电力系统继电保护整定计算中运行方式的组合问题研究

　　摘要：文章依据继电保护的原理展开，重点围绕常见的整定计算方式，剖析整定计算运行方式存在的缺陷，并提出可行性高的解决办法，可为电力行业提供借鉴与参考。

　　整定计算是解晰继电保护设备运行过程中的使用要求和辅助继电保护的技术选型，是热门研究方向。随着电力网络逐步智能化，电网系统将实现智慧互联。基于电网智能化的发展趋势，其拓扑结构也日益复杂，电力网络运行模式同样演变出多元化的特性，直接导致整定计算的难度提升。怎样完善电网运行模式、如何选择有效的整定计算方法、怎样提高配合系数计算值的准确度、如何保证相邻定值合理配置，一直都是电力行业亟待解决的难题。

　　1　继电保护概念及继电保护整定计算的缺陷

　　1.1　继电保护原理

　　继电保护对保障电力网络稳定运行有重要作用。继电保护装置能够自动检查电力网络中的异常现象，如存在问题则发出警报告知工作人员，或者判断出故障所在位置后分隔该部分线路，以此避免损害其他设备，确保一定范围内的电力可以正常供应。继电保护的原理是：检测电压、电流、阻抗值等是否存在明显异常，借此判断是否存在问题。当电网发生不对称故障时，通过分析功率的方向、相序分量等有关数据判断被保护设备的状态是否正常。继电保护系统不仅能够体现电气量的保护状况，也能体现非电量的保护状态。比如出现油面低于正常值、绕组多项短路、铁芯发生故障等情况，电力网络中的过热保护设备及瓦斯保护设备将起作用，维护一定区域内电力网络的良性运转。

　　继电保护设备通常由逻辑模块、测量模块及执行模块组成，应用过程汇总需要根据保护范围设定保护措施，例如根据检测到的故障程度或种类设置相应的保护措施。执行模块则是依据提前设置的逻辑实施相应的指令，保证设施正常。

　　1.2　整定计算方式

　　继电保护整定计算逐步从人工手动计算转变为电脑自动计算。计算主体的改变推动电力行业走向现代化，将大数据技术引入电力行业，克服了长久以来存在的整定计算精度低、耗时长、耗费人力等问题。整定计算是一项复杂且体量庞大的工作，要求相关人员掌握基本原理、熟知电力系统工作方式及电网运转的所有流程。实际计算时，第一，应深入了解电力系统运转的前提条件和有关要求；第二，根据电力系统实际情况，确定专业的、有效的整定计算方法。

　　业界通常使用的整定计算方法有两个：相分量法、有序分量法。依照上述原理开展工作可以找到最佳的整定计算方法。如使用相分量法、有序分量法计算出电气量，之后即可计算出设定的值。

　　1.3　计算断相开路电压

　　通常按照固定的流程进计算电力网络的电压等值。如果电网有震荡的情况发生，则大概率会出现两相或一相开关没有闭合好的情况，进一步导致发电机定子三相电流出现不均衡的故障。在这种情况下，应计算正序网络尚未与负载相连时的电压值，其中发电机的等值电阻和电势可以使用特定符号来代表。如果电网中某一条线路出现此类问题，则可以使用叠加定理计算出“开路电压”。但此方法不适用于大多数情况，特别是电网规模较大时。此时，应当选用H参数法作为备选方法解决此问题。原理如下：在充分衡量电网结构影响的前提下，将电网分成两个震荡群，进而使用H参数法计算该情况下发电机的开路电压。

　　1.4　选择运行方式时的问题

　　继电保护整定通常采用隔离母线的方法，极少考虑其他运行方式带来的影响。因此，需要保护的电网范围较大，这表明整定计算必须找到特殊的运作方法。一般而言，查找的手段是轮换断开继电保护范围内的电路。按照经验判断，特殊情况下此方式无效。此时，可以使用电脑查找出最差的电力系统运行方式，然后用电脑断开线路，并依据断开对电网产生的影响计算出整定计算覆盖的范围，进而找到最差的运行方式。

　　1.5　计算分支系数的问题

　　整定计算应全面、完整地分析分布式电源的变化对分支系数带来的影响。如果未合理选择分支系数，则整定计算结果的精准度将明显下降。为解决此问题，应对多方面的影响因素综合分析，最后选择合适的分支系数。如果分布式电源有改变，则应及时更新信息，保证分支系数的准确性，进而提高整定计算结果的精确性。

　　1.6　励磁涌流的问题

　　励磁电压可能导致电网出现励磁涌流，具体是指全压充电的变压器的绕组中存在暂态电流。起因是铁芯里的磁通无法在空头变压器过程中迅速突变，产生了分量磁通，进一步导致内部铁芯饱和、电流升高。通常，励磁涌流的电流极大值是普通电流的7倍，同时电容减小而电流增大，二者数量上呈反比。克服励磁涌流难题，可以利用励磁涌流的基本特性来解决问题，即二次谐波会随时间变化而变化。实际情况中，虽然可以在电流保护设置迅速断开时设置延时，但此方法并不能快速解决问题，因此必须进行优化。考虑到励磁涌流的五次谐波比二次谐波量大，且波形位于时间轴侧，当间断角度等于60°时，可以利用间断角原理和谐波制动原理规避电网中出现励磁涌流的问题。

