許 君

（國網湖南省電力有限公司 永州供電分公司，湖南 永州 425000）

0 引 言

目前，我國電網處于飛速發(fā)展態(tài)勢。隨著新老設備的交替與繼電保護裝置的大規(guī)模投入，電網故障分析的準確性與處理效率有了明顯提升。繼電保護整定計算是定值計算工作的執(zhí)行核心，可以全面分析電網故障，及時處理故障。繼電保護整定計算軟件經由10余年的發(fā)展已逐漸成熟，實用水平較高，可以滿足各地區(qū)電網生產的實際需求，為定值的統(tǒng)一管理提供了完備條件。

1 電力系統(tǒng)繼電保護整定計算程序應用的重要意義

電力系統(tǒng)運行的安全性與繼電保護整定計算結果有著緊密聯系。應用裝置的可靠性是維持電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定的基礎。正確的保護定值能夠降低電網事故發(fā)生風險，避免故障范圍擴大。電網規(guī)模不斷擴大，繼電保護整定值的計算量也在逐漸增多[1]。110 kV電網的整定計算過程較為復雜，具有平行線路零序互感等電網特點，使得繼電保護的日常管理工作復雜。隨著工作量的加大，僅依靠人力計算無法匹配實際工作要求。為使電網穩(wěn)定運行，應用專業(yè)的軟件系統(tǒng)配合計算機網絡技術，為繼電保護整定計算提供事故分析的基礎依據，保證計算的準確性和及時性[2]。繼電保護整定計算將電網管理人員從繁重的工作中解脫出來，具有極強的技術價值與經濟價值。

2 電網故障電流計算

通過準確計算故障電路，確定繼電保護整定值并科學校驗其產生動作，明確線路中各節(jié)點故障電流值與分支系數，保證結果的準確性。

發(fā)生電力系統(tǒng)故障的原因為相與地的短路或不同相之間短路，在電路中檢測到遠超正常運行狀態(tài)的短路，進而降低節(jié)點電壓以免影響負荷工作狀態(tài)，危害各類電氣設備運行安全[3]。由于短路故障的特殊性，系統(tǒng)穩(wěn)定性將產生解列現象，造成各區(qū)域大規(guī)模停電。若有不對稱短路情況或會由于較大零電流分流，使得相鄰通信線路遭受嚴重干擾。

為避免短路故障的危害，在設計電力系統(tǒng)時需計算短路電流。發(fā)生短路故障時，根據預先明確的系統(tǒng)參數數值確定短路電流與接點電壓。按照短路故障的風險從大到小排列依次為單相短路故障、兩相接地、兩相短路故障以及三相對稱短路故障。三相對稱短路發(fā)生概率較小，但應用三相短路故障可作為檢驗電氣設備能力的方法，因為該短路故障產生的后果最嚴重。

筆算和直流計算臺等是傳統(tǒng)短路電路或故障計算的常用計算方法，但電網規(guī)模的擴大使其逐漸無法滿足龐大的計算量需求。多數設備容量存在限制，影響電力系統(tǒng)的多重故障計算準確性和計算效率[4]。計算機的出現使得運算速度和容量相較傳統(tǒng)工具均有了明顯提升，配合使用矩陣法、分塊法等科學計算方法，可以滿足龐大電力系統(tǒng)的復雜故障計算需求，實現了完備的故障分析與解決。

電力系統(tǒng)中的短路故障經常伴隨著電磁與機電暫態(tài)，使得在故障發(fā)生的時間段內電流和電壓均隨時間改變，如工頻周期分量和非周期分量（隨時間衰減）等，因此使用微積分方程或代數方程組計算短路電路與復雜故障[5]。繼電保護整定與裝置運行分析環(huán)節(jié)，需計算故障在某一瞬間的電壓周期分量，無須重復計算其變化過程，省略了諸多計算步驟。

3 繼電保護整定計算

3.1 目的與任務

整定計算是繼電保護工作的關鍵任務，是確保電力生產穩(wěn)定運行的重要基礎。電力系統(tǒng)中設定各級別調度部門，執(zhí)行整定計算任務的對象是已經配置完全的繼電保護裝置，依照電力系統(tǒng)對應參數與實際運行要求獲取需要的整定值，從而保證各類繼電保護有機協(xié)調布置，充分發(fā)揮其應用優(yōu)勢[6]。以110 kV電網為例，若能夠獲取電力設計部門的配合條件，即可在校對繼電保護整定計算配置相關數據后開發(fā)出具有實際應用價值的整定計算軟件。

根據保護給出整定值是繼電保護整定計算的核心任務，可根據電網運行實際條件制定有效的繼電保護整定方案。制定方案具體內容的依據包括系統(tǒng)電壓等級和設備類型等。依照不同的繼電保護功能，分解為不同的整定方案，保證工作完成效果，提高工作效率。分解的各類整定方案具有獨立性特點，相互之間的配合關系使方案的實際落實可匹配電力系統(tǒng)的運行需求[7]。繼電保護整定方案并非固定的。由于系統(tǒng)運行變化能力限制，超出預定范圍便需重新整定繼電保護，以匹配運行實際需要。保護裝置性能有限，變化限度超出的情況下，將使得保護裝置失去其保護功能。

繼電保護的整定計算需充分分析自身整定問題，考慮繼電保護的配置情況與選型情況，確定系統(tǒng)結構與運行效果，實現整定計算的綜合運用目標。具體的整定計算步驟為：第一，以繼電保護功能為基礎，確定短路計算具體方式，包括對短路類型的選擇和分值系數計算條件等；第二，計算短路故障；第三，整定計算同一功能保護，確定整定值[8]；第四，比較整定結果，制定合適的整定計算方案，通過歸納問題提出匹配運行條件的實際要求；第五，生成定值單，包含編制之間、系統(tǒng)概況、變化原則、變化限度、整定原則、問題與對策、保護規(guī)定以及對選定運行方式限制要求等內容。

