方和旁路运方, 导致继电保护装备误整定。

2. 变电所的规模越大, 电压等级越高, 那么一旦确定公用设备后, 其设备更新是非常慢的。

如果线路出现的问题非常多, 则设备更新的速度也是很快的, 甚至会出现大幅度的调整。关于此类设备的定值通常是由省电网机构计算, 并不会因某个变电所的运行情况而制定一个特殊的定值单;加之有些班组在不确定定值的情况下随意设定设备运行定值, 导致无人管理的局面的出现。长此以往, 可能会使间隔时间过长, 公用定值也会有很大差别。

3. 工作人员不了解保护动作的回路。

通常情况下, 有关部门的验收工作做得不够全面, 尤其是没有对压板独立性进行检验;加之用户在购买保护设备时没有和供应商进行充分的沟通, 从而导致定值不准确。

4. 供应商的使用说明书不完整。

相关人员没有尽快和设备定值计算人员反映具体的运行状况及问题, 如果没有特殊的要求都是使用通用的定值单, 因此并没有对不同设备或接线进行详细分析。

5. 没有建立完善的定值、试验档案, 未能对资料进行科学、合理的管理。

尤其是那些进行扩建的变电所, 施工单位没有按时上交必要的材料, 甚至对一些旧的图纸资料也没有加以修改。

三、减少继电保护定值误整定现象的有效措施

1. 对旁路保护定值要引起高度重视。

保护人员应该坚持此种理念, 在修改线路保护定值时, 还要及时修改旁路保护定值。当旁路保护和代线路包含类型不一致时, 必须要对定值、压板的位置进行检查。与此同时, 还要定期组织保护人员参加旁路、母线切换的有关知识与技能培训。

2. 加大对公用定值的管理和审查力度。

一旦继电保护定值需要进行修改, 那么必须要和有关部门进行沟通与协调, 以提高继电保护装置定值的准确性。要按照不同的设备类型, 下达定值单。另外, 保护人员和计算人员要加强学习, 熟练掌握协议的配置要求, 进一步加大对公用定值的管理与审查力度。

3. 严格规范线路变压值。

变电所的保护人员要熟练掌握各个回路之间的动作逻辑关系, 及时将保护装置的运行状态反馈给定值计算人员。定值下达必须要全面, 不可以只下达通用部分。

4. 明确各个部门的分工。

在进行明确分工后, 保护人员应按照要求完成既定工作, 同时还必须承担一定的责任, 同时结合保护设备的类型, 建立完善的实验台账, 如果需要修改定值, 则必须要做好详细的记录。

四、结论

保护定值 篇8

继电保护装置是电力系统安全运行的保障,同时也是极为重要的二次设备。美加大停电事故表明[1,2],大停电及连锁故障的发生与继电保护装置的不正确动作密切相关。因此,提出一种在线校核保护装置的有效方法就显得极其迫切与重要。

文献[3]提出了继电保护定值在线校核的概念并初步探讨了校核方法。在线校核即利用能量管理系统(EMS)/数据采集与监控(SCADA)系统采集的电力系统实时数据,实时判别系统所有保护在实时运行方式下的性能,包括保护的保护范围与选择性;一旦存在保护拒动或误动隐患,校核系统就会发出警报。在线校核这一概念的提出引起了学术界广泛关注,众多学者在理论和实践上展开了深入的探索和研究。文献[4]提出了针对距离保护的校核原则;文献[5]实现了基于集群计算机的保护定值在线校核并行计算方法;文献[6]根据地区电网的特点,开发了地区电网继电保护定值在线校验智能系统;文献[7]开发了基于EMS/DTS的大地区在线继电保护智能预警系统,并已经在线应用于某省级电网。

随着中国电力建设的飞速发展,电网规模不断扩大,对于规模庞大、运行方式多变的区域级电网,按照传统的顺序或随机保护校核方法,用户是不可能短时间内校核完所有保护。目前,国内外鲜有对保护校核顺序研究的文献。基于此,考虑到在电网中,各继电保护的电气地理位置、配合关系、事故发生概率以及带来的后果均不相同,即保护的重要程度不同,本文提出了一种基于保护重要度的继电保护定值在线校核评估方法。该方法根据元件的停运模型以及保护动作的时序建立了事件树,利用事件树分析法定量评估出预想连锁故障给系统带来负荷孤立、发电机孤立、线路过载的风险;基于这些风险,全面地定义了线路和保护的重要度指标。根据求出的保护及线路重要度排序,辨别出重要保护和关键线路,从而优化了在线校核的过程,使其更为合理有效。

1 元件停运模型

1.1 独立停运模型[8]

电力系统包括发电机、线路、变压器、保护装置、电抗器等各类元件。本文主要考虑线路和保护装置,每个元件模型只有2种稳定状态,即正常运行状态和停运状态,其余元件均假设100%正常运行,即失效率为0。

在独立停运模型中,各元件发生停运事件的概率是独立的,互不影响。最常用的可修复元件的独立停运模型可以通过稳态“运行—停运—运行”的循环过程来模拟。图1为元件的状态空间图,图中λ为失效率(失效次数/年),μ为修复率(修复次数/年)。

1.2 配合停运

在实际系统的运行中,涉及多个元件的相关停运事件的概率远大于这些相同元件同时独立停运的概率。相关停运比独立停运对系统造成风险影响更大,更容易引起连锁故障,造成大范围停电。本文针对连锁故障,考虑了保护装置误动和拒动2种失效形式,而线路只考虑短路故障失效。

配合停运是指线路上的多个保护装置之间存在保护配合关系,1个保护装置失效将会让其他具有配合关系的保护动作,从而迫使多个元件进入停运状态。

配合停运的示例如图2所示。若线路L3发生短路故障,保护6正确动作,保护5拒动,则保护5的远后备保护1,3同时动作,额外切除线路L1,L2以及母线B2。又如线路L1发生短路故障,保护1,2正确动作,但保护2的远后备保护3,6发生误动,将额外造成线路L2,L3以及母线B2停运。

1.3 连锁停运

连锁停运是指系统中第1个元件的失效引起第2个元件失效,第2个元件失效引起第3个元件失效,依此类推。其中,第1个元件被称为停运激发元件。这样的连锁停运常常会给系统造成极其严重的后果。图3给出了连锁停运的状态空间图。图中λ1是激发元件的失效率,λ2是第2元件失效率;μr是连锁停运恢复率,通常就是激发元件的修复率。

状态1对应于所有元件正常运行,状态2是激发元件失效状态,状态3是第2个元件失效状态,依此类推。在实际应用中,可合理假设连锁故障发生时,状态转移过程太快,近似忽略除首尾状态外的其他所有状态,则可简化为类似于图1的两状态简单模型。处于状态1时,全部元件正常运行;处于状态N时,全部元件停运。

2 评估方法

2.1 事件树分析法

事件树分析(ETA)起源于决策树分析(DTA),它是一种按事故发展的时间顺序由初始事件开始推论可能后果的方法[9]。事件树分析过程通常以系统中的原发性故障为初始诱发事件,找出与其相关的后续事件,具体分析每个后续事件正常或失效的2种对立事件的概率,形成一棵倒立的树。从树最末尾的事件回溯到原发性事件的每条路径代表了一个时序逻辑事件序列,由此可以清晰地导出初始诱发事件引起的各种系统状态。

