刍议电力系统中继电保护装置及其仿真实现技术要点

石晶 杨文

摘要：电力系统中继电保护仿真系统是应用比较广泛的一种科学有效的培训手段，保护仿真的任务是模拟保护装置的配置原理以及一些保护行为。现主要根据通用保护模型，分别应用于线路保护、母线保护、变压器保护仿真，并对每一个具体保护进行分析与探讨。

关键词：电力系统；继电保护装置：仿真系统：实现技术要点

根据保护通用模型来实现各种保护装置的功能。设立保护总的故障入口，另外把保护分为4大模块，分别是线路、变压器、母线和发电机，每一种模块中包含了一些具体的保护函数实现各自的功能。本文通过了解继电保护仿真系统的分类及组成对事故中继电保护装置动作行为和线路保护及其仿真原理进行分析。

1 继电保护系统仿真技术的分类

1．1 数模混合仿真技术

电网重要的发电机、电动机等旋转設备采用数学模拟方法，重要的变压器、线路元件和直流输电系统采用物理模拟方法，其他电网元件及特性采用全数字实时仿真系统模拟，通过功率连接技术实现全数字实时仿真与物理仿真装置的连接，从而构成兼有物理和数字模拟技术特点，并且能够突破模拟规模限制为特征的实时电力系统数模混合仿真模拟。该技术是实现大电网关键技术突破的重要依托之一，是实现电网关键仿真模拟功能的重要试验验证手段之一。

1．2 动态模拟仿真技术

具有多年的动态模拟仿真技术研究经验，可以实现l000 kV及以下交流系统，800 kV直流输电系统及交直流混合输电系统、变压器、并联电抗器、固定及可控串补、数字式电压、电流互感器等的动态模拟。可开展继电保护和安全自动装置的试验研究；保护控制装置与通道的联合测试；负荷模型、发电机及其励磁系统参数的试验研究：可控电抗器、静止无功补偿、故障限流器等新型设备的性能及对系统影响的试验研究。

1．3 建模技术

采用统计综合法、总体辨测法、故障拟合法等技术，开展负荷模型建模研究及SLM 综合负荷模型适应性研究；结合机组励磁及PSS参数实测、调速系统实测技术研究工作，进行大电网发电机控制系统仿真建模及校核技术研究。

2 事故中继电保护装置动作行为的分析

如果在电网故障中，保护装置有不正确动作行为，要根据当时的系统实际运行方式，在寻找到的故障点处模拟相同的故障类型，来计算相关变电站和发电厂的电压、电流及阻抗等值，观察保护的动作情况，分析故障中的保护装置的动作行为。并与录波结果进一步进行核实，以保证与当时的实际情况相符，从而验证了保护装置动作的正确与否。利用仿真程序分析电网事故，可以大大提高工作效率和工作质量，为继电保护工作提供了先进的管理手段。

在电网运行中，会出现很多难以预料的运行方式，这些运行方式在保护整定计算中，是没有考虑的，也是无法预料的。利用继电保护仿真程序，可以很方便地校验临时方式各种保护的灵敏度，对紧急情况或电网事故作出正确的处理。

3 继电保护仿真系统的组成

继电保护仿真程序就是利用计算机程序模拟电力系统各种故障，用故障量来检测保护的动作行为，并能输出各站的保护动作情况。其主要由程序和数据库2部分组成。

3．1 数据库

(1)电网一次系统图。包括所有整定范围的一次电网结构图，应标有断路器状态，断路器在断开位置和合闸位置应有明显区别，以提醒计算人员有关保护动作跳闸情况。

(2)继电保护定值库。1)元件参数：电网元件参数数据是用来模拟故障计算时的依据，必须是电网运行元件的实测参数。2)继电保护定值库：与在电网中运行的实际定值一致，包括各种保护的定值。

3．2 程序部分

程序主要包括以下几个部分：模拟故障计算、保护动作行为的判断和报告输出等。

(1)模拟故障计算程序：模拟故障计算程序是仿真系统的核心，它应能模拟各种故障类型，并对各厂、变每条线的保护的各种测量值进行计算，如相电压、相电流、相问阻抗、接地阻抗、零序电流、负序电流等。(2)输出报告：比较完毕后，输出保护动作情况报告，并在电网一次结线图上标明保护动作情况。

4 线路保护及其仿真

4．1 线路保护配置原理

110 kV及以下中性点非直接接地的电网，主要采用过电流保护，某些情况下采用距离保护，甚至是高频保护，并列运行的平行线路采用横联差动保护作为主保护，以阶段式电流保护作为后备保护。110--220 kV中性点直接接地电网，通常采用距离保护作为主保护，阶段式或反时限零序电流保护、电流速断保护作为后备保护，有些110kV线路也装设l套全线速动保护。220kV线路通常装设2套全线速动保护，采用接地距离保护、阶段式或反时限零序电流保护、电流速断保护等作为后备保护。

4．2 管理功能

4．2．1 定值单的自动生成功能

当完成系统整定配合后，进入定值单生成模块。程序可根据保护装置类型自动提供一种装置定值单的模板，定值项的值自动取自整定出的定值。定值单可以修改、保存。

4．2．2 计算书自动生成功能

定值整定的整个过程都自动记录在计算书中。手工进行整定计算时，计算书同步显示，清楚地显示每步操作的情况，十分方便。计算书可以查看、保存。

4．2．3 定值单管理功能

可以显示所有生成的系统定值单，也可分别显示正在整定、待执行、已执行、已作废4种状态的定值单。可查阅各定值单对应的装置型号、保护对象、定值单编号等。可以将待执行定值单通过点击转化为已执行定值单，并自动添加执行日期。可以将已执行定值单通过点击转为已作废定值单，并自动记录作废日期。对于已作废的定值单可设定保留期限，到期后自动删除。

5 变压器保护及仿真

5．1 变压器保护的逻辑动作原理

变压器保护主保护的逻辑动作方式比较简单，不管设置的内部故障还是外部绝缘套管及引出线处故障，都只要直接跳开变压器两侧或三侧开关。当变压器发生内部故障时，搜索此变压器上安装的保护，并根据其动作时延进行排序，动作时延最短的即为动作的保护，由于变压器很多保护都是零秒延时，因此有可能2个保护同时动作。当变压器发生外部绝缘套管及引出线处发生故障时则认为差动保护动作。保护变压器防止出现故障和后备保护的动作

情况与线路故障基本相同。

5．2 变压器保护模型仿真流程

系统中的变压器保护是由函数TransformerSimulator来实现的，变压器保护的程序流程框图如图1所示。

变压器保护仿真程序流程图

6 结语

本文以基于逻辑的保护通用为基础，并根据实际保护元件的特点，对各种元件保护原理实行变通和合理的分析，使其更能满足本课题的快速性及逼真性的要求。分别对线路保护、母线保护、变压器保护及发电机保护中各相具体保护装置明确动作原理及判据，而后建立相应的数学模型及程序实现，并对其作必要的解释说明，根据各类的保护装置的相互配合，即可仿真实现整个继电保护系统的仿真。

[参考文献】

[1]钱军，冯林桥，张文涛，等．地区电网继电保护仿真智能系统[J]．电力自动化设备，2007，27(4)

[2]崔鸿斌，常鲜戎．DTS中继电保护仿真方法的改进[J]．继电器，2006，34(1)