【电力系统继电保护整定计算中的问题分析】电力系统继电保护整定计算

  摘要:随着电网区域和电力系统的容量不断扩大,电网结构日趋复杂,电力系统的稳定问题也日益突出,因此电力系统继电保护也将面对更大的挑战。文章结合继电保护的特点,确定了继电保护整定计算的工作内容,并对整定计算的危险点进行了分析。
  关键词:电力系统;整定计算;继电保护;危险点;辐射型电网
  中图分类号:TM771 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)34-0146-03
  
  一、继电保护的特点
  (一)电力系统中继电保护和安全自动装置的重要性
  在电力系统中继电保护和安全自动装置是保证系统安全运行的重要组成部分,当高压设备进投入使用时,继电保护和安全自动装置必须投入运行。
  (二)继电保护的原理
  继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理。应用于电力系统中的各种继电保护绝大多数都是反映电力系统故障时的电流增大、电压降低,以及电流与电压间相位角变化,与正常运行时各物理量的差别来实现的。
  (三)继电保护和安全自动装置的作用
  在电网运行过程中继电保护和安全自动装置能实现变电站实现无人值班及综合自动化。它的作用主要体现在以下三个方面:
  1.反映故障。它可以在电网发生能够损坏设备或者危害电网安全运行故障时使被保护设备快速脱离电网。
  2.反映异常。当电网中的设备出现非正常状态时能发出报警信号,使值班人员迅速采取解决措施使其恢复正常。
  3.实现变电站的自动化。它可以使继电保护和安全自动装置直接与高压设备配合。
  (四)电力系统运行对继电保护装置的要求
  快速性、可靠性、选择性和灵敏性这“四性”是电力系统对继电保护装置的基本要求。快速性是对继电保护装的最根本要求,强调的是有故障就必须动作。因为时间越长故障对电力系统的危害就随之增大。可靠性是指继电保护装置发生故障时也要可靠动作而不能拒动。因为拒动的危害远大于误动。选择性强调的是保护装置不能误动,不能产生误操作。灵敏性则要求保护装置反应灵敏、动作范围准确,正确反映故障范围,减少停电面积。
  二、继电保护整定计算的工作内容
  (一)确定保护方案
  我们整定计算人员必须结合电网的实际情况,针对变压器的特点对保护功能进行选择。现今市场上的微机都已经配了十分齐全的功能保护块,但是不是每一项功能在实际保护装置中需要应用,所以必须对保护功能有所取舍。
  (二)各保护功能之间的配合关系的确定
  1.装置内部各功能单位之间的配合关系。在由几个电气量组成的一套保护装置内部,各元件的作用不同,其灵敏度和选择性要求也不相同。对于主要元件的要求是既要保证选择性又要保证灵敏性,而作为辅助元件则只要求有足够的灵敏性,并不要求有选择性。在整定配合上,要求辅助元件的灵敏度要高于主要元件的灵敏度。辅助元件在保护构成中,按作用分为以下三种:(1)判别作用。为了保护的选择性而装设的。如方向过流保护中的方向元件;(2)闭锁作用。为了防止正常负荷下拘误动而装设的。如母差保护中的电压闭锁元件;(3)起动作用。为了在故障情况下,将整套保护起动起来进行工作而装设的。当继电保护装置还处于采集模拟电气量阶段时,上述元件往往由一个个独立的硬件实现,而目前微机保护装置反映的是离散化的数字量,以上功能均由软件实现。虽然,微机保护装置中各元件的意义与过去不尽相同,但它们所起的作用却无本质上的区别。
  继电保护整定计算人员必须认真分析各功能块的动作特性,各功能块之间的逻辑关系,并结合被保护设备的故障特征来综合进行考虑,确定保护装置内部各功能块之间的配合关系,并以整定值的形式将配合关系实现。
  2.装置之间的协调配合关系。这也就是我们一般意义上的继电保护整定计算需要做的工作。通过短路电流计算,将某一保护装置与相邻的保护装置在灵敏度与动作时间两方面相配合,从而保证选择性。即当电力系统发生故障时,故障线路的保护必须比上一级相邻线路更灵敏,动作更快,两者缺一不可。若要提高灵敏度就要延长动作时间;若要提高动作速度就要限制其灵敏度,这实际上是在遵循反时限的原则。
  随着电网规模的不断扩大,特别是现代超高压电网要求保护装置不但要做到不误动,更要做到不拒动。要达到继电保护四性的要求,不应由一套保护来完成。就一套保护而言,它并不能完全具备四性的要求,而必须由一个保护系统来完成。我们在进行整定计算时,必须树立系统保护的概念,多角度、全过程地考虑各个功能块之间的配合关系。
  (三)保护方案的准确表述
  编制继电保护整定计算方案及给出保护定值并不是整定计算工作的最终目的,整定计算工作的最终目的在于通过保护定值使得继电保护装置在系统故障或异常状态下能按预定的行为进行动作,从而保证电网的稳定运行,将被保护设备的损害降至最低以及缩小停电范围。因此,在确定好了保护方案及各保护功能的配合关系后,如何将保护方案准确的表述也是整定计算工作者的一项十分重要的工作。
  这其中除了包括编制整定计算方案和给出继电保护定值,还有一项就是编制运行规定。整定计算工作者往往十分重视前两项工作,而忽视编制运行规定。需知,用准确的语言告诉运行人员某个保护功能块在什么情况下用,做什么用,这也是十分重要的。
  三、整定计算的危险点分析
  (一)系统建模
  一个符合电网实际的、描述完整、正确无误的电网数据模型,是一切计算的基础。目前,我们电网应用的RCMBase2000是一个通用性和实用性非常强的软件平台,利用对RCMBase2000的二次开发,我们可以完成继电保护计算及管理的大部分工作。对于日常的整定计算工作不需要我们去重新开发软和构建网络扑连接,只需要我们把每一项基础数据搞准确,严格按《3~1lOkV电网继电保护装置运行整定规程》上的要求进行电气设备的实测,并正确的将数据填充到RCMBase2000中,就能够做到建立一个完整的符合电网实际的数据模型。但是,在实际工作中,往往会有各种各样的原因使得我们的基础数据管理出现漏洞。所以,我认为电网基础数据管理这一环节是继电保护整定计算工作的危险点。
  (二)故障计算
  短路电流计算是整定计算工作中非常重要的基础性工作,它的正确与否决定着整定计算的正确与否。而短路电流计算的正确与否又取决于合理地选择运行方式和变压器的接地方式。
  合理地选择运行方式是改善保护效果,充分发挥保护系统功能的关键之一。但选择运行方式应与运行方式专业进行充分沟通,考虑各方面的因素才能决定。
  变压器的接地方式是由继电保护整定计算人员来确定的。合理地选择变压器的接地方式可以改善接地保护的配合关系,充分发挥零序保护的作用。由于接地故障时零序电流分布的比例关系,只与零序等值网络状况有关,与正、负序等值网络的变化无关。零序等值网络中,尤以中性点接地变压器的增减对零序电流分布关系影响最大。因此,合理地选择变压器的接地方式应尽可能保持零序等值网络稳定。
  在进行故障计算时我们还应注意以下两点:(1)就是我们假设电网的三相系统完全对称。若系统是不对称的,那么不能用对称分量法来分析化简,进行计算;(2)除了母线故障和线路出口故障外,故障点的电流、电压量与保护安装处感受到的电流、电压量是不同的。我们分析的是保护安装处的电气量的变化规律。
  (三)配合系数的选择
  配合系数包括了零序网络的分支系数和正序网络的助增系数。分支系数(或助增系数)的正确选取,直接影响零序保护(或距离保护)定值和保护范围的大小,也影响保护各段的相互配合及灵敏度。分支系数(或助增系数)的计算与故障计算无关,而与电工基础有关,即电路的串、并联关系决定了电流的分布,决定了分支系数(或助增系数)的大小。下面分三方面来概述分支系数(或助增系数)的计算。
  1.辐射型电网。如图1所示,电流分支系数Kf是相邻线路发生短路故障时,流过本线路的短路电流占流过相邻线路短路电流的比值。对于距离保护,助增系数等于电流分支系数的倒数。
  