2.2 系统状态选择

当一条线路发生故障被切除后,与该线路相连的线路保护装置不正确动作的概率将大幅提高,而一个保护装置的拒动或误动,往往会引起其他保护的连续动作,这是造成连锁故障的常见形式[10]。由事件树分析法的原理可知,此方法能较清晰地分析连锁故障的整个过程,并估计事故的可能后果。因此,本文将线路故障设为原发性故障(初始诱发事件),保护装置故障分为误动、拒动2种情况,利用事件树分析法,构造相关停运事件树,从而形成不同的系统状态。但考虑到该算法搜索到的系统状态数将随着事件树的层数呈指数级增加,若相关停运事件树的分支数不被限制,那么显然无法满足实时在线应用的要求。考虑到系统实际运行中,多重原发性故障和多台保护装置同时误动或拒动的发生概率极低。基于此,作出以下适当简化。

1)初始诱发事件只考虑单重性故障。

2)线路保护装置误动、拒动不同时发生。

3)同一保护装置误动、拒动概率相互独立。

4)发电机故障和变压器故障不予考虑,且发电机出口保护100%可靠。

基于上述考虑,图4描述了一个简单的保护动作事件树。

3 评估指标

3.1 风险理论简介

IEEE于1993年在文献[11]中将风险一词定义为概率和后果的乘积,用于分析电力系统的不确定性问题。因为风险具有可累加组合的性质,所以使用风险指标既可以对个体也可以对整体进行定量评估。一般风险的表达式为:

式中:R为风险值;P为事件的发生概率;I为事件的产生后果。

3.2 风险指标

连锁故障是一种概率较低但后果严重的事故,它是由系统中某一元件故障引起一系列其他元件停运的连锁反应[11]。文献[12-13]利用风险和概率的评估方法考虑了保护隐性故障对电网脆弱性的影响,但没有分析每个保护的重要度。本文将从发电机、负荷、线路潮流3个方面定义电力系统连锁故障的风险。假设第k个保护的正确动作概率、误动概率、拒动概率分别为PC(k),PW(k),PJ(k),且为互斥事件,满足式(2):

通常情况下,保护装置的误动概率和拒动概率比较容易求得[14],则通过式(2)能计算出保护正确动作的概率。

3.2.1 风险概率

1)当第i条线路发生短路故障,线路两端保护正确动作的概率为:

式中:PL(i)为第i条线路的故障率,可以通过历年的统计数据求得;PC(k)和PC(k+1)为第i条线路上两端保护装置正确动作的概率。

2)当第i条线路发生短路故障,第k个保护误动的概率为:

3)当第i条线路发生短路故障,线路上第k个保护拒动,远后备保护正确动作的概率为:

式中:PJ(k)为第i条线路上一端保护装置拒动的概率;第j个保护为第k个保护的远后备保护;N为其远后备保护的个数。

3.2.2 风险后果

1)第x种风险概率事件可能造成负荷孤立的后果为:

式中:ILD(x)为上述第x种概率事件可能造成负荷孤立的功率损失,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;SLD(x)为第x种概率事件造成负荷孤立的视在功率损失;SB为系统的基准功率;δ(x)为第x种概率事件的标志系数,若有负荷孤立,δ(x)取1,否则取0。

2)第x种风险概率事件可能造成发电机孤立的后果为:

式中:IG(x)为上述第x种概率事件可能造成发电机孤立的功率损失,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;SG(x)为第x种概率事件造成发电机孤立的视在功率损失;θ(x)为第x种概率事件的标志系数,若有发电机孤立,θ(x)取1,否则取0。

3)为了反映保护装置可能的隐性故障,即在故障发生时或故障发生后瞬间,电力系统潮流的转移使一些线路可能出现过载的情况,使保护装置将电路元件错误地从系统中移除,从而可能造成连锁故障的风险,本文定义了第i条线路的潮流变化率为:

式中:SL′(i)为故障后第i条线路的视在功率;SL(i)为故障前第i条线路的视在功率。

因此,本文定义第x种风险概率事件可能造成线路过载的后果为:

式中:IF(x)为第x种概率事件可能造成的线路过载后果,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;当F(i)>0时,表示线路潮流在增大,有过载的风险;当F(i)=-1时,表示线路潮流变为0,有造成停电的风险;其他情况则不需考虑。

在实际的应用中,可以在每条线路设置不同的阈值ε衡量该线路潮流的变化;若系统拓扑结构发生变化,线路的潮流变化率大于阈值ε,则该线路有过载的风险,系统应该及时发出预警使调度运行人员及时调整保护整定值或系统运行状态,以避免连锁故障的发生。

3.2.3 风险值

根据风险的定义,第i条线路发生短路故障造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(1)为线路故障时,保护正确动作造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(1)为线路故障时,保护正确动作造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障造成线路过载的风险为:

式中:IF(1)为线路故障时,保护正确动作造成线路过载的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(2)为线路故障时,保护误动造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(2)为线路故障时,保护误动造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成线路过载的风险为:

式中:IF(2)为线路故障时,保护误动造成线路过载的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(3)为线路故障时,保护拒动造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(3)为线路故障时,保护拒动造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成线路过载的风险为:

式中:IF(3)为线路故障时,保护拒动造成线路过载的后果。

对于含有M条线路的系统,由第k个保护误动造成负荷孤立的风险为:

由第k个保护误动造成发电机孤立的风险为:

由第k个保护误动造成线路过载的风险为:

3.3 重要度指标

本文将第i条线路短路故障所造成的负荷、发电机、线路过载风险的加权和作为衡量第i条线路重要与否的指标,即第i条线路的重要度指标定义为:

式中:ωL,ωG,ωF分别为负荷风险、发电机风险和线路过载风险的权重系数,且ωL+ωG+ωF=1。

类似地,把第k个保护误动和拒动造成的负荷、发电机、线路过载风险的加权和作为衡量第k个保护重要与否的指标,即第k个保护的重要度指标定义为:

线路和保护的重要度指标越大,说明该线路保护越重要,即重要度指标大的线路和保护为关键线路和保护。对于关键线路,可以通过加强该线路的保护设备和实时监控,从而以较小代价换取较高的可靠性;对于关键保护,可以采取优先在线校核从而以最短时间降低大规模停电事故发生的概率。

4 评估算法流程

该评估算法流程如图5所示。

本文提出的算法有以下优势。

1)程序实现较简单,能满足在线实时应用要求。

2)在计算系统失效概率时,计及了元件的正确工作概率,比其他方法更加精确。

3)事件树的每条路径只计算1次,且生成的事件树没有发生更新时,可以重复使用,效率较高。

5 算例分析

本文采用IEEE 9节点测试系统为例对所提出的算法进行仿真验证,如图6所示。对其6条线路、3台变压器和对应的18个保护进行重要度评估,线路、变压器均等值为支路,按标幺值计算。假设不考虑保护装置的差异性,即保护的拒动概率均取为0.005[14],保护的误动概率均取为0.005[13];系统中负荷孤立、发电机孤立和线路过载的权重系数分别取为0.2,0.3,0.5[13],本算例重点考查线路过载的风险,以检测隐性的连锁故障发生。

经式(22)计算得到各支路重要度指标,并列出相对应的过载最严重的线路,如表1所示。

由表1的支路重要度计算结果可以看出,排在前3位的支路(2,7),(7,8)和(5,7)的重要度远大于其他支路,因此这3条支路为关键支路,支路(7,8)和(5,7)为关键支路;这是因为2号发电机发出的有功功率非常大,所以造成出端所连3条支路的重要度很大,应当加强支路上的保护装置。但同时也要注意到有5条支路(2,7),(7,8),(5,7),(6,9)和(4,5),发生故障被切除时,支路(8,9)都为最严重过载支路,且当支路(8,9)故障时,同时有2条支路严重过载。这表明支路(8,9)是潜在的重要支路,容易受到其他支路故障的影响,潮流波动较大,应对其进行重点监控,以防止连锁故障发生。

