電力系統(tǒng)故障時繼電保護裝置動態(tài)特性探討

丁曉森

【摘要】 本文詳細闡述了繼電保護裝置在軟件模擬條件下進行動態(tài)特性仿真分析，通常用于保護拒動或保護誤動后的事故分析，這種仿真模擬具有節(jié)省時間、靈活性好以及成本低等方面的優(yōu)點，有效支持了斷電保護方案的優(yōu)化工作。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字仿真 斷電保護 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)故障時繼電保護裝置動態(tài)對于電力系統(tǒng)的可靠性和安全性有著重大的影響?，F(xiàn)有的解決方法主要有兩種：第一，通過動態(tài)模擬裝置來檢驗繼電保護性能，這種方法靈活性差、接線復(fù)雜、費時費力、費用高，已經(jīng)不符合電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需求；第二，通過專門的故障再現(xiàn)設(shè)備對電力系統(tǒng)真實的電流數(shù)字量以及電壓數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，利用這兩項數(shù)值設(shè)置為繼電器的運行參數(shù)，并對繼電器的運行狀態(tài)進行觀察與記錄。而這種測試方法所需要的測試設(shè)備也相對昂貴，在操作以及維護上也比較復(fù)雜，并且也無法觀察各元件的配合情況以及程序邏輯走向，只能用于當(dāng)前保護裝置的測試。通過專門的繼電保護傳真技術(shù)能夠精確模擬繼電保護裝置系統(tǒng)以及相關(guān)元件的運行情況，通過故障電流值、故障電壓值以及EMTP仿真數(shù)據(jù)，結(jié)合仿真軟件完成動態(tài)的、連續(xù)的校驗，能夠比較方便并且靈活的進行校驗，精確描述出故障地點、故障類型、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并且對保護裝置進行具體的調(diào)整?？捎糜诒Ｗo裝置的研制以及現(xiàn)有裝置的調(diào)整，具有費用低、效率高等方面的優(yōu)點。本文詳細介紹了仿真軟件的實現(xiàn)方法、主要功能以及軟件結(jié)構(gòu)。

一、動態(tài)仿真原理

利用特定的程序?qū)^電保護裝置內(nèi)部的各種元件進行設(shè)置，比如時間元件、邏輯元件、差動元件、阻抗元件、功率方向元件、電壓元件、電流元件等。根據(jù)圖形對繼電保護裝置的元件進行調(diào)整，對相關(guān)元件進行重新的排列組合，組成更加有效的軟件框圖。

校驗正在運行中的保護裝置以及開發(fā)中的保護裝置時，需要依照電力系統(tǒng)的參數(shù)與結(jié)構(gòu)，通過EMTP仿真技術(shù)對電網(wǎng)故障下的電壓數(shù)字量以及電流數(shù)字量進行校驗，將這兩項數(shù)字參數(shù)錄入仿真軟件，觀察繼電保護各元件之間的配合關(guān)系以及動作情況。最后，對保護裝置運行動作情況進行觀察。動態(tài)仿真包含斷點仿真、單步仿真以及連續(xù)仿真三種。

二、保護軟件的結(jié)構(gòu)

為了提高保護裝置的易擴展性和層次性，需要事先繪制邏輯圖，采集電壓數(shù)據(jù)與電流數(shù)據(jù)，根據(jù)流程要求完成計算工作。結(jié)合元件邏輯圖對元件進行測量，建立保護仿真模型。仿真過程中對保護系統(tǒng)中所有元件進行查詢，結(jié)合元件特點以及屬性完成計算，仿真時鐘一定要在完成查詢之后再撥動，程序的快慢與公式復(fù)雜情況與元件的多少有關(guān)。

三、仿真模擬軟件的功能和特點

1、圖形化操作。圖形化操作是仿真模擬軟件最大的優(yōu)勢，是繼電保護裝置動態(tài)特性分析得以實現(xiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)，通過編輯功能繪制保護邏輯框圖。而在框圖編輯功能開發(fā)的過程中，需要考慮到各項功能接口與圖形編輯功能的兼容性，所控制與圖形用戶界面也需要與編輯功能相適應(yīng)，即用戶界面與編輯功能的統(tǒng)一性?？驁D編輯系統(tǒng)在功能和特點上主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，編制框圖所需要的繪圖工具是專門為各項保護元件設(shè)計的，通過圖形界面的簡單操作就能夠直接繪制各種元件，所進行的操作更加簡便并且直接；第二，通過對各種元件的移動、刪除、粘貼、剪切與復(fù)制能夠?qū)崿F(xiàn)圖形的整塊操作，操作方法與Windows系統(tǒng)的操作差異不大；第三，數(shù)字仿真模擬能夠敏感捕捉各項保護元件內(nèi)的細節(jié)，以圖形顯示中不同元件的具體位置，對不同元件之間的關(guān)系進行調(diào)整，避免了傳統(tǒng)調(diào)整方法中重新連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的工作，有效降低了邏輯框圖方面的工作量，也降低了繪制框圖過程中出現(xiàn)錯誤的概率，通過軟件中內(nèi)置的自動檢測程序，對框圖繪制過程中可能出現(xiàn)的各種錯誤進行核對與校正。

2、其他功能。第一，利用事先編好的濾波算法，濾波算法的選取也可以根據(jù)用戶需要進行調(diào)整，對不同動作原理下的元件保護狀態(tài)進行模擬仿真；第二，繼電保護的定值都存在數(shù)據(jù)庫里，可以直接在框圖上對它們進行檢查和修改，這使得保護定值的校驗也變得容易。

四、接口功能和后備保護

數(shù)據(jù)傳遞工作是繼電保護正常運輸?shù)谋匾獥l件，數(shù)據(jù)文件接口是數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)鍵部件，保護裝置故障所生產(chǎn)和有關(guān)數(shù)據(jù)需要在定時保護的過程中完成讀取，由故障錄波器產(chǎn)生的信息也采用數(shù)字信息的方式進行輸送，不同情況下，二者的采樣率也存在一定和差異。相關(guān)數(shù)字信息的使用需要事先完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，既要確保數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換速度，也要確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完整性，這就需要對計算公式進行嚴(yán)密的設(shè)計。后備保護系統(tǒng)也是一套十分重要的硬件系統(tǒng)，些系統(tǒng)由現(xiàn)場保護單元以及中心單元組成，相關(guān)元件的連接需要利用通信通道連在一起。

結(jié)合光纖通信以及微機技術(shù)，對繼電系統(tǒng)保護裝置的獨立動作以及獨立配置不造成影響。在功能上，通過集中的處理的方式采集保護單元所生產(chǎn)的有關(guān)信息，主動保護繼電設(shè)備。隨著變電站數(shù)據(jù)處理能力的不斷提高，雙生化技術(shù)的出現(xiàn)，有效提高了多種冗余技術(shù)確保可靠性。

五、結(jié)束語

當(dāng)前我國的電力企業(yè)廣泛根據(jù)階梯原則來進行繼電保護配置整定工作，這種配置方法往往會消耗過多的后備保護時間，造成供電可靠性與電網(wǎng)安全之間的出現(xiàn)矛盾，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，采用仿真模擬的方法對繼電保護系統(tǒng)元件的運行狀態(tài)進行精細的描述，有效提高了電網(wǎng)運行的可靠性和安全性。