引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們的生活質(zhì)量要求越來越

高,而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到人們的生活質(zhì)量,因此,保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得至關(guān)重要。繼電保護裝置作為電力系統(tǒng)的主要保護裝置,在保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面發(fā)揮著巨大作用。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者異常時,繼電保護裝置能夠快速檢測到故障點并做出相對準確的動作,最大程度地保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和完整,減少損失,維護用戶的利益。

1繼電保護原理概述

繼電保護裝置的主要作用就是對電力系統(tǒng)中的故障和異常進行監(jiān)測,然后發(fā)出報警信號給工作人員,讓值班員人為消除故障,或在最短時間內(nèi)和最小區(qū)域內(nèi)自動將故障點隔離或切除,以減輕或避免其他設(shè)備的損壞,保障鄰域地區(qū)供電的穩(wěn)定。通常當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,系統(tǒng)中的電流、電壓、相位角、功角、頻率和測量阻抗都會發(fā)生變化,甚至當系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時,出現(xiàn)相序分量和功率方向的變化,這些都可以作為繼電保護裝置判定被保護元件狀態(tài)的依據(jù)。另外,除反映各種電氣量的保護以外,還有根據(jù)電氣設(shè)備的特點實現(xiàn)反映非電量的保護,當繞組多相短路、匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不良時,電力線路中應該有瓦斯保護、過熱保護等裝置,確保電力線路的穩(wěn)定性與安全性。

微機繼電保護裝置一般由三部分組成,分別是測量單元、邏輯單元和執(zhí)行單元,當繼電保護的范圍確定后,需要在范圍內(nèi)進行設(shè)置,比如根據(jù)發(fā)生故障的強弱做出跳閘、風險預警、不動作等反應。在執(zhí)行單元中,主要是根據(jù)邏輯判斷單元給出的指令進行執(zhí)行,確保繼電保護裝置的可靠性、靈活性等。

2繼電保護整定計算方法

2.1繼電保護的基本要求

繼電保護裝置為了完成任務需要滿足4個基本要求,即可靠性、靈敏性、選擇性和速動性。

(1)繼電保護可靠性是指其對電力線路、用電器等故障保護精準,在使用過程中,不會出現(xiàn)由于誤動而導致電流被切斷等問題。

(2)繼電保護靈敏性是指當系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時,繼電保護裝置能夠在第一時間做出反應,保護用電設(shè)備。

(3)繼電保護選擇性是指在發(fā)生故障后,首先應該由發(fā)生故障的用電器本身做出相應的反應,當用電器的保護器發(fā)生拒動后,相鄰的設(shè)備才被允許做出反應。

(4)繼電保護速動性是指當電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,繼電保護裝置能夠在第一時間對故障進行切除,將由于電路故障造成的損失降到最低。

2.2整定方法及整定步驟

繼電保護整定計算模式主要有離線模式和在線模式兩種,其中離線模式主要包括完全人工計算、半人工計算和全計算機計算三種。全人工計算是指繼電保護整定技術(shù)人員通過對區(qū)域電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行分析和計算,得出相關(guān)的短路電流和分支系數(shù),最后根據(jù)整定規(guī)則和實際要求對保護值進行整定。半人工計算則是由計算機軟件先計算出線路相關(guān)的故障電流,然后由人工進行保護整定值的計算。全計算機計算則完全由計算機軟件來代替人工進行繼電保護的整定工作。

整定計算在線模式主要依賴于微機保護、電力通信技術(shù)和在線繼電保護整定計算軟件的開發(fā)。它能夠根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式的變化,對保護定值進行動態(tài)在線整定,調(diào)整各線路保護段保護值的配合問題,同時還能校驗保護定值的靈敏度。隨著目前電力通信技術(shù)越來越成熟,在線繼電保護整定技術(shù)已得到越來越多的應用,特別是自適應繼電保護在線整定,它能夠根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式的改變,實時地對繼電保護定值進行修改,保證繼電保護裝置的最佳保護性能。同時在其他性能方面,它相比離線整定有很大的優(yōu)勢。離線整定和在線整定性能對比如表1所示。

表1離線整定和在線整定性能對比

3目前繼電保護整定計算方法存在的不足和優(yōu)化

3.1斷相口開路電壓計算問題

在對電力系統(tǒng)進行繼電保護整定計算時,需要計算電網(wǎng)絡(luò)中的電流和電壓等電氣量,特別是出現(xiàn)概率較大的由于電力系統(tǒng)震蕩引起的非全相運行,需要對其正序網(wǎng)絡(luò)進行開路電壓計算。因此,可以將系統(tǒng)中各發(fā)電機的等值電勢和等值電阻用相應符號表示,當系統(tǒng)任意線路發(fā)生非全相運行時,運用疊加定理可以求出正序網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。雖然這個過程可以很精確地計算出開路電壓值,但是計算量過大,不能運用在大規(guī)模電力系統(tǒng)中。