经式(23)计算得到各保护重要度指标,如表2所示。

由表2的保护重要度计算结果可知,排在前3位的18,7和15号保护的重要度远远大于其他保护,因此这3个保护为本算例的关键保护。从表1可看出,18,7和15号保护分别在支路(2,7),(5,7)和(7,8)上,而支路(2,7),(5,7)和(7,8)正是本算例的关键支路,可以看出,保护的重要度是由本身的特性和电网的拓扑结构决定。综上所述,算例的结果验证了该方法的正确性和可行性。

6 结语

本文提出了基于保护重要度的继电保护在线校核新方法。本文既考虑了保护的误动,又考虑了保护的拒动;同时定义了线路过载的风险,大大提高了对隐性连锁故障的侦测能力。通过线路和保护重要度指标,可以方便地辨识系统薄弱环节以及实现按保护重要度由高到低的顺序依次对各保护进行在线校核,避免了传统的随机或顺序校核各保护带来的弊端,对提高电力系统的稳定性和可靠性有着十分重要的意义。

摘要：为了使继电保护定值校核工作更加科学有效,提出了基于保护重要度的继电保护定值在线校核新方法。首先建立了元件停运模型;然后利用事件树分析法构造相关停运事件树,从而得到不同的系统状态;最后基于风险理论计算出线路和保护的重要度指标排序,根据保护重要度降序排序可进行在线校核保护定值。通过IEEE 9节点系统的分析,验证了该方法的可行性及正确性。

煤矿井下高低压保护定值整定分析 篇9

煤矿井下电网主要由高压防爆开关、低压馈电开关、电缆组成。由于煤矿环境恶劣, 电网经常发生短路、过负荷、漏电等故障, 因此《煤矿安全规程》中规定井下防爆开关一般应装设短路、过负荷、漏电保护装置。然而在实际使用中, 由于许多矿井技术人员不能很好地理解继电保护理论, 常常出现保护定值设置不当的情况, 导致保护误动或拒动, 从而影响矿井的安全生产。本文从保护理论出发, 分析正确整定井下高低压保护定值的方法。

1 高低压保护定值整定分析

1.1 三段式电流保护

对煤矿电网而言, 高压一般指10、6、3.3 kV电压等级, 低压一般指1 140、660 V及以下电压等级。根据电力系统的结构特征和运行要求, 电流保护可分为电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保护和反时限过流保护。电流速断保护也称作过流I段、短路保护, 限时电流速断保护也称作过流II段, 过流、过载保护也称作过流III段。一般终端线路只投入短路保护和过载保护, 而电源进出线需要上下级配合, 以防止越级跳闸, 因此需投入短路保护和后备保护, 一般不投入过载保护。由于煤矿井下低压电网线路覆盖范围有限, 电流保护一般仅投入短路保护及过载保护。以下线路上的保护配合主要针对井下高压电网[1,2,3]。

1.1.1 电流速断保护

电流速断保护作为本线路的主保护, 主要起保护本线路的作用, 其整定值按躲过线路末端短路故障时流过保护的最大短路电流整定。如果本开关所带设备为变压器, 可以对速断保护加一定的小延时动作, 以防止空载投入大型变压器时产生励磁涌流冲击, 使电流速断保护误动, 导致变压器投不上的情况发生。一般来说, 变压器容量在600 kV·A以上时就要加小延时, 小延时时间可设置为40～50 ms, 这样既能躲过变压器励磁涌流冲击, 又不至于对电流速断保护造成大的影响。

1.1.2 限时电流速断保护

当电流速断保护不能保护本线路的全长时, 需要作为后备的限时电流速断保护来切除本线路上电流速断保护以外的故障。限时电流速断保护定值整定原则: (1) 应在任何情况下都能保护本线路的全长, 并且有足够的灵敏性和最小的动作时限。 (2) 为了保证选择性, 限时电流速断保护定值的整定范围不能超过下一条线路电流速断保护的范围。 (3) 为了与相邻线路的电流速断保护配合, 限时电流速断保护与相邻线路的电流速断保护之间至少应有70 ms的动作时限差, 以保证下级开关动作后上级保护能顺利返回。

1.1.3 定时限过流保护

定时限过电流保护是指启动电流按照避开最大负荷电流整定的保护。在电网发生故障时, 定时限过流保护因电流增大而动作。在一般情况下, 它不仅能保护本线路的全长, 而且也能保护相邻线路的全长, 起到后备保护的作用。定时限过流保护的保护定值应与相邻线路的限时电流速断保护或过电流保护配合整定, 其动作时间整定原则: (1) 延时应为相邻线路限时速断保护延时的最大值加上时限差。 (2) 对于高压防爆开关, 其定时限过电流与相邻线路的电流限时速断保护之间至少应有70 ms的动作时限差。

1.1.4 反时限过流保护

定时限过流保护越靠近电源, 保护动作时限越长, 对切除故障不利。为了缩短Ⅲ段过流保护的动作时限, 第Ⅲ段可采用反时限过电流保护。采用反时限过电流保护时, 故障点越靠近电源, 流经保护的短路电流越大, 动作时间越短。反时限过流保护的电流整定值按躲过线路最大负荷电流来整定。反时限特性是指允许过电流通过的时间与其电流大小成反比, 即过电流值越大, 允许通过的时间越短, 而过电流值越小, 允许通过的时间越长。具有反时限特性的负载 (如一般电动机) 的过载保护宜采用反时限过流保护[1]。

目前保护器的反时限过流保护有一般反时限、非常反时限、极度反时限、长反时限4种。一般反时限过流保护公式:

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非常反时限过流保护公式:

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极度反时限过流保护公式:

undefined

式中:t为电动机特性曲线上某点对应的时间值;Tp为定值表中的时间常数, 一般设为1, 也可根据具体特性曲线选择;I为曲线上某点的电流值;Ip为定值表中的门坎电流, 一般设为电动机的额定电流。

长反时限过流保护与非常反时限过流保护公式相同, 只是系数由13.5变为120。设过载电流倍数为i, 各种反时限过流保护动作时间参考值见表1。

1.2 电压保护

1.2.1 过电压保护

过电压保护的主要目的是防止用电设备长期处于严重过电压状态而受到损坏。过电压保护整定原则:一般不投跳闸, 如果要投跳闸, 不是所有设备的保护都投, 而是仅对允许过电压要求苛刻的设备才投;一定要设定延时, 以免电压瞬间波动引起不必要的告警;采用线电压判别方式, 过电压定值一般设为额定值的120%, 延时时间为5 s及以上。

1.2.2 低电压保护

按煤矿供电运行的相关规程要求, 带负荷回路的低电压保护应该投跳闸, 而电源线路的低电压保护不投跳闸。低电压保护一定要整定延时时间, 延时时间按躲开正常运行时的电压波动持续时间整定, 一般取0.5 s及以上。低电压保护的电压定值按躲过门口短路时的母线电压值整定, 一般取额定值的0.5～0.6倍。一般进线不设低电压保护。

