分析电力继电保护的在线校核系统

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　　摘要：本文根据故障录波器测得的实时数据，提出了对定值进行在线校验的方法，对当前运行方式下的保护性能进行校核，提高系统运行的安全性，并对这种在线校核系统的构成方案、工作模式及关键技术等方面进行了探讨分析。
　　关键词：继电保护；在线校核；工作原理；注意事项
　　0 前言
　　继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一，是电力系统安全运行的保障。国内外无数实例证明，涉及停电范围较广的大型系统事故，大都与继电保护装置的不正确动作有直接或间接的关系。因此，合理地安排继电保护定值，提高继电保护运行管理水平， 是保障电网安全运行的重要条件。
　　目前，继电保护装置的定值和各项性能指标是在离线状态下根据系统的最大运行方式和最小运行方式获得的，在系统运行中保持不变。但是，在系统实际运行中，其运行方式是在不断变化的。当系统处于某些特殊的运行状态时，系统中部分保护的定值可能不能满足灵敏度和选择性的要求，存在保护误动的事故隐患。如果不能及时发现并进行调整，可能会造成大范围的停电事故。因此，要对系统定值进行校验。
　　近几年来，故障录波器在电网中广泛使用，在电力系统发生故障时，保护和故障录波器均具备了以数据方式向电网调度中心传输故障信息的可能。继电保护及故障信息管理系统的提出，就是为了提高电网安全运行的调度系统信息化、智能化水平，在电网发生故障时，为调度提供实时故障信息，有效地快速恢复系统。
　　1 系统的概念和校验方法
　　在线校核是获取电力系统实时数据，对当前系统中各种继电保护定值的性能进行在线校验的过程。本文介绍的在线校核是将故障录波器采集的电力系统实时数据（包括系统拓扑结构、系统运行方式、保护配置定值等）转换后进行定值计算，将此定值与保护装置的经验定值进行比较，实时判别系统所有保护的性能，对保护定值进行校验，看其是否满足当前运行方式下所求的灵敏度，并同时对其进行在线整定。
　　2 系统的构成方案
　　2.1 系统要解决的问题
　　1）将变电站内微机保护、自动装置、故障录波器等输出的各种信息集中、分类处理，以满足调度中心对电网正常运行及故障情况下各种信息的需求。
　　2）在调度中心侧，具备保护设备管理及故障计算、整定计算、故障测距、录波数据分析等故障综合分析处理功能，实现继电保护运行、管理的网络化和自动化。
　　2.2 功能要求
　　1）系统应借助广域通信网络，采集、获取电网的实时运行信息，在线计算、校核保护装置的定值。在条件允许的情况下，可实现在线修改保护定值、选择保护装置的投停，以适应运行方式的要求，保证保护装置在各种运行方式下的选择性、可靠性和灵敏性。
　　2）优化整定值。系统应借助整定程序来优化电网各级保护装置的整定值，使整个电网的保护定值更加合理。
　　3）研究现场实时数据的传送方式。实现保护装置的自适应功能，需要范围广泛的大量现场实时数据支持，应根据继电保护装置的特点和当前电力系统通信技术的现状，研究、确定可靠获取和传送这些数据的方式。
　　4）利用GPS对各保护、自动装置，故障录波器等进行对时。
　　2.3 系统的结构
　　1）系统由多个子系统组成，形成一个完整的分层、分布式结构。系统主要负责监视、采集站内各保护装置、自动装置、直流系统以及故障录波器的运行状态、告警信息、动作信息和相应的故障录波数据，将获得的信息根据优先级别和不同的使用对象，经数据通道传输至当地监控系统、集控中心等主要站点。这个系统将采集来的信息根据其应用范围，进行转换。
　　2）保护管理机采用工控机组成，在物理连线上支持RS232,RS485，以太网等方式与保护装置、自动装置、录波器等相连，将各种设备的数据转换成统一的数据格式；对于非微机保护，可通过测控装置将非微机保护的节点信号收集到保护管理机中。
　　3）故障录波器对接收到的故障信息再进行数据转换，使其能够适应后面整定计算程序的需要；整定计算系统根据当前故障的运行方式以及测得的故障信息进行计算，对保护定值进行校验。
　　4）保护管理机利用接收到的GPS对时信号，对全站保护、自动装置、故障录波器进行广播对时，实现时间同步。
　　5）通信服务器完成主系统和下面各子系统之间的通信和数据交换功能，采用双机备用的方式。
　　3 系统的工作模式
