缩短继电保护整定计算时间的措施[优秀]_继电保护整定计算规程

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缩短继电保护整定计算时间的措施

程小平

（安徽省电力中心调度所，安徽省合肥市230061）

摘要：在进行整定计算时最大、最小零序电流以及最小助增系数的计算都要考虑各种电网运行方式、故障点和故障类型。为了减少最大、最小零序电流的计算工作量，作者提出了如何合理地选择电网运行方式、故障点和故障类型的方法，以及如何选择运行方式和故障点以减少最小助增系数计算工作量。这些方法有助于减少计算时间、提高计算能力以及整定计算程序的开发。关键词：整定计算；运行方式；零序电流；助增系数

在考虑继电保护装置的整定计算程序是否能在实际中应用时，除了保护定值的正确性和合理性之外，整定计算的耗时也是一个重要指标。由文献［1］可知，整定计算的内容包括对不同的故障点（例如线路上任一点、末端母线、相继动作即在线路末端开关先三相跳闸但故障点仍存在的情况），不同的故障类型（单相接地、两相接地、两相短路、三相短路）和不同的运行方式（例如切除电力系统元件如发电机、线路、变压器）进行各种组合计算和比较，以选取最严重（即保护范围最小）的状态和整定值。如果按常规的顺序逻辑思维方法进行按部就班的计算，各种状况组合将极其繁多，计算工作量非常庞大，计算时间就会过长，大大降低了整定程序的计算能力和实用性。所以要对缩短整定程序计算时间的措施进行研究，减少计算次数，以减少计算时间。本文将对加快线路保护的零序电流、助增系数计算速度的措施进行讨论。加快计算零序电流的措施

1．1 减少故障点的选择

继电保护装置的整定计算程序需要计算最大零序电流和最小零序电流。由于不同的故障点、故障类型、运行方式对零序电流都有影响，所以最大零序电流和最小零序电流都必须通过对各种组合方式下的零序电流进行计算和比较才能确定。零序电流Ⅰ段定值一定要大于保护范围外的最大零序电流才能不越级跳闸，又能使保护范围为最大。显然将故障点选在开关对侧母线上比选在线路上更能满足这一要求。此时不必考虑相继动作情况，因为因零序电流增大而跳闸正是所希望的。所以在选择最大零序电流故障点时只要考虑保护开关对侧母线即可。

零序电流Ⅱ段定值一定要小于保护范围内最小零序电流才能既保证可靠跳闸又能保护整个线路，显然故障点选在开关对侧母线比选在线路上更能满足上述要求。此时要考虑相继动作情况，因为不允许因零序电流减小而Ⅱ段不跳闸。所以在选择最小零序电流故障点时只要计算故障点在开关对侧母线和相继动作2种情况。

1．2 减少故障类型的选择

能产生零序电流的故障类型只有单相接地和两相接地2种。从文献［2］的故障分析理论可知：当故障点的零序阻抗大于正序阻抗时，单相接地的零序电流大于两相接地的零序电流；当故障点的零序阻抗小于正序阻抗时，单相接地的零序电流小于两相接地的零序电流。所以只要根据正序自阻抗和零序自阻抗的大小就可以确定是单相接地的零序电流大还是两相接地的零序电流大。没有必要对2种故障类型都进行计算和比较，这样就能减少一半的工作量。1．3 减少电网运行方式的选择

改变电网运行方式即切除电网元件（如发电机、中性点接地变压器和线路）对零序电流的影响见文献［3］，在整定计算时，一般只要考虑切除线路，因为切除发电机已经在电网小方式中考虑了。切除中性点接地变压器时有零序补偿措施。通常在开关对侧母线切线时流过被保护开关的零序电流会增加；在开关本侧母线切线时流过被保护开关的零序电流减小。因此求最大零序电流时只考虑在开关对侧母线切线；求最小零序电流时只考虑在开关本侧母线切线。计算最大零序电流时要考虑的各种常见运行方式有电网全接线大方式、轮流切除一条线路、轮流切除2条线路这3种情况。同样，计算最小零序电流时要考虑的各种常见运行方式有电网小方式和轮流切除1条线路这2种情况。下面以零序电流Ⅰ段为例进行说明，如图1所示。

如果开关A对侧母线B除AB本线外还有K条出线（有否环网不影响以下分析），则计算的运行方式有：电网全接线（不检修任何元件）有1种；轮切1个元件有K种；轮切2个元件有CK种；总共有（1＋K＋CK）种组合。这相当于轮切的K个元件全部是线路的情况。如母线B有2台没有补偿接地措施的自耦负荷变压器（自耦变压器中性点必须直接接地），停一台自耦变压器的情况是经常发生的，整定计算方案中必须予以考虑。这时轮切的K个元件中有（K－1）条线路，还有一个是可切除的中性点直接接地的自耦变压器。根据文献［3］的结论：切除自耦变压器的零序电流比不切线时的零序电流大，因此不必计算不切线的情况（1次）；切除自耦变压器并轮切1条线路的零序电流比轮切1条线路的零序电流大，因此不必计算轮切1条线路的情况（K－1次）。所以，只要计算切除自耦变压器（1次）和切除自耦变压器并轮切1条线路（K－1次）时的情况。由于轮切2条线路有CK－1种组合方式，这时总的计算次数为1＋（K－1）＋CK－1，总的计算次数减少了K次（1＋K＋CK－（1＋（K－1）＋CK－1））。上述是最多只允许检修1回线的情况，随着变电所出线K的增多，有可能出现允许检修2回、3回线的情况，这时电网运行方式的组合就更多。同理，因切除自耦变压器而减少的计算次数也就更多。