  为了简化计算,将上式中电流、阻抗取其绝对值,对分析结果的影响很小,可忽略不计。
  对于辐射型电网来说,分支系数只与保护支路的阻抗分支线路的阻抗有关,而与配合支路的阻抗无关。所以,故障点的位置对分支系数没有影响。若要取最大分支系数,只需选本线路侧电源为最大运行方式,分支线路侧的电源为最小运行方式,即母线B上剩余电源支路采取小方式即可。
  2.单回线与相邻双回线保护配合(如图2)。
  
  单回线与相邻双回线配合时,应采用双回线并列运行,故障点在相邻双回线末端零序分支系数最大。随着故障点在配合支路上由母线B向母线C移动,零序分支系数由小于1的数到2之间变化。
  3.双回线与相邻单回线保护配合。
  
  双回线与相邻单回线配合时应断开双回线其中一回,电源A应取大方式,电源B(Z3)应取小方式,可得最大零序分支系数。此时,故障点在配合支路上任一点对分支系数的大小无影响。通过以上分析可以看出,配合系数的选择也是继电保护整定计算工作的关键点。
  (四)微机保护小量的选择
  随着电磁式保护和晶体管、集成电路型保护的逐步退出运行,微机型继电保护装置在电力系统中发挥着愈来愈重要的作用。不同的保护厂家生产出的微机保护原理不同。对于整定计算人员必须熟悉自己电网所装设的保护装置,不但要熟悉这些保护装置的原理,更应该注意保护装置中控制字的正确设置,否则将无法使保护装置正确地发挥作用。要做到正确设置控制字,一定要认真研究说明书,如果说明书不能够讲明白,我们应找到该保护装置的研发人员,将该保护功能的设计意图讲明白。
  四、结语
  文章从分析继电保护整定计算的特点入手,分析了对继电保护整定计算工作的要求,阐明了继电保护整定计算的任务,提出三个继电保护整定计算工作中的危险点,使整定计算工作者在工作中能够抓住重点和难点,提高工作效率。
  
  (责任编辑:刘 晶)

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