　　在线校核系统工作于在线模式，可以作为电力系统运行状况实时检测的一部分。在线模式下，系统的状态参数为电力系统实时运行数据。系统实时实现保护定值的校验和结果发布，可以作为调度人员制定正常运行方案及故障发生时紧急处理的决策参考。
　　系统工作于在线模式时，有时因为某些节点发生故障或其他的一些原因，致使故障录波数据在某个时刻不完备，此时在线校核系统取用保护的经验值作为其定值。
　　此外，系统还可以工作于离线模式，此时系统的状态参数由用户任意给定，系统可以离线对用户
　　给定的保护定值进行判断，确定所给保护定值的合理性，此功能可以实现整定计算工作中的定值校验功能，亦可作为整定计算工作人员的训练工具。
　　4 系统的关键技术
　　4.1 信息分类
　　电网发生故障时，如果所有的报警信息都不加区分地显示在调度人员面前，调度人员根本无法迅速对故障作出处理决策，必须按照自检信息、保护事件、故障报告、保护定值、模拟量、开关量、脉冲量、录波数据等信息类型，对搜集的数据进行合理分类。并应根据故障信息的类别而组成不同的信息表，使调度人员清晰地了解故障信息。
　　4.2 系统的主要应用模块
　　各应用模块的功能是否强大在很大程度上决定了继电保护系统的先进性。目前，针对本文的方法，已经在系统中实现了以下应用模块。
　　4.2.1 录波数据分析模块
　　该模块具有综合计算分析功能，可根据录波数据对故障时的模拟量等信息进行任意组合分析：对称分量分析可得到正、负、零序分量的大小和相位，并能逐点显示故障前后各分量电压、电流的变化量；谐波分析包括基波和各高次谐波的电压、电流、有功功率和无功功率的分析，可以分别显示各个波形，并计算各次谐波量的有效值、峰值以及瞬时值等；阻抗分析能求出阻抗，并画出阻抗矢量图；频率分析能显示和分析瞬时功率、平均功率、频率变化等波形。
　　4.2.2 短路计算模块
　　短路计算是继电保护整定计算和定值校核的基础，本模块能实现系统各种简单故障、任意复杂故障、各种特殊网络结构下的故障、直流系统各种典型故障及任意规模电网的故障计算。
　　4.2.3 整定计算和定值校核模块
　　整定计算模块能完成对电网、变电站所装设的继电保护设备的整定计算，整定计算过程结束后，可根据计算结果数据库扫描需要更改定值的保护装置，并自动生成定值通知单，定值通知单可以以Word文档或超文本格式输出。定值校核模块利用给定系统的运行数据（包括基本参数和状态参数），校核线路保护定值是否能满足某些系统特定运行方式的需要，包括定值是否满足灵敏度和选择性的要求。
　　4.2.4 故障综合统计及装置动作行为分析模块
　　故障综合统计模块包括以下内容：对于关心区域内发生故障事件的次数，能够按时间，按局、站、厂进行统计，并提供各种查询和检索功能。能方便地进行不同条件的查询，可以地区名、厂站名、设备名称、线路编号和时间为关键字查询相关的故障信息以及对应的录波信息，并输出查询结果的报表，以及实现查询后的转存备份、统计分析、打印历史纪录等工作。并可统计保护正确动作率，可以用于上报和存档。装置动作行为分析模块综合所有的故障信息，评判保护动作、断路器工作及重合闸工作的正确性，真实记录保护装置存在的问题，并给出相应的处理措施，为保护装置的管理（如检修等）提供参考依据。
　　4.2.5 设备基本信息和运行信息管理模块本模块提供全图形化的设备管理，并具备对保护的运行信息进行查询、统计以及事件提示、报警等功能。
　　4.3 全系统的时钟同步
　　系统必须利用GPS定时对所有设备精确对时，实现全网数据时基统一。
　　5 结 语
　　随着信息技术和网络技术的进一步发展和电力系统的逐步数字化，在线校核系统的研制已经具备了外部条件，在线校核系统将实现电力系统中保护定值的实时校验，为运行人员（或整定人员）提供参考依据，进一步提高电力系统安全保障体系的安全性。同时，在线校核系统的研制还应注意以下方面：
　　在线校核系统可以成为EMS系统的组成部分，其数据来自EMS系统，其校核结果也将发
　　布到EMS系统中，为调度运行人员实时决策提供保护运行信息；结果不仅可以为运行人员提供保护运行信息，对于整定计算人员也具有一定的参考价值。因此在线校核系统应该与继电保护运行管理系统进行集成，实时网上发布保护定值校核结果，为整定计算人员制定整定计算方式、确定整定计算结果提供参考；系统的研制将实现在线整定系统的数据采集功能，其进一步的发展方向应为在线整定系统的实用化。

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