電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)研究

摘 要：由于使用傳統(tǒng)校核方法進行保護定值失配點校核的準確性不高，因此本文提出電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)研究方法。通過計算短路電流確定繼電保護定值并轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電流，從而獲取輸電線路繼電保護定值；對原始數(shù)據(jù)進行融合并引入助增系數(shù)來確定定值范圍；以支路綜合重要度為參考指標制定校核規(guī)則；在歷史定值失配點的基礎(chǔ)上進行阻抗值校核。在試驗過程中，選擇與其他2種校核技術(shù)進行對比，將校核結(jié)果與實際情況進行對比，得出3種方法各自的一致性系數(shù)，該方法的一致性系數(shù)始終保持在0.95以上，說明該方法的校核結(jié)果最準確。

關(guān)鍵詞：繼電保護；定值失配；一致性系數(shù)；校核技術(shù)；支路綜合重要度

中圖分類號：TM 727" 文獻標志碼：A

電力工業(yè)快速發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電廠輸電線路作為電力傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定運行對保障整個電力系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。繼電保護作為保障線路安全的重要防線，其定值設(shè)置的準確性直接影響故障響應速度與保護效果。然而在復雜的電網(wǎng)環(huán)境中，繼電保護定值失配問題日益凸顯，成為導致保護誤動或拒動的重要原因。傳統(tǒng)校核方法主要使用經(jīng)驗公式與試驗分析方法，但校核的準確性與效率都不高。因此，針對電廠輸電線路繼電保護定值失配點進行高效準確的校核技術(shù)研究顯得尤為重要。

國內(nèi)外學者對繼電保護定值校核技術(shù)進行了廣泛研究，但現(xiàn)有技術(shù)多側(cè)重于原理保護，對變壓器和母線保護的校核尚顯不足。王懷璧[1]提出基于數(shù)據(jù)融合的輸電線路繼電保護定值校核方法，利用D500基礎(chǔ)平臺與數(shù)據(jù)融合技術(shù)對保護定值與臨界定值進行比較，以達到定值校核的目的。凌文明[2]提出基于大數(shù)據(jù)的電廠繼電保護定值校核方法，通過建立相應的數(shù)據(jù)集與計算模型進行數(shù)據(jù)分析并對定值進行校核，再使用評估模型進行結(jié)果評估。

在上述研究基礎(chǔ)上，本文提出電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)研究。通過實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)對定值失配點的快速識別與校核，從而有效提升繼電保護系統(tǒng)的性能與可靠性，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地運行。

1 電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)設(shè)計

1.1 獲取輸電線路繼電保護運行定值

繼電保護定值失配點校核是以繼電保護定值為依據(jù)的，因此在進行電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核前，需要先獲取輸電線路繼電保護運行定值。首先，利用MySQL數(shù)據(jù)庫收集電廠輸電線路的額定電壓、額定電流、線路長度和型號等具體參數(shù)，并結(jié)合電力系統(tǒng)的短路容量和電源阻抗系數(shù)對不同短路故障點的短路電流進行精確計算[3]。短路電流是確定輸電線路繼電保護定值的關(guān)鍵參數(shù)，如公式（1）所示。

（1）

式中：XS為電源阻抗系數(shù)；UN為輸電線路的額定電壓；Sk為電力系統(tǒng)的短路容量；Id為輸電線路的短路電流。

根據(jù)計算得到的短路電流，保護定值能夠可靠地識別并響應這些短路故障。

根據(jù)識別的故障問題選定繼電保護類型，并應用相應的定值整定規(guī)則獲取輸電線路繼電保護運行定值。由于過流保護是繼電保護中最常見的保護類型之一，因此選擇以過流保護為例，如公式（2）所示。

Is=Id×Krel （2）

式中：Is為過流保護的動作電流；Krel為可靠系數(shù)，通?？煽肯禂?shù)的取值范圍為1.2～1.5，具體的數(shù)值需要根據(jù)電廠輸電線路的實際情況和保護要求來確定。

根據(jù)上述步驟，可以得到初步的輸電線路繼電保護運行定值。

由于電流互感器的變比影響，將一次側(cè)額定電流轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的電流，使繼電保護裝置可以進行定值測量，因此必須將計算的繼電保護運行定值轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電流的值[4]。轉(zhuǎn)換過程如公式（3）所示。