　　1.7　保护出口整定的问题

　　电网系统各种保护出口的整定也十分重要，但容易被忽视。以前的整定计算通常将重点放在：解列灭磁、发变组全停、跳分支开关等方面。但随着继电保护设备逐步自动化，发电机组容量也随之增大，因此需要重视保护出口的远跳、分支快切、启动失灵等功能的整定计算。应注重保护出口整定值，进而提高继电保护设施的性能，确保设置正常发挥作用。

　　2　整定计算运行方法中组合问题的完善

　　2.1　完善运行方法中组合问题的路径

　　深入了解并分析现代电力体系的运行方式可知：如果电网的运行线路改变，则继电保护设施在发生故障时体现出的阻抗形式也有所变化。所以，完善继电保护整定计算的方式应着眼于数据来源的改变。传统的整定计算重点是线路首尾两处的最大值，较少注意线路的变化是否会导致数值变化，因此整定计算的精确度始终无法提高。

　　随着科学技术的迅速发展，计算机技术逐步应用到电力系统中，电脑超强的计算能力为提高整定计算精度打下了坚实基础。目前阻抗矩阵法是整定计算过程中应用最多的方法。阻抗矩阵法的公式是ZI=U。使用阻抗矩阵法计算阻抗对角线的阻抗值作为电力系统运行所需的电力，非对角线值作为转移阻抗的数据。

　　阻抗矩阵的数据客观、切实地反应了电力系统的运转状况。电力网络的运行方式可用阻抗矩阵来代替，进行电网故障诊断时加入节点阻抗矩阵。此方法广泛应用于电力系统的故障检测、维修以及保护整定计算中。

　　此外，支路追加法也是常用的一种计算方式。实际过程中应提前给支路线路编号，之后再依靠电脑判断存在问题的线路，系统发生故障后可以通过电脑了解到线路断开处的边界值，据此确定故障的具体位置。假如大规模电力网络中线路的某一个节点发生故障，工作人员能够通过计算阻抗参数了解该电力网络的运行方式。假如电力系统边缘的电网出现故障导致电力网络无法正常运转，亦可使用阻抗矩阵方法，掌握该系统关键线路是如何运转的。综上所述，对传统电力网络的继电保护工作来说，采用阻抗矩阵法具有举足轻重的意义。

　　2.2　改进整定计算方式

　　掌握电力系统运行模式，使用阻抗矩阵计算法预知电力系统运转的可行性。假如出现异常情况则应当利用采集到的信息展开分析。如果电力网络的环路已经配备了继电保护设备，则需要计算继电保护系统的电流最大值。此外，还应注意断开的位置是否会影响到系统定值。

　　假设出现继电保护电流单相短路故障，如果是金属性的短路，那么用I=Z=0表示短路位置的数据。因环路的某节点断开，所以系统运行方式发生变化。电网的某一个节点出现断开情况后，电网的其他节点故障的阻抗值会随之发生改变。据此可以计算断开节点的边界数值，从而确定断开节点的准确位置。

　　简言之，系统发生单相短路故障时，通过计算阻抗值，来判断电力网络当前的运转模式。同步使用阻抗矩阵了解电力网络边缘电流的电路信息，进而掌握电力网络中重要线路是如何运行的。电力网络环路如何运转会影响继电保护系统的电流，传统运转模式的选择过程无法了解这一事实，因此需要运用阻抗矩阵方法。阻抗矩阵不仅可以表达电力网络中的节点，还可用于选择电力网络如何运行、判断电力网络环路如何运行。具体而言，第一断开节点的阻抗连支，相应的电力系统压力分布就会有所变化。考虑到完整电力网络中节点数不会发生改变以及拓扑结构的稳定性较强，因此阻抗矩阵仅发生微小的改变，对应的只需要微调表示电力网络环路运转模式的阻抗矩阵。

　　3　结语

　　继电保护系统是保障电力网络整体稳定、安全运转的主要保护设施。应不断优化其各方面的性能。继电保护系统中的整定计算工作可以快速掌握故障的相关情况，提高电力网络整体的运转效率。所以需不断提高整定计算结果的准确性，并根据现实情况对继电保护装置加以改进。假如电力系统出现故障，就可以同时进行两项工作：收集所有相关数据并进行电脑分析和使用阻抗形式表达节点计算。因电力网络中节点数量固定且电路组成结构稳定，即使用阻抗矩阵表示，改变幅度也较小，可以使用短路计算方法，判断故障位置。

　　作者简介：高怡（1986-），女，宁夏固原人，国网宁夏电力有限公司固原供电公司工程师，研究方向：继电保护。

　　参考文献

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　　[2]江静．电力系统继电保护整定计算中运行方式的组合探究[J]．轻松学电脑，2019（18）：1．

　　[3]王慧芳．继电保护整定计算软件中的若干问题分析[J]．电力系统保护与控制，2006，34（12）：14-19．

　　（责任编辑：周羿廷）