3.2 選擇合適的整定計算方式

繼電保護整定計算環(huán)節(jié)選擇的運行方式，以不對繼電保護效果產生不良影響為原則，選擇匹配變化適應能力的方案，同時需充分考慮繼電保護的實際條件。選擇的計算方式與運行方案是否合理，直接影響繼電保護效果與配置選型準確性。運行方式的變化限度是最大與最小運行模式的確定，以常見運行方式的最大化滿足為前提，加大變化范圍。

3.2.1 將電力系統(tǒng)常見運行方式作為整定計算依據

正常運行與正常檢修是電力系統(tǒng)的常見運行方式。正常運行包含投入的全部變壓器和線路等，能夠在系統(tǒng)負荷范圍內選擇合適的發(fā)電設備，發(fā)揮繼電保護作用。改善正常運行情況的保護性能，在對定值做整定保護期間，將目光放在正常運行方式上，從而匹配對裝置工作性能的基本要求[9]。正常檢修方式是正常運行模式下相鄰組件或被保護設備的檢修狀態(tài)。若組件較多，則對應多種檢修模式。整定計算保護過程中應確保在正常檢修模式下，裝置的選擇性和靈敏性均符合對保護裝置運行整定的基本要求。

3.2.2 改變發(fā)電廠外部系統(tǒng)運行方式

我國各大電網的保護整定過程中，系統(tǒng)對應的發(fā)電廠始終處于最大運行狀態(tài)，以負荷需求為前提投入最多機組。它包含每個發(fā)電廠最小運行方式，僅在同一母線的連接線路中的保護整定過程中才考慮該種情況。校驗線路電路2段保護靈敏系數，只改變母線電源保護的運行方式，將其切換為最小[10]。計算線路2段與線路1段保護配合分支系數（最?。瑧紫惹袚Q末端母線電源到最小，無須改變電源運行方式。

3.2.3 正常以外檢修方式

不將特殊運行方式作為整定計算的基本依據，但仍然需要對整定方案進行補充，以起到臨時處理參考的作用。

3.2.4 變壓器中性點接地

首先確保對應變電站零序阻抗的穩(wěn)定性保持不變，充分考慮接地保護的實際情況。例如，接地距離保護和零序電流保護等，零序阻抗保持不變，作為系統(tǒng)整定方案的前提條件。

3.2.5 比較保護電流

特定保護裝置產生整定計算點短路現象時，需保護短路電流處于最大值。整定計算環(huán)節(jié)需獲取最大或最小電流值，保證整定計算的全面性和準確性。

3.3 故障類型與方式的具體選擇

在執(zhí)行繼電保護整定計算任務時，需要了解常見故障類型與故障處理方式。首先，考慮單一設備故障的常見情況，不分析復雜故障的情況下，針對接地短路的保護主要集中在單相接地和兩相短路接地，明確故障類型。其次，針對相間短路保護，故障類型的選擇依據一般為三相與兩相短路。最后，整定計算零序電路保護環(huán)節(jié)，針對三相重合閘線路類型，充分考慮斷路器的合閘情況。若線路為單相重合閘，則應考慮兩相運行情況。

3.4 整定配合原則

斷路器配置是電力系統(tǒng)繼電保護裝置的基礎，以斷路器分段為前提，對繼電保護做整定處理。針對繼電保護的分級基礎為保護正方向，保證正方向上下級保護的配合協(xié)調效果，滿足選擇性的基本要求。在上下保護動作特性范圍內不可存在交叉點，且應預留裕度。

整定計算環(huán)節(jié)，計算條件應為電力系統(tǒng)的運行過程保護，根據保護原理可將整定計算方法分為差動原理保護和階段性保護2類。差動原理保護包含了對內外故障做具體區(qū)分的能力，并維持其基本的保護方案，且相鄰保護與定值之間不存在配合關系，具有獨立特點，計算較為簡單。階段性保護要求上下（相鄰）級間應存在配合關系，且伴隨系統(tǒng)運行方式的改變變更其保護范圍，因此整定計算過程較為復雜，且具有較多結果可選性。

在整定階段保護環(huán)節(jié)，上下級配合需要遵循以下要求。首先，配合時間。上級與下級的保護整定時間應存在時間級差。其次，配合保護范圍。對于同一故障點來說，下一級靈敏系數一般大于上一級保護。最后，配合過程均嚴格按照保護正方向。

3.5 整定方法

一方面，整定條件與整定公式有關系數的確定，主要依據保護裝置工程原理與系統(tǒng)運行特點。另一方面，初始整定值的設定需充分考慮整定條件，靈敏度校驗應預先明確電力系統(tǒng)最小運行方式，確保靈敏度匹配運行方式的特點與實際要求，最終確定選定整定值。若發(fā)現與要求不符，則重新考慮并分析最小運行方式與整定條件，保證選擇的恰當性，從而全面核驗保護裝置的選型與裝置配置過程中存在的問題。

4 結 論

110 kV電網故障分析與繼電保護整定計算需考慮電網運行特征，在明確各類保護功能的前提下計算出整定值，具有較強的通用性。由于摒棄了傳統(tǒng)的整定值計算工具，更換的計算系統(tǒng)實現了電網繼電保護的計算自動化應用目標，具有較強的經濟價值，提高了管理水平與工作質量，應用前景廣闊。