1.3 选择性漏电保护

1.3.1 零序过压保护

零序过压保护主要用于在发生单线接地 (漏电) 时发出告警。零序过压保护整定原则:一定要设定1～10 s的延时, 以保证零序过压告警的可靠性;一般不投跳闸, 以免在发生单相接地故障时所有开关全部跳闸, 造成不必要的大面积停电现象。当发生线路接地故障时, 所有接到该线路上的开关都感应有零序电压, 所以零序电压保护没有选择性。

1.3.2 零序电流保护

(1) 高压零序电流保护

对于三相对称性很好、几乎不存在不平衡电流的线路, 零序电流定值按躲过本线路容性电流的2 (可靠系数) 倍整定, 实际应用中整定值与电缆参数有很大关系。由于实际整定值很难精确计算, 可以按经验值估算, 即每千米电缆线路零序电流整定值为0.5 A。电缆线路小于1 km时, 整定值可设定为0.5 A;电缆线路大于1 km时, 电缆线路每增加1 km, 整定值增加0.5 A。为了增加漏电保护的可靠性, 动作时间需加0.05 ms以上的延时。

零序过流保护可以投方向, 接地线路的零序电流由线路流向母线, 而非接地线路的零序电流则由母线流向线路, 故根据零序方向可以有效区分接地线路和非接地线路。但对于现场改造的保护, 如果零序互感器接线有误, 零序方向投入后将造成漏电拒动和误动, 故零序方向必须经过试验后才能投入。另外, 煤矿6 kV或10 kV供电系统在没有安装消弧线圈的情况下, 接地线路和非接地线路零序电流值相差较大, 不投入零序方向也可以正确区分, 所以建议不投入零序方向。

由于某出线接地时, 本变电所进线、上级变电所联络出线都会有较大的零序电流, 漏电保护都会动作, 故建议所有进线、联络出线、母联漏电保护均不投跳闸, 只有带负载的出线才投跳闸, 这样可避免因出线接地引起的连锁跳闸现象。

(2) 低压零序选漏保护

低压零序选漏原理与高压零序选漏原理相同, 然而在实际线路中, 由于低压线路电压等级低, 线路长度较高压线路也大幅缩短, 所以其单相接地时的零序电流远小于高压线路的零序电流。当线路电压等级为380 V时, 可设定零序电压为2 V, 零序电流为10 mA;线路电压等级为660 V时, 可设定零序电压为3 V, 零序电流为15 mA;线路电压等级为1 140 V时, 可设定零序电压为4 V, 零序电流为20 mA。实际整定时, 如果选漏动作频繁, 可根据需要适当提高整定值。

1.4 附加直流保护

1.4.1 高压附加直流保护

高压附加直流保护也称绝缘监视, 其原理:在双屏蔽电缆的屏蔽芯线与屏蔽地线之间的线路末端安装一个阻值固定的匹配电阻, 保护器通过测量取样电阻的阻值并与匹配电阻比较来判断线路状态。当回路电阻值大于1.5 kΩ时, 可判断线路处于绝缘开路状态;当绝缘电阻值小于3 kΩ时, 可判断线路处于绝缘短路状态。电缆绝缘监视保护需要电缆支持, 若动力电缆中没有绝缘监视线, 则无法实现该功能。

1.4.2 低压附加直流保护

(1) 总开关附加直流保护

总开关附加直流保护为所带分开关的后备漏电保护。一台变压器低压出线只能加一路直流电压作为后备漏电保护, 与分开关的零序漏电保护配合。为避免误动作, 动作时间一般要加100～300 ms的延时, 动作阻值一般设定为11 kΩ (660 V) 或20 kΩ (1 140 V) 。

总开关附加直流保护原理如图1所示。附加直流电压通过限流电阻、零序电压变换器、三相电抗器中心点加到线路上, 由于零序电压变换器、三相电抗器的线圈对于直流电源近似于短路, 当线路对地绝缘下降时, 直流电源通过限流电阻、接地电阻、保护器内采样电阻形成通路, 通过测量采样电阻上的电压即可测出线路的对地绝缘电阻。

(2) 分开关绝缘闭锁保护

分开关绝缘闭锁保护与总开关附加直流保护原理基本相同, 不同的是绝缘闭锁保护只有在切断电源后才能将附加直流电压加到线路上。当绝缘电阻小于22 (1+20%) kΩ (660 V) 或40 (1+20%) kΩ (1 140 V) 时, 保护器动作;当主电路绝缘阻值上升到闭锁值的1.5倍时, 自动解除漏电闭锁。

1.5 非电量保护

非电量保护一般指开关量保护, 通过开关量保护可将开关与外部传感器进行联锁。当风速或瓦斯传感器检测到参数超标后继电器动作, 如果风电闭锁、瓦斯闭锁保护已投入, 则保护器接收到开入量信息后即可跳开开关, 从而实现断电闭锁。投入风电、瓦斯闭锁保护时, 继电器动作有跳跃现象, 所以一定要加延时去抖, 延时时间一般设置为5～10 s。

2 三段式电流保护整定实例分析

三段式电流保护的主要优点是简单、可靠, 而且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求, 因此在电网 (特别是中低压等级的电网) 中获得了广泛应用, 在一定程度上解决了煤矿井下电网越级跳闸的问题[4,5]。其缺点是直接受电网接线以及电力系统运行方式的影响, 而煤矿井下供电线路经常发生变化, 因此在实际应用中, 应根据线路变化及时调整定值, 以避免发生越级跳闸故障。下面以图2所示线路为例, 说明三段式电流保护的整定。

设开关1和开关3的额定电流为300 A, 开关2和开关4的额定电流为200 A, 经计算, 线路末端短路故障时流过保护的最大短路电流为1 400 A。

开关4短路整定倍数计算: (1.2～1.3) ×1 400÷200 = (8.4～9.1) , 其中1.2～1.3为可靠系数, 则开关4短路整定值可设定为9倍的额定电流值, 时限设定为0。

开关3限时速断保护与开关4速断保护配合, 保护范围不能超过开关4的保护范围。当开关4速断保护值整定为9倍额定电流值时, 开关3限时速断保护整定倍数计算: (1.1～1.2) ×9×200÷300 = (6.6～7.2) , 其中1.1～1.2为可靠系数, 则开关3限时速断值可设定为7倍的额定电流值, 时限设定为80 ms或以上。

开关1与开关2～6做定时限配合, 设开关2、3、5中定时限过电流设定值分别为400、600、500 A, 延时分别设定为150、160、170 ms。开关1定时限整定倍数计算:1.1×600÷300 =2.2, 其中1.1为可靠系数, 则开关1定时限整定值可设定为2.2倍的额定电流值, 延时时间设定为250 ms。

开关2直接带电动机负载, 负载额定电流为55 A。电动机反时限保护整定要求:在2倍电动机额定值的条件下, 保护的动作延时时间为5 s。电动机反时限保护整定步骤:

(1) 计算开关2的反时限保护定值:Ip=1.1In×55÷200=0.3In, 其中1.1为可靠系数, In为开关2的额定电流。

(2) 设置反时限特性:如果要求反时限特性较平缓, 可选择一般反时限;如果要求反时限特性较陡峭, 可选择非常反时限或极强反时限。这里设定为一般反时限。

(3) 设置反时限保护时间常数Tp:查询表1可知, 一般反时限在2倍Ip下的延时时间为10 s, 本文要求电动机的延时时间为5 s, 因此可设置Tp=5÷10=0.5。