（3）

式中：Is2為實際繼電保護運行定值（二次側(cè)電流值）；NCT為電流互感器的變比值。

為了確保獲取的保護定值的準確性和可靠性，還需要進行保護定值靈敏度校驗。靈敏度校驗是確保故障發(fā)生時，保護裝置能夠迅速且準確地動作，如公式（4）所示。

（4）

1.2 確定輸電線路繼電保護定值范圍

由于上述獲取的輸電線路繼電保護運行定值的數(shù)據(jù)類別不同，因此需要根據(jù)獲取的保護定值數(shù)據(jù)類別確定輸電線路繼電保護定值范圍。但是原始輸電線路繼電保護定值數(shù)據(jù)中存在大量噪聲與異常情況，先要對此類數(shù)據(jù)進行識別[5]，如公式（5）所示。

（5）

式中：1和0分別為識別的異常數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)；S為獲取的原始繼電保護運行定值；c為數(shù)據(jù)平均值；o為繼電保護運行定值方差。

對上述識別的異常數(shù)據(jù)進行濾波處理，以剔除數(shù)據(jù)中的噪聲以及異常，并對其進行數(shù)據(jù)融合，以確保所有數(shù)據(jù)均為同一類別來源數(shù)據(jù)，如公式（6）所示。

（6）

式中：f為輸電線路繼電保護節(jié)點數(shù)據(jù)融合函數(shù)；n為輸電線路繼電保護節(jié)點數(shù)量；di為第i個節(jié)點上的保護定值數(shù)據(jù)實例；f '為經(jīng)過數(shù)據(jù)集訓練的節(jié)點數(shù)據(jù)融合函數(shù)。

在上述基礎(chǔ)上確定輸電線路繼電保護定值范圍。假設(shè)電廠的輸電線路中的某個節(jié)點發(fā)生故障，該輸電線路的繼電保護裝置發(fā)出保護指令。由于繼電保護線路的保護動作數(shù)值和定值保護的標準不匹配，因此需要確定輸電線路繼電保護定值范圍，如公式（7）所示。

（7）

式中：A為輸電線路繼電保護定值范圍；B為繼電保護線路故障相鄰節(jié)點與該故障節(jié)點間的阻抗值；L為繼電保護線路總長；C為繼電保護線路起始節(jié)點與故障節(jié)點間的阻抗值。

根據(jù)上述公式確定輸電線路繼電保護定值范圍后，引入助增系數(shù)對處于該定值范圍內(nèi)的保護定值與臨界定值進行比較，從而計算出臨界定值[6]，如公式（8）所示。

ε=ημ+ηυ×v （8）

式中：ε為臨界定值；η為助增系數(shù)；μ為繼電保護線路正序阻抗；υ為正序助增系數(shù)；v為處于定值范圍內(nèi)的繼電保護定值。

至此，輸電線路繼電保護定值范圍已經(jīng)確定。

1.3 制定輸電線路繼電保護定值失配點校核規(guī)則

本文以輸電線路繼電保護支路的重要度作為參考指標制定輸電線路繼電保護定值失配點校核規(guī)則。輸電線路繼電保護支路的重要度分為支路結(jié)構(gòu)重要度、支路概率重要度和支路綜合重要度。假設(shè)該電網(wǎng)的輸電線路具有i個節(jié)點、q個電源、m條支路和x個負荷，那么可以計算得到輸電線路繼電保護支路上的功率分布因子，如公式（9）所示。

（9）

式中：Siji←qs為電源q在支路ij上的分布功率；Siij為支路ij上的實際傳輸功率。

同理，可計算支路ij上的負荷功率因子，如公式（10）所示。

（10）

結(jié)合公式（9）和公式（10），可以得到在支路ij上的發(fā)電-負荷對功率，如公式（11）所示。

Fij（q→x）=γqijγxij （11）

根據(jù)上述求得的支路發(fā)電-負荷對功率，可以對支路結(jié)構(gòu)重要度進行定義，支路結(jié)構(gòu)重要度如公式（12）所示。

（12）

支路結(jié)構(gòu)重要度的數(shù)值越大，說明該支路對輸電線路的穩(wěn)定性越重要，該支路在整個輸電線路中越重要。

通過研究表示，支路負載率和傳輸功率波動也會對質(zhì)量的重要度產(chǎn)生一定影響[7]。因此，選擇引入支路概率重要度作為參考指標，根據(jù)該指標選取支路發(fā)生故障的概率重要度影響因素對其進行定義，如公式（13）所示。

