电网继电保护的整定计算技术相关问题研究

电能是当今世界使用最为广泛、最为重要的能源之一, 电网作为电能输送的枢纽, 其安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。当系统由于自然的、人为的或设备故障等原因, 使电网的某处发生故障或不正常状态时, 继电保护装置能快速及时的采取故障切除、隔离或告警等措施, 以求最大限度的维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身安全、防止或减轻设备的损坏。因此, 继电保护是电力系统不可或缺的一道重要防线。

1 整定计算与电网继电保护

由于地区电网的整定计算工作的这种特殊性, 使得地区电网继电保护整定计算软件难以实现智能化。并且有些具体实际问题在整定规程中也并未提到, 继电保护工作人员在整定计算的时候也没有切实的章程可循, 因此, 有必要对这样的一些问题进行研究, 探讨出合适的解决方案。

2 我国电网继电保护存在的问题

随着我国电网互联规模的不断壮大, 继电保护的不正确动作将可能导致大面积停电事故, 造成巨大的经济损失和社会危害;同时电力市场改革的不断深入, 对电网的安全也会带来许多新的问题, 如输电线更易接近极限运行, 使传统的后备保护在重载下容易误动。因此继电保护必须跟随电网的发展不断地发展自己, 才能更好地承担起“保障电网安全性的第一道防线”的责任。

目前我国电网的继电保护存在以下不足: (1) 由于继电保护检测到的信息有限, 使得主保护的保护范围偏小且不稳定, 后备保护的动作时间延长, 不利于电网稳定运行。 (2) 继电保护的自我调节能力不够, 无法适应电网的动态运行情况。保护的自我调节能力应该包括两个方面:一是根据电网运行方式自动调整保护定值或动作特性, 而当前保护定值是离线计算的, 即使在运行方式改变后定值不再适合也无法自动调整, 从而成为影响电网安全稳定运行的隐含故障源;二是根据电网结构强、弱状态调整保护可靠性的偏向, 比如在电网结构强时保护应偏向于不拒动, 而在电网结构比较脆弱时应偏向于保护不误动, 目前保护还不具备这种调节能力。

3 电网故障分析的数学模型

3.1 应用叠加原理进行对称故障分析

对于三相对称短路, 将故障后的网络看作是两种状态的叠加:一种是故障前的状态, 即正常运行方式下的状态;另一种状态是个发电机电势取零, 而仅在故障点加一电势, 该电势在数值上等于第一种状态下故障点的电压值, 但极性相反。

已知故障点在短路发生前的电压, 根据故障点D的自阻抗, 就可求出故障点的短路电流:

故障电流在全网各个节点产生的故障电压分量为:

其中, n为网络节点数;为节点i与短路点D之间的互阻抗。利用叠加原理, 将求得的各个节点的故障电压分量与故障前该节点的电压相加, 即得到短路故障后的节点电压:

然后, 就可以利用下式求得故障后任意一条支路的电流:

其中为节点i和节点j间支路阻抗值;分别表示节点i和节点j的电压。

3.2 对称分量法分析不对称短路故障

电网发生不对称故障 (单相接地短路、两相接地短路、两相短路) 时三相电流、三相电压不对称, 直接求解故障后的原始网络相当困难。可以利用对称分量法将相域中不对称问题转换成序域中的对称问题来求解, 然后再利用反变换将结果转换为相量, 如此就将复杂问题简单化了。

首先要求出故障点的各序等值阻抗, 画出各序网的等值网络。然后根据等值相序网络列出各序的电压平衡方程:

其中:为各序网从故障口看进去的等值阻抗;为各序网故障口的电流;为各序网故障口的电压;为正序网络的开路电压。

再结合不同类型故障相应的各种边界条件, 可以求解得到故障口的各序电压和电流。根据故障点故障电流分量, 利用叠加原理可求得全网各节点的各序电压:

其中:分别表示第1个节点的正序、负序和零序电压;。分别表示故障电流在第i个节点的引起的正序、负序和零序电压;分别表示节点1对故障点的正序、负序和零序互阻抗;分别表示故障点的正序、负序和零序故障电流。

最后利用对称分量法求反变换即可求出各相电压的实际值。再利用式可求得各支路的电流。

不对称短路故障包括单相接地, 两相接地和两相短路。单相接地故障占全部短路故障的最大百分率。以单相接地为例分析故障处三序量的求取过程。假设系统三相电路中A相经阻抗单相接地短路, 故障点的边界条件为:

将其转换为序分量形式, 则得:

则可求得:

如果短路点直按按地, 。

两相接地短路及两相短路时边界条件与单线接地不同, 三序量的求取分析过程与上述类似。

4 结语

技术飞速发展和市场需求不断增长的双重促进下, 电网建设在近20年内得到了迅猛发展, 地区电网的输送容量和电网规模也得到的大幅度提高, 电网安全运行对继电保护整定计算提出的要求也越来越苛刻, 随着计算机技术在电力系统中的应用, 继电保护整定计算软件对提高整定计算的工作效率和保护定值的准确性已经起到了不可忽视的作用。

摘要：整定计算是保障电网安全运行的基础性工作, 是继电保护装置及时切除故障, 避免恶性事故发生的保证, 其研究具有巨大的经济效益和社会效益。电网故障分析计算是电气设备和电网接线选择的重要依据, 继电保护整定计算是电力生产中必需的工作。

关键词：继电保护,整定计算,故障分析