3 结语

矿井安全供电关系着整个矿井的安全生产, 正确整定保护器定值对矿井安全供电影响很大。本文从继电保护原理出发, 分析了煤矿井下高低压各项保护整定值的设定, 给出了具体的设置方法, 基本覆盖了矿井正在使用的高低压综合保护器的全部保护功能, 并对三段式电流保护整定进行了实例分析。

摘要：针对矿井供电网络常因保护定值设置不当导致保护误动或拒动的问题, 阐述了煤矿井下高低压保护中三段式电流保护、电压保护、选择性漏电保护、附加直流保护、非电量保护的原理及具体的整定方法, 并给出了三段式电流保护整定的实例分析。

关键词：煤矿,防爆开关,继电保护,高低压保护,保护整定,三段式电流保护

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保护定值 篇10

随着电力建设的高速发展,国内电网规模不断扩大,多变的系统运行方式给继电保护离线整定带来了巨大的压力与挑战。一旦出现定值不满足保护要求,保护就可能不正确动作进而导致电网事故。

针对该问题,文献[1]提出了继电保护在线校核的概念。在线校核,即利用能量管理系统/数据采集与监控(EMS/SCADA)系统采集的电力系统实时数据,判别系统所有保护在实时运行方式下的性能,包括保护的范围和选择性;一旦存在保护拒动/误动隐患,校核系统就会给出报警信息。文献[2-3]分析了自动校核的推理机制,提出了通用性较强的校核原则;文献[4-5]分别采用集群计算机和多代理系统进行分布式并行计算,以提高计算速度;文献[6-7]根据地区电网的特点,开发了地区电网定值在线校验系统;文献[2,8]则开发了适用于大电网的在线继电保护智能预警系统与运行方式在线校核系统。

对于规模庞大、运行方式多变的省级或区域级电网,校核计算得到的不满足校核要求的保护数目较多,导致电网在运行中存在事故隐患。事实上,虽然这些保护不满足校核要求,但不同保护的不合理程度、事故发生的概率,以及带来的后果均不相同。如果能够辨识出那些最不合理的保护定值,本文称之为定值薄弱区域,并且优先予以修正,显然能够显著降低电网运行的风险。基于此,本文以距离保护为例,提出了基于风险的继电保护定值薄弱区域在线辨识。

1 不满足校核要求时保护不正确动作概率

1.1 在线校核中的概率模型

在线校核中,灵敏度校核主要校验当前方式下保护范围内部故障时保护能否可靠动作;选择性校核主要校验当前方式下保护范围外部故障时保护能否可靠不动作。故若灵敏度不满足校核要求,则意味着当保护范围内部发生故障时保护可能拒动,对应一个保护拒动范围;若选择性不满足校核要求,则说明当保护范围外部故障时保护可能误动,对应一个保护误动范围。这2个范围本文统称为薄弱范围,只有在对应的薄弱范围内发生故障,保护才会拒动或误动。

可见,保护不正确动作的概率取决于线路保护薄弱范围内发生故障的概率。设线路发生故障(事件m)和故障落入保护薄弱范围(事件n)为2个独立事件,则保护薄弱范围内发生故障的概率Pe为:

式中:P(m)为线路发生故障的概率;P(n)为故障落入保护薄弱范围的概率。

1)线路发生故障的概率

线路发生故障的概率通常采用泊松分布来模拟[9],在给定的时间t内不发生故障的概率为:

因此,时间t内发生故障的概率为:

式中:λ0为所观察时间t内线路的平均故障率,由于故障持续时间通常很短,可用故障发生的频率代替平均故障率,故障频率可通过历史记录得到;t取决于在线校核获取实时运行方式的周期,即EMS数据更新的周期。

2)故障落入保护薄弱范围的概率

对于故障点位置,文献[9]采用基于历史统计的离散概率分布,将线路分为多段;文献[10]则提出采用均匀分布进行模拟。若历史数据不充分,建议采用后者。设线路全长为L,保护薄弱范围为Lno,则故障落入该范围的概率为:

式中:Zno为Lno对应的阻抗;ZL为该线路阻抗。

可见,Zno(相当于保护薄弱范围)的计算成为确定保护不正确动作概率的核心。下文分别对灵敏度和选择性不满足校核要求进行概率分析。

1.2 灵敏度不满足校核要求时的保护拒动概率

由于距离保护是超高压电网中应用最广泛的主后备保护之一,故结合图1所示系统配置的距离保护进行分析。

以保护R1距离Ⅱ段灵敏度校核为例,由文献[3]可推导出灵敏度不满足校核要求等价于:

式中:Zlm为保灵敏度计算定值;ZⅡset1为保护R1距离Ⅱ段实际运行定值。

阻抗值大小关系如图2所示。

将式(5)两侧均除以灵敏系数Klm,得

该式左侧表征线路AB阻抗,右侧表征当前方式下运行定值对应的阻抗;两者若映射到保护范围,则分别对应图中的Llm和LⅡset1。故式(6)本质上将阻抗同比缩小后一一映射到保护范围。由图2可见,当前运行方式下,定值的灵敏度不足,保护范围从AB段缩小至AD段,阴影段(DB段)为保护拒动范围。因此,当保护R1灵敏度不满足校核要求时,其拒动概率为:

式中:Psen为R1的拒动概率;为线路AB阻抗;T为EMS数据更新周期;λAB为线路AB在时间T内的平均故障率。

1.3 选择性不满足校核要求时的保护误动概率

以图1保护R1距离Ⅱ段与相邻保护R2距离Ⅰ段选择性校核为例,依据文献[3]可推导出选择性不满足校核要求等价于:

式中:Zjs为保选择性计算定值。

阻抗值大小关系如图3所示,其中ZⅠset2为保护R2距离Ⅰ段定值。

由图3可知,R2距离Ⅰ段保护范围为BD段即LⅠset2。在线校核时Zjs的对应范围为AD段按可靠系数比例缩小之后的范围,采取类似图2做法,将Zjs和ZⅡset1对应范围按可靠系数比例还原,即Zjs对应AD段(LAB+LIset2),ZⅡset1对应AE段(LⅡset1)。因为式(8)成立,所以有LⅡset1>LAB+LIset2。即如果选择性不满足校核要求,当DE段发生故障时,R1会误动。可见,图中阴影段(DE段)为保护误动范围,故保护R1误动范围和误动概率分别为:

式中:Psel_range为R1误动范围;Psel为R1误动概率;Kk为可靠系数;Kfzmin为当前运行方式下最小助增系数;为线路BC阻抗;λBC为线路BC在时间T内的平均故障率。

距离保护中其他配合原则,如距离Ⅱ段与相邻线纵联、距离Ⅱ段配合,距离Ⅲ段与相邻线Ⅱ段、Ⅲ段配合,其选择性校核方法及误动概率均与上文叙述类似。

2 保护不正确动作后果评估

在线校核过程中,灵敏度不满足要求,说明保护可能会拒动;选择性不满足要求,则说明保护可能会误动。保护拒动和误动均会造成一定的后果,如损失负荷、破坏电网结构、扩大电网事故甚至造成稳定破坏等。本文采用相对负荷损失来表征保护不正确动作的后果。

以图1为例,设全网负荷基准值为cN(用有功功率表征),保护R1和R2所在线路AB和BC流过的实时负荷分别为cAB和cBC,均可以从EMS发来的实时数据文件中获取。