為了解決這個問題,首先運用網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)法,將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響考慮進來,把電力系統(tǒng)震蕩過程中的發(fā)電機分成兩個震蕩群,同時,將端口選擇為正序網(wǎng)絡(luò)斷相口和兩個震蕩群機組等效電動勢端口。最后應用雙口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)的計算方法得出開路電壓。

3.2分支系數(shù)計算問題

在開展繼電保護整定計算時,必須充分考慮到分布式電源變化對分支系數(shù)的影響,如果沒有嚴謹選擇合適的分支系數(shù),會導致計算出的整定值有很大的誤差。

為了能選擇合適的分支系數(shù),在計算分支系數(shù)之前,要充分、全面地考慮到各方面因素,當分布式電源發(fā)生變化時,要修改舊數(shù)據(jù),重新計算更新數(shù)據(jù),保證分支系數(shù)的準確性,最大程度地減小分支系數(shù)的計算誤差。

3.3運行方式選擇存在的問題

電力系統(tǒng)運行方式是影響繼電保護整定的重要因素,一般在進行繼電保護整定時只是將繼電保護所在的母線進行隔離,并沒有考慮到其他運行方式對整定的影響,這樣會造成保護范圍過大。找到電力系統(tǒng)的極端運行方式是進行繼電保護整定的關(guān)鍵一步,一般都是通過對保護所在的線路進行輪流開斷的方法來查找,然而在某些情況下這種方法無法找到電力系統(tǒng)的極端運行方式。

為了能找到電力系統(tǒng)的最不利運行方式,運用計算機來完成繼電保護整定值的計算。計算機可以完成開斷線路,根據(jù)開斷線路所造成的擾動域來判斷繼電保護整定值的計算范圍,只有這樣才能準確查找出電力系統(tǒng)的最不利運行方式。

3.4勵磁涌流問題

勵磁涌流問題主要發(fā)生在變壓器中,特別是在變壓器空投的過程中,變壓器鐵芯內(nèi)磁通量會產(chǎn)生很大改變,產(chǎn)生非周期性的勵磁電流,導致鐵芯內(nèi)部處于飽和狀態(tài),使勵磁電流出現(xiàn)大幅度增長,其主要特點是:(1)非周期分量占較大的比例,出現(xiàn)涌流后,一般會聚集在時間軸端。(2)高次諧波比例較大,多為二次諧波。(3)勵磁涌流波形出現(xiàn)間斷角。(4)勵磁涌流的初始階段數(shù)值比較大,然后漸漸減弱。

典型波形如圖1所示,其中CT變比為1500/1,從上至下波形分別為:主變高壓側(cè)A相最大一次有效值Ia=1035A、主變高壓側(cè)B相最大一次有效值Ib=360A、主變高壓側(cè)C相最大一次有效值Ic=795A、主變接地中性線N相最大一次有效值I0=390A、高廠變高壓側(cè)A相最大一次有效值I-a=555A。

圖1500kV主變空投時相關(guān)電流錄波圖

由于勵磁涌流中的非周期分量,特別是二次諧波會隨著時間延長而衰減,利用這個特點,當前國內(nèi)大型變壓器差動保護大多采用二次諧波制動比來防止誤動,根據(jù)經(jīng)驗,一般整定為15%~20%。鑒于大型變壓器空投后引起過多次變壓器差動保護誤動的事實,以及實際上大型變壓器二次諧波比例越來越小,電網(wǎng)公司建議必要時可將變壓器差動保護二次諧波制動比調(diào)整為12%。

3.5保護出口整定問題

實際工作中往往重視繼電保護定值的整定計算,但是容易忽視對保護出口的整定問題。在傳統(tǒng)的發(fā)變組整定計算中,對發(fā)變組全停、解列、解列滅磁、跳分支開關(guān)等比較重視,但是隨著機組容量的增加和繼電保護與安全自動裝置的不斷融合,在保護出口的整定中,尤其要關(guān)注啟動失靈、啟動遠跳、啟動分支快切、閉鎖分支快切、關(guān)主汽門甚至鍋爐全燃料失去(MFT)等功能的整定,通過保護定值整定和保護出口整定的完美配置,保證繼電保護裝置的可靠性。

4結(jié)語

繼電保護作為電力系統(tǒng)中的主要保護裝置,在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和可靠性方面起著不可替代的作用,因此提高和改善繼電保護裝置的性能十分必要。其中,對繼電保護整定值計算方法的研究十分重要,它關(guān)系到保護裝置的準確性和靈敏性。目前我國電網(wǎng)系統(tǒng)變得越來越龐大和復雜,繼電保護整定在實踐過程中遇到了不少問題,繼電保護整定計算既是一門理論學科,又是一門實踐學科,我們需要理論聯(lián)系實際,不斷發(fā)現(xiàn)并善于總結(jié)問題,最終找到解決途徑,保證繼電保護裝置的穩(wěn)定運行,提高電力系統(tǒng)的可靠性。