基于图论算法的供配电系统继电保护离线整定方法_胡杨杰.pdf

20231大众用电|基于图论算法的供配电系统继电保护离线整定方法广州穗华能源科技有限公司武汉分公司胡杨杰技术应用在供配电系统中，继电保护装置的动作可靠性与保护定值的准确性有着直接联系。传统方法效率较低，出现的误差较大，在共享性和灵活性等方面存在不足。基于此，本文提出基于图论算法的供配电系统继电保护离线整定方法，用以提升继电保护整定计算的灵活性与通用性。1供配电系统继电保护离线整定方法设计1.1解析供配电系统运行方式集中供电情况下，供配电系统的运行方式与主变电所的运行状态有关，需要根据主变电所正常运行状态或因故解列等运行状态来分析系统的最大与最小运行方式。同时，由于供配电系统的供配电起始点为一个主变电所，其余作为供电分区，即满足N-1输送原则，所以，还需要考虑当主变电所单独运行或独自解列时其他主变电所的运行状态，并结合高压侧进线断路器与联络开关的共同作用，得到供配电系统的不同运行方式。由于供配电系统包含的主变电所个数较多且结构复杂，因此，本文以包含3个主变电所的供配电系统为例。3个主变电所供电分区与多个主变电所的分析方法一致，均是通过高压侧环网络开关来划分对应的供电分区。当任意主变电所运行状态发生改变时，其余主变电所的运行状态也相应发生变化。假设供配电系统当前处于正常运行状态，此时，主变电所SA、SB和SC分别包含L、M和N个供电分区，如果这3个主变电所均为共享主变电所，则由主变电所出线引出到支线所包含的所有供电分区也可成为共享主变电所，此时为系统最大运行方式。当其中一个主变电所解列，而其余主变电所正常运行时，解列主变电所不包含供电分区，其余主变电所为解列主变电所提供电能，因此，剩余主变电所的供电分区为L+M-2个，此时为系统最小运行方式。共享主变电所支援供电，可能是一个主变电所同时给2条配电线路供电，也有可能同时给同条线路1期、2期，甚至3期供电，特殊情况下直接从中压网络变电所引出进行支援供电，而支援供电需要升级主变压器容量、电缆规格以满足运营需要，因此需要对主变电所及对应中压网络变电所的相关保护进行重新整定。通过分析供配电系统的拓扑结构，明确系统的运行方式，确定采取离线整定方法重新整定继电保护的新定值。1.2基于图论算法的供配电系统短路计算由于供配电系统规模比较庞大，给系统的参数计算和继电保护离线整定带来难度，因此，在计算系统短路电流时，需要将大系统分解为多个子系统来研究，简化计算过程。本文采用图论算法通过在满足各子系统之间的交链耦合最弱的原则下，将联合电网大系统分解成互相联系的多个子系统进行处理。对供配电系统的短路参数计算主要包括在最大运行方式下的母线进线短路计算和系统在最小运行方式下的牵引供电短路计算。主变电所母线短路计算时，由于段回路和段回路的外部电源电缆电气参数与长度通常不相同，所以需要分开单独计算。当计算主变电所短路时，需要考虑主变电所的电力系统侧和中压网络侧的相关电气参数来进行计算。则接地变压器的零序阻抗标幺值计算公式为：Z1=XET3()2+Z2LSbU2av（1）式（1）中，Z1表示零序阻抗标幺值；XET表示零序电抗值；ZL表示接地电阻；Sb表示视在功率；Uav表示电压降落值。忽略主变压器至主变电所低压侧进线电缆的长度，以常见的经接地变压器接消弧线圈接地为例。考虑接地变压器对正序和负序呈现高阻抗，则主变电所变压器的短路参数计算公式为：X1=X1.EP*+SbU2avX1.T*+Z1（2）式（2）中，X1.EP*表示正序电抗标幺值；X1.T*表示47|大众用电20231技术应用零序阻抗。计算牵引供配电短路时，需要考虑一定的裕度，短路阻抗比的计算公式为：Ksc=XeqRs+Zeq（3）式（3）中，Xeq表示系统外等效电抗，单位为；Rs表示系统内电阻，单位为；Zeq为系统外等效阻抗，单位为。则当第i个中压网络发生牵引供配电短路时，其短路参数计算公式为：X2=Lk（k+1）X0.35kv+Ksc（4）式（4）中，Lk（k+1）为中压网络第k个变电所至第k+1变电所电缆的长度；X0.35kv为中压网络电缆单位长度正序电抗标幺值；Ksc表示短路阻抗比。通过以上分析与计算，得到了供配电系统的主变短路参数和牵引供配电短路参数，为继电保护整定提供了数据基础。1.3实现继电保护离线整定保护定值计算是根据整定计算原理及系统的短路参数进行计算的过程，本文利用模板匹配方法为电气设备配置好继电保护装置与整定计算模板，便可自动完成整定计算。继电保护离线整定计算的具体步骤为：载入保护装置与整定计算模板配置数据；调用整定计算模板库，根据保护装置配置的保护类型进行模板匹配，若存在新的整定计算模板则添加新的参数与整定模板；匹配完成后，调用知识库中的整定规则、公式以及变量知识，生成实例数据；根据整定原理与实例数据进行计算，生成保护定值并保存到定值结果库；通过自定义整定计算模板方法添加新的保护功能模板；搜寻保护规则库是否存在新的整定规则，若存在则自动匹配相应整定规则，否则自定义添加整定规则；搜寻公式库是否存在新的公式，若存在则自动匹配相应整定公式，否则自定义添加对应公式；搜寻参数库是否存在新的参数，若存在则自动匹配相应整定参数，否则自定义添加参数，重复上述步骤；若不存在新的数据，则新建保护装置模板完成，并将其保存至模板库。至此，就完成了供配电系统继电保护离线整定。2测试论证2.1测试准备测试选用的研究对象为某地区双电源双环供配电系统，其中包括2座主变电站，型号均为110/33kW。中压网络中设置6个牵混所和3个平衡节点。系统正常运行时，共包含3个供电分区。该供配电系统的输入参数为：电压等级220kV；变压器标准容量为250MVA；正序电阻为0.0366/km；零序电抗为0.0866；外电源正序电抗为0.1074。2.1测试说明测试中的供配电系统包括零序电流保护段、接地距离保护段以及相间保护段，以上保护范围为非配合保护段；配合保护段包括相间保护段和正序保护段。为保证整定值的准确度，测试选取系统在最大运行方式下的短路参数作为整定基础，使得继电保护设备在系统任意运行状态下都不会产生误动情况。2.3测试结果基于测试准备，分别选取本文设计的方法与基于滑膜变结构控制的离线整定方法（方法1）、基于分数阶的离线整定方法（方法2）来对系统中不同的继电保护设备进行离线整定，统计3种方法的整定值，并与实际校验值进行对比。对比结果如表1所示。通过表1可知，方法1在不同保护类型条件下，计算出的离线整定值与校验值的误差均比较大，主要是由于该方法将多套短路电流计算值作为整定依据，而同运行方式下的短路电流存在一定差异，因此导致整定结果存在差异。方法2的整体性能要优于方法1，但在过电流保护类型中，计算出的整定值与校验值之间存在很大误差，表明该方法不适用于需要自定义设置过负荷参数的继电保护中。本文方法对于3种保护类型计算出的整定值与校验值之间的误差极小，最大误差仅为0.02，表明此方法可满足整定需求。表1对比结果保护设备保护类型2500kVA牵引变压器电流速断过电流零序电流整定值/A方法11.350.360.31方法22.140.230.26本文方法2.850.870.22校验值/A2.840.880.2048