1)保护拒动后果

拒动后果用拒动导致的相对负荷损失来表示。例如:线路BC出现故障,本应该由R2切除故障,负荷损失为cBC;但由于当前方式下灵敏度不足,R2拒动,导致其上一级保护R1动作,结果损失的负荷变为cAB。此时相对负荷损失为:

2)保护误动后果

误动后果用误动导致的相对负荷损失来表示。例如:线路BC出现故障,由于故障落在保护R1与之配合的薄弱范围内,导致R1误动,则相对负荷损失为:

3 在线校核风险评估

标准IEEE 100—1992将风险定义为“对不期望发生的结果的概率和严重性的量度,通常采用概率和结果乘积的表达形式”。对在线校核而言,若校核结果不满足校核要求,则说明存在保护定值薄弱区域,也就意味着当前运行定值的不合理导致电网存在运行风险。因此,本文对每一个保护提出该保护定值薄弱程度的风险指标:

其中

式中:i为各保护编号;Ri为保护i在线校核风险;Rsen,i和Rsel,i分别为保护i灵敏度和选择性校核风险;δsen,i和δsel,i为标志系数,若灵敏度校核满足,则δsen,i取0,否则取1,若选择性校核满足,则δsel,i取0,否则取1;γsen,i和γsel,i分别为灵敏度和选择性权重系数,范围为0~1,且γsen,i+γsel,i=1;Psen,i和csen,i分别为保护i由于灵敏度不足而拒动的概率以及带来的相对负荷损失;j为保护i的相邻线保护编号;Psel,i,j和csel,i,j分别为保护i与相邻线保护j配合时由于选择性不满足校核要求而误动的概率及带来的相对负荷损失;m为保护i与相邻配合线路中不满足选择性校核的数目,故只要m>0,则式(13)中δsel,i取1。

γsen,i和γsel,i的权衡需结合该线路所在的具体电网环境:若系统中旋转备用容量很少、各系统之间和电源与负荷间的联系薄弱,则一旦保护选择性不满足校核要求,保护误动使某发电机或输电线切除,就会导致负荷供电中断或系统稳定性破坏,这种情况下γsel,i相对取大一些;若系统中旋转备用容量较充足、输电线很多,则如果保护选择性不满足,保护误动造成某条线切除,可能整个系统影响并不大,而灵敏度不满足,保护拒动会造成巨大损失,这种情况下γsen,i相对取大一些。

依据式(13)对所有不满足校核要求的线路均进行定值薄弱程度的风险评估计算,并将计算结果按从大到小的顺序排序。基于此,用户可以迅速掌握在当前运行方式下,哪些线路定值更加薄弱、运行风险更大,从而迅速、合理地制定出定值修正优先策略及维护方案。

4 在线校核过程中的历史信息处理

在线校核系统在实时运行过程中,每次仅对本过程不满足校核要求的保护进行风险计算,即在线校核定值薄弱区域风险计算是基于电网实时运行中的一个断面,每次计算过程相对独立,不依靠历史信息。而从时间的角度,历史校核过程反映了电网系统运行方式的波动历程,有很重要的参考价值。例如:某线路保护在每个校核计算过程中,其风险并不大,但出现次数频繁,即意味着该定值在多个方式下不满足保护要求,并且定值不合理持续的时间较长,那么在这种情况下,该线路就应该重点关注,优先修正定值;若某线路保护在某次校核计算过程中风险值较大,但出现次数极少、持续时间很短,就说明这是一个不常见的极端运行方式,该定值仍能满足大多数运行环境,故该定值修正可以放在次要位置。

可见,从历史校核过程角度,影响定值修正的因素有:(1)该保护在历史校核过程中不满足校核要求的次数;(2)不满足校核要求情况下对应的该方式持续时间。基于此,本文提出基于校核过程历史信息的校核结果优化策略,作为风险评估方法的补充。

设定统计时间段,如取检修期限为2个月,监测该时间段的定值性能。以保护R为例,本次校核过程计算完毕后,计算其历史信息:

式中:ζR为保护R的历史信息因子;i和j均为次数;N和tj分别为从时间段起点至此过程的校核过程总数目(运行方式与过程一一对应)及各过程持续时间;n和ti分别为R不满足校核要求的过程数目及各过程持续时间。

每次校核过程计算完毕后,历史信息因子按从大到小排序,作为定值风险计算的补充,为用户提供参考与决策依据。

5 应用示例

将本文基于风险的继电保护定值薄弱区域在线辨识应用于自行开发的在线校核系统,运行于某区域级电网,电网部分区域图见文献[3]。

现对该系统所辖部分区域内500kV线路距离保护进行校核,总计线路132条、保护264处。风险模型参数为:负荷基准值cN取500 MW;忽略灵敏度与选择性差异,γsen,i和γsel,i均取为0.5;λ0统一取0.001,EMS数据更新周期为300s,故式(3)结果为0.26;统计时间段为0.5d。根据实时运行方式的波动,自动在线进行多次校核计算;某实时方式下不满足校核要求的保护信息见表1。

注:“薄弱范围”指式(4)结果;“风险”指式(13)结果;“历史”指式(16)结果。

表中保护已按风险由大到小排列,故在当前运行方式下,用户可以按该顺序安排定值维护工作。分析校核结果可发现以下结论。

1)对于双回线,如鲁香Ⅰ回和鲁香Ⅱ回不满足校核要求是因为在线校核过程中考虑了相继动作。如果整定方案中不考虑相继或本身就不要求配合,则该定值可以不用修正。

2)定值薄弱范围大,不一定带来的风险就大。例如:津济线与相邻线配合时薄弱范围最大,但风险仅排第6位,因为该方式下通过该线的功率并不大;相反,牌长Ⅰ回尽管配合时相邻线的误动范围不大,但由于流过的功率大,一旦误动就会带来巨大损失,故应该优先进行定值维护。

3)由于风险计算时用到的某些参数,如线路平均故障率、灵敏度和选择性权重系数等,主要依靠线路的历史统计信息,故如果系统历史信息不全,那么可以利用经验值,也可以仅将薄弱范围作为某种简化的决策参考依据。

4)表中历史统计信息与考察时间段相关,算例中由于仅监测0.5d,方式变化不大,故历史信息因子区别并不明显。一般而言,考察时间越长,历史统计信息参考价值越大,更能反映定值对多种运行方式的适应情况。

6 结语

本文提出了基于风险的继电保护定值薄弱区域在线辨识,并融入历史校核过程信息,对需要进行定值修正和完善的保护进行了序列化,有助于继电保护工作人员及调度运行人员快速制定合理的定值维护方案和方式安排策略。某区域级电网调度中心的现场在线运行证实了该原则的合理性和可行性。

本文所述方法在校核系统中位于校核计算之后,故基本不受电网规模限制,尤其在管辖范围广、运行方式变化大的区域型电网中更能发挥其优势:(1)在诸多不满足校核要求的保护中迅速做出定值薄弱区域的量化排序,利于及时做出相关辅助策略;(2)易于暴露极端运行方式下的保护隐患,易于发现定值及电网薄弱环节,有助于提升电力系统的安全性和可靠性。

本文所述方法既能够提高电网运行方式安排的合理性,又可以降低运行调度人员和保护人员的劳动强度,有助于推动继电保护在线校核系统的实用化进程。但在实际应用本文方法时,有必要妥善处理以下细节。

1)本文仅以距离保护为例进行定值薄弱区域的在线辨识,该方法同样适用于其他保护类型,但应具体结合其保护类型的特性。

2)在分析基于风险指标的定值薄弱区域时用到的许多参数均由历史信息统计得到,故在实际使用的过程中建议充分借助于历史数据和保护人员的运行经验。对于现阶段难以统计得到的一些参数,如故障频率等,可开展进一步的深入研究。

摘要：在线校核对于提高电网的运行水平具有重要作用,但在应用于大规模电网时,由于不满足校核要求的保护数目较多,用户很难确定这些保护定值的薄弱程度。基于此,文中以距离保护为例分析了不满足校核要求时保护不正确动作的概率,并选取相对负荷损失量度其后果,实现了当前运行方式下基于风险的定值薄弱区域在线辨识;同时,从系统运行波动角度给出了历史运行方式下的定值薄弱分析。两者相辅相成,共同为用户及时制定合理的定值维护策略提供依据。工程示例验证了该方法的合理性和可行性。

关键词：距离保护,风险评估,定值薄弱区域,在线辨识,在线校核

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谈谈直线和圆中的定点定值问题 篇11

一、 直线方程过定点问题

【例1】直线l:(1+3m)x+(3－2m)y+4m－17=0与圆x2+y2+2x－6y－15=0的交点个数是.