以上分析的是单个开关A计算零序电流Ⅰ段定值的电网运行方式的选择过程。按常规顺序整定计算图1中K＋1个线路开关的零序电流Ⅰ段定值需要计算（1＋K＋CK）（K＋1）次。仔细分析可知：这样计算的运行方式中有很多是重复的。例如开关A、C都要在不切线、切BD线以及切BD、BE2线的运行方式下分别计算。因此完全可以对必须都要在某种运行方式的所有开关同时进行计算以消除运行方式的重复计算，这种计算方法的第一步为计算不切线的运行方式下所有开关A、C、D、E、…、F的零序电流。第二步为计算切任一线的运行方式下其他所有开关的零序电流，如切BD线，计算开关A、C、E、…、F的零序电流等。第三步为计算切任二线的运行方式下其他所有开关的零序电流，如切AB、BD线，计算开关C、E、…、F的零序电流等。这样既没有计算重复的运行方式，每个开关又在所有的运行方式下都计算过了。以图1为例，母线B总共有（K＋1）条线路，不切线计算1次，切任一元件计算（K＋1）次，轮切2个元件有C2K＋1种组合，总共计算1+（K+1）+CK+1次运行方式。比常规计算减少K（K+1）/2－1次。可见母线的出线越多，减少重复计算的次数就越多，相对于常规计算的优越性就越明显。例如某个变电所有10条线路，即K＝9，按常规计算的方法计算需要计算460次（（1＋9＋36）×10），按快速计算方法计算只需要56次（（1＋10＋45）），减少重复计算404次，阻抗矩阵重复计算工作量即减少了88％，因此整定程序的计算速度大大加快。同理，在计算最小零序电流时也可以减少运行方式的重复计算工作量。

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2加快计算助增系数的措施

最大零序网络的分支系数Kf和最小正序网络的助增系数Kz的定义不同，但在整定计算时它们的实质都一样，即配合支路故障时流过保护支路的电流最大。因此零序网络的分支系数Kf和正序网络的助增系数Kz在故障点、故障类型、运行方式方面有着相同的规律。

（1）电网运行方式的选择 上节中充分利用每个运行方式（不重复计算）的计算思路也同样适用于计算最大分支系数和最小助增系数。

（2）故障类型的选择 无论是理论还是实际计算都证明助增系数或分支系数与故障类型无关。零序网络的分支系数（保护支路与配合支路的零序电流之比）只要计算单相接地短路，不必计算两相接地短路；正序网络的助增系数（配合支路与保护支路的正序电流之比）只要计算三相短路，不必计算单相短路、两相短路和两相接地短路的情况。

（3）故障点的选择 最小助增系数或最大分支系数与故障点的关系比较复杂，在整定计算时，可利用如下规律选择故障点：如果配合支路是放射性支路，不同的故障点对助增系数没有影响；如果配合支路本身有复杂环网的情况，不同的故障点对助增系数有影响且在配合支路末端母线故障时助增系数最小；如果配合支路和保护支路构成复杂环网，不同的故障点对助增系数也有影响且相继动作时助增系数为最小。具体论证见文献［4］。如果整定程序能对各种环网进行识别，只要计算一个故障点；如果不能识别，由于最小的助增系数的故障点不是位于相继动作处就是位于配合支路末端母线，不可能在配合支路上，因而也就只需要对有可能出现最小助增系数的2个故障点进行计算比较。而常规计算方法要对配合支路上所有故障点都进行计算，所以加快措施能使计算工作量大为减少，并提高计算速度。结语

最大和最小零序电流以及最小助增系数（或最大分支系数）的计算要占据整定程序绝大部分时间，应用本文提出的加快计算措施研制的整定程序使计算的时间大为缩短。例如200个节点、400条支路（大约200个线路开关）规模的电网，进行全网的零序电流、相间距离、接地距离整定计算在一般的586PC机上只需要1 min左右的时间。整定程序几乎不占用计算时间。整定计算经常要对各种特殊情形进行多次补充计算，使用快速整定计算程序就很容易完成。而现在有的整定程序计算过程很慢，等待时间过长（0．5 h以上），使得整定程序的计算能力和实用性都大大下降。其中固然有整定计算程序需要处理大量复杂的计算数据的因素，但没有利用经过技术处理和算法优化的加快计算措施是最主要的原因。希望本文能给开发整定计算程序有所补益和启示。

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