（13）

式中：tij為負載率；αij為歷史故障率；hij為隱性故障率；χij為傳輸功率波動；ω1、ω2、ω3、ω4分別為4項指標各自的權(quán)重值。

根據(jù)支路結(jié)構(gòu)重要度和支路概率重要度，即可得到支路綜合重要度，如公式（14）所示。

Yij=Fpij （14）

該指標的數(shù)值越高，表示該支路在輸電線路中越重要。一旦該支路的繼電保護定值出現(xiàn)微小的錯誤，就可能導致整個輸電線路出現(xiàn)一系列問題。因此，進行繼電保護定值失配點校核時應該考慮優(yōu)先校核該類支路。

1.4 校核輸電線路繼電保護定值失配點

在上述制定的輸電線路繼電保護定值失配點校核規(guī)則的基礎(chǔ)上，對電廠輸電線路繼電保護定值失配點進行校核。首先，對歷史定值失配點進行計算，設(shè)定統(tǒng)計的時間段，并計算其信息，如公式（15）所示。

（15）

式中：ζR為歷史定值失配點信息因子；N為該時間段的起始時間到該過程的校核總次數(shù)。

在此基礎(chǔ)上進行定值失配點的校核。為了避免校核過程中的一些校核誤差，對輸電線路中的不規(guī)則線路的定值失配點進行計算處理[8]，如公式（16）所示。

Z=K×μ （16）

式中：Z為該保護線路定值失配點的最大正序阻抗。

為了對該阻抗參數(shù)進行改善，需要在進行校核計算前采取串聯(lián)電容補償法對該線路定值失配點的正序阻抗進行修正，如公式（17）所示。

Zs=KkZL+KkKfZ （17）

式中：Zs為修正后的繼電保護定值失配點阻抗值。

在所有校核計算過程結(jié)束后，將校核結(jié)果以校核報告的形式輸出，整體的校核流程如圖1所示。

綜上所述，電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)設(shè)計完成。

2 試驗測試

為了驗證所設(shè)計的電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)對失配點校核的準確性，選擇與另外2種校核技術(shù)進行對比試驗。本文設(shè)計的電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)為方法一，文獻[1]提出基于數(shù)據(jù)融合的輸電線路繼電保護定值校核方法為方法二，文獻[2]提出基于大數(shù)據(jù)的電廠繼電保護定值校核方法為方法三，設(shè)計的試驗測試具體過程如下。

2.1 試驗準備

本次試驗以某區(qū)域電廠的輸電線路作為試驗對象進行定值失配點校核試驗。隨機選擇其中7條配有繼電保護的輸電線路，分別標記為U1-U7，具體的線路參數(shù)見表1。

2.2 試驗結(jié)果討論

本次試驗將3種方法的定值失配點校核結(jié)果與實際情況進行對比，并將通過KIRY軟件計算得到的3種方法的一致性系數(shù)作為衡量校核準確性的評估指標。一致性系數(shù)通常的取值區(qū)間為[0，1]，一致性系數(shù)的數(shù)值越接近1，說明該方法的校核結(jié)果準確性越高。根據(jù)試驗測試結(jié)果繪制一致性系數(shù)對比圖，如圖2所示。

根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)可知，方法一的定值失配點校核結(jié)果與實際情況對比得到的一致性系數(shù)數(shù)值最高，雖然隨著定值數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量增加而逐漸降低，但依舊維持在0.95以上，最大值基本接近于1；方法二與方法三的一致性系數(shù)最大值分別為0.89與0.86，且2種方法的一致性系數(shù)隨著定值數(shù)據(jù)樣本量的增加而逐漸降低，最終降至0.68和0.62，遠低于方法一的一致性系數(shù)。綜上所述，本文設(shè)計的電廠輸電線繼電保護定值失配點校核技術(shù)對定值失配點的校核最準確。

3 結(jié)語

本研究針對電廠輸電線路繼電保護定值失配點校核技術(shù)進行了深入探索，不僅為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供了重要的技術(shù)支撐，還通過創(chuàng)新方法顯著提升了定值校核的效率和準確性。本研究實現(xiàn)了定值失配點的在線實時校核，有效降低了人為因素導致的誤差，增強了電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。然而，本研究也存在一定的局限性，例如部分復雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的校核精度仍有待提升，新技術(shù)在實際應用中的穩(wěn)定性和兼容性等問題有待進一步驗證。

參考文獻

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