解析直线l方程可化为：(3x－2y+4)m+x+3y－17=0，且直线与实数m无关.

由3x－2y+4=0,

x+3y－17=0,得x=2,

y=5.

∴直线过定点A(2,5).

∵22+52+4－30－15=－12<0，

∴A点在圆内，故直线与圆有两个交点.

点拨在本题中，判断直线与圆的位置关系既不需要用代数方法将直线方程与圆的方程联立方程组，消元后观察一元二次方程判别式与0的关系；也不需要用几何方法，即比较圆心与直线的距离与半径的大小。而是发现直线方程中含有参数m，并与参数m无关，故直线必过定点。通过判断定点与圆的位置关系进而可以得出直线与圆的交点个数。

二、 圆方程过定点问题

【例2】无论k取什么值，圆x2+y2+kx+ky－4=0恒过定点.

解析当k取不同的值，方程对应不同的圆，所求定点是无数个圆的公共点，将圆的方程化为(x+y)k+x2+y2－4=0，由题意，对任意k∈R，等式恒成立，故有x+y=0,

x2+y2－4=0，

解得x=－2,

y=2,或x=2,

y=－2,

∴圆恒过定点坐标为(－2,2)或(2,－2).

点拨当圆方程中参数k每取定一个不同的数值时，就得到一个不同的圆，也可以理解为圆系方程，而定点实质是无数个圆的交点，只要化为k•A+B=0（A,B是关于x,y的关系式），对于任意k值，k•A+B=0等式恒成立，所以只要满足A=0,

B=0,解出x,y的值，得出定点坐标。

三、 与圆有关的定点定值问题

【例3】已知⊙O:x2+y2=1和点M(4,2),

（1） 过点M向⊙O引切线l，求直线l的方程；

（2） 求以点M为圆心，且被直线y=2x－1截得的弦长为4的⊙M的方程；

（3） 设P为（2）中⊙M上任一点，过点P向⊙O引切线，切点为Q.试探究：平面内是否存在一定点R，使得PQPR为定值？若存在，请举出一例，并指出相应的定值；若不存在，请说明理由.

解析（1） ∵42+22>1,∴M点在圆外,

故过M点的切线有两条.设直线l的斜率为k，则l的直线方程为：y－2=k(x－4)，

即kx－y+2－4k=0.

∵直线l与圆O相切,∴2－4kk2+1=1,

化简得(2－4k)2=k2+1，解得k=8+1915或k=8－1915,

∴l的直线方程为：y=8+1915x－2+41915或y=8－1915x+419－215.

（2） 设⊙M的半径为R，则⊙M的方程为:(x－4)2+(y－2)2=R2.

设圆心M到直线y=2x－1的距离为d，则d=2×4－2－122+12=5.

又圆M被直线y=2x－1截得的弦长为4，则弦的一半d′=2.

∵d2+d′2=R2,∴(5)2+22=R2.

即R2=9,∴⊙M的方程为：（x－4)2+(y－2)2=9.

（3） 假设M上点P(x,y),定点R(a,b),故设PQ2PR2=λ2(λ为大于0的常数）,

∵PQ2=x2+y2－1,PR2=(x－a)2+(y－b)2，则有PQ2PR2=x2+y2－1(x－a)2+(y－b)2=λ2，①

（x－4)2+(y－2)2=9整理为x2+y2=8x+4y－11代入①化简得8x+4y－12=λ2［(8－2a)x+(4－2b)y+(a2+b2－11)］.

∵等式恒成立,∴λ2(8－2a)=8,

λ2(4－2b)=4,

λ2(a2+b2－11)=－12,

解得a=2,

b=1,

λ=2,或a=25,

b=15,

λ=103,

∴存在点R使得PQPR为定值，当R的坐标为(2,1)时，比值为2；

当R的坐标为25,15时，比值为103.

点拨当然，直线和圆的方程中不仅有定点问题，定值问题，还有求定直线的问题。如已知圆x2+y2－2λx－4λy+92λ2=0(λ≠0)，求证：当λ取不同的非零实数值时，所得到的圆都有公切线，并求出公切线的方程。

［方法指导］考虑到若圆系有公切线y=kx+b，则k,b为定值。利用圆心到切线的距离等于半径，可得λ,k,b满足的等量关系，再用分离系数法，求出k,b。要注意k不存在的情况。

解析圆方程可化为(x－λ)2+(y－2λ)2=12λ2(λ≠0)，

∴圆心为(λ,2λ)，半径为22|λ|.

易知公切线斜率存在，设公切线方程为y=kx+b，

则kλ－2λ+b1+k2=22λ，

∴(k2－8k+7)λ2+4b(k－2)λ+2b2=0，

∵上式对所有λ(λ≠0)成立，

∴k2－8k+7=0,

4b(k－2)=0,

2b2=0，解得k=1,

b=0或k=7,

b=0.

∴公切线方程为y=x,y=7x.

点拨无论是定点定值问题等，我们只要抓住问题的关键，将问题转化为对于任意实数k，等式可化为kx+y=0恒成立，只要满足x=0,y=0，问题就得到解决。

牛刀小试

1. 已知点A在x轴正半轴上，点B在射线y=3x(x≥0)上.若OA+OB=6，求证：△OAB的外接圆过不依赖于点A,B的定点C（C不同于原点O）.

2. 在平面直角坐标系xOy中，已知圆C1:(x+3)2+(y－1)2=4和圆C2:(x－4)2+(y－5)2=4.

（1） 若直线l过点A(4,0)，且被圆C1截得的弦长为23，求直线l的方程；

（2） 设P为平面上的点，满足：存在过点P的无穷多对互相垂直的直线l1和l2，它们分别与圆C1和圆C2相交，且直线l1被圆C1截得的弦长与直线l2被圆C2截得的弦长相等，试求所有满足条件的点P的坐标.

【参考答案】

1. 记OB=2a，则OA=6－2a，点A(6－2a,0),B(a,3a).a>0

设△OAB外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2－4F>0)，

把O,A,B三点坐标代入方程，

有F=0，

(6－2a)2+D(6－2a)+F=0，

a2+(3a)2+Da+E3a+F=0，

∴D=2a－6，

E=23(1－a)，

F=0，

∴△OAB外接圆的方程为x2+y2+2(a－3)x+23(1－a)y=0,

整理得：2(x－3y)a+x2+y2－6x+23y=0.

由2(x－3y)=0,

x2+y2－6x+23y=0,解得x=0,

y=0（舍）或x=3,

y=3.

∴△OAB的外接圆过不依赖于点A,B的定点C(3,3).

2. (1) 设直线l的方程为：y=k(x－4)，

即kx－y－4k=0.

由垂径定理，得圆心C1到直线l的距离

d=22－2322=1，

结合点到直线距离公式，得：|－3k－1－4k|k2+1=1,

化简得：24k2+7k=0,k=0或k=－724.

所求直线l的方程为：y=0或y=－724(x－4)，

即y=0或7x+24y－28=0.

(2) 设点P坐标为(m,n)，直线l1、l2的方程分别为：y－n=k(x－m),y－n=－1k(x－m)，

即：kx－y+n－km=0,－1kx－y+n+1km=0.

因为直线l1被圆C1截得的弦长与直线l2被圆C2截得的弦长相等，两圆半径相等.由垂径定理，得：圆心C1到直线l1与C2直线l2的距离相等.

故有：|－3k－1+n－km|k2+1=－4k－5+n+1km1k2+1，

化简得：(2－m－n)k=m－n－3或(m－n+8)k=m+n－5.

关于k的方程有无穷多解，有：

2－m－n=0,

m－n－3=0或m－n+8=0,

m+n－5=0,

解之得：点P坐标为－32,132或52，-12.

继电保护定值在线整定功能的实现 篇12

关键词：继电保护,定值,在线整定,修改,功能实现

现有的继电保护定值修改属于离线修改, 继电保护装置的整定定值一旦被确定, 再次修改需要经过多道程序, 且无法实现在线快速修改, 容易出错。为了解决这一问题, 笔者在本文中提出了一种定值在线整定系统, 该系统能成功客服原整定系统存在的定值修改难题, 简化定值整定与修改程序, 缩短周期, 降低出错率。下面对该系统的特点, 以及定值在线整定功能的实现方式作详细论述。

1 定值在线整定系统的特点与作用

首先, 该系统能实现继电保护定值在线整定, 能依靠电子技术、通信技术等多种先进技术实现对定值的快速整定, 以此提高电力系统的运行实时性, 切实缩短继电保护装置的定值整定修改时间。

其次, 该系统能借助通信软件对信息进行校核, 确保定值整定的安全性。这一做法能有效降低定值整定与修改的出错率, 消除人为因素影响, 保证定值修改的可靠性。再次, 该系统能实现在线远方整定, 这一特点可大大减少工作人员的工作量, 降低其工作强度。第四, 该系统在应用实践时以信息化技术为主要技术手段, 以此来跨区连接保护装置, 在实现定值整定的同时, 也能对计算机系统进行保护, 并且还能实现继电保护装置定值整定的自动化。以上功能特点均可为智能电网建设打下基础。第五, 该系统能在电网运行方式改变之后, 实现对继电保护最大定值的修改, 以此满足继电保护装置的选择性与灵敏性要求, 切实优化继电保护装置对电力系统的保护效果, 提高电网运行安全性、可靠性。

总的来说, 定值在线整定系统是一种具有明显应用优势的定值修改系统, 该系统所具备的在线定值修改功能比原系统的离线修改功能要强, 不仅能成功克服原系统定值修改中存在的各种问题, 还能优化继电保护效果, 推动智能电网建设。基于此, 有专家提出将定值在线整定系统与原系统进行整合, 研究保护定值的在线校核与整定, 以期能更好的保护电网电气装置, 优化继电保护效果。

2 定值在线整定系统的研究

2.1 技术方案设计

2.1.1 数据跨区传送

由于整定计算系统在III/IV区, 保护装置在I/II区, 整定计算系统的数据传送到保护装置中必然存在跨区问题, 按照安全防护规定必须用到反向隔离装置。

2.1.2 定值在线整定方案

参照电网各自动化系统的功能设置和专业分工, 定值在线整定功能被划分为故障信息系统的范畴。本系统将故障信息系统看成通信通道, 同时具备与故障信息系统相联系的接口, 此接口通过反向和正向隔离装置, 完成定值整定系统和故障信息系统之间的双向通信, 实现定值单等数据的收发。在线整定系统方案结构如图1所示。依托故障信息主站建设的装置定值在线整定系统, 故障信息主站完成定值单解释并将其导入主站数据库, 系统按顺序读取E语言文件中的定值内容并放置于一个结构体化的缓冲区中, 对定值单内容进行解析, 进行如下操作。a.定值模板的比较。主站系统从装置中读取装置的版本和类型, 并与当前缓冲区中的模板描述进行比对。如果二者一致则进入到定值的转换部分, 如果不一致, 系统将直接报错, 告知该文件不能与当前的装置相吻合, 需要新的定值文件。b.定值的转换。定值的类型多种多样, 有浮点类型、整数类型、16进制类型等, 均需要转换成对应装置可以辨识的数值。c.定值的比较。定值转换后, 需要进行定值的有效性验证, 查看各个定值是否越界, 如果发生越界行为, 系统将在全部定值对比校验之后, 给出比较结果。d.定值的传输。如果软件的定值比较结果显示一切正确, 则采用103协议开始进行定值传输。将装置内定值与传输进来的定值进行比对, 对于差异定值直接远程下发修改命令, 待装置定值修改完毕后, 重新获取装置定值, 将其再次与缓冲区中定值进行比对, 如果返回值为正确则定值的在线整定过程结束。

2.2 系统功能体系

2.2.1 系统总体功能框图

图2为定值在线整定系统的整定功能实现图。

2.2.2 设备管理

在线整定系统设计与运行中, 设备管理的重要性不言而喻。为了保证在线整定系统能应用到具体工程实践, 能满足当前乃至未来电网智能化建设的需求, 该系统在设计期间采用了CIM模型作电网模型, 并依照IEC61970标准, 自行构建了一套符合相关要求的电网维护模型。另外, 设计人员将继电保护应用层接入数据层, 实现了数据源切换。

2.2.3 在线整定

所谓在线整定, 实际是指定值单经过审核之后, 将审核中存在故障的信息系统下发到继电保护装置, 以此实现定值修改。在线整定是定值在线整定系统的主要功能, 同时也是该系统体系设计重点, 实际操作时必须对其引起高度重视。

2.2.4 通信功能

通信单元定值在线整定系统与保护装置的中间环节, 基本作用是实现整定系统与保护装置相连接。通信单元是该系统体系必不可少的一部分, 其通信与管理功能对在线整定效果、继电保护效果起决定性作用。通信单元在运作时会不断搜集变电站内部所具有的各种保护装置信息, 然后将搜集到的不同格式、不同时期下的信息进行统一, 最后将来统一之后的信息传送到调度端, 实现通信。

结束语

结合现有继电保护整定修改系统, 笔者在本篇文章中对在线整定系统的设计方案作了详细探讨, 重点介绍了在线整定系统的在线整定功能实现方式, 并指出该系统具有较好的实用价值, 能从根本上提高继电保护定值整定效率, 保证在线整定的可靠性, 并促进智能电网建设。

参考文献

[1]陈新, 吕飞鹏, 蒋科, 郭亮, 李运坤.基于多代理技术的智能电网继电保护在线整定系统[J].电力系统保护与控制, 2010 (18) .

[2]王永刚, 毛俊, 骆坚强, 胡为进, 王忠民, 涂崎, 章启明.一种基于CPCI总线的智能故障信息系统子站[J].电力系统保护与控制, 2010 (11) .