供电线路零序电流保护整定计算的举措

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【摘 要】随着电力网络的发展和电网结构日益复杂化，整定计算已经向着智能化和提高计算速度方向发展，但常规算法仍然存在等待时间过长，一定程度上降低了软件的计算效率，尤其是满足不了对定值的快速计算要求。笔者提出了零序电流整定计算存在的问题，随后列举图例对优化技术作探讨，仅供参考。

【关键词】电力系统；继电保护装置；零序电流保护

前言

供电高压电网的各种电压等级的接地系统中广泛采用零序电流保护，是基于其工作原理简单，动作速度快，然而要将此保护应用到电网中，主要解决是保护定值计算。零序电流整定计算的结果，关系到电力系统运行的安全性，零序电流保护装置也是电力系统重要的二次设备之一，正确的保护定值是防止事故进一步扩大的基础，在电力生产运行工作和电力工程的设计中，零序电流保护整定计算就是保障电网安全运行的重要工作之一。

1 零序电流整定配合原则

1.1 电网运行方式的选择

零序电流保护受其运行方式变化对定值影响较大。合理、恰当的选择运行方式，可以改善保护性能，充分发挥保护的作用。选择电网运行方式的一般原则如下：

（1）整定计算应以电力系统常见的运行方式为依据。电力系统常见的运行方式为正常运行方式和正常检修方式，正常运行方式就是指系统经常（指一年中大部分时间）所处的状态，此时系统内的线路、变压器等设备全部投入运行，发电设备按照系统正常负荷的要求全部或部分投入，要充分发挥保护的作用，首先要改善正常运行情况下的保护性能。因此整定计算时，要着眼于正常运行方式，尽量保证在正常运行方式下，保护有较好的功能。

（2）对于发电厂和外部系统运行方式的改变，目前国内外各电网进行整定保护计算时，一般认为在正常运行方式下，系统内所有发电厂均处于最大运行方式（按负荷要求，投入的机组最多）。而最小运行方式，在与该电厂相连接在同一条母线上的线路进行整定计算时，才需考虑。

（3）对正常检修方式外的其他方式，可视为特殊运行方式，不作为整定计算的依据，可先做一个补充方案。

（4）考虑保护整定方案，按变电所零序阻抗能保持基本稳定的条件，特殊运行方式下根据具体运行条件采取措施满足运行要求。

（5）对于一个具体的保护装置来说，在上述各种常见的运行方式下，当整定计算点发生短路时，通过该保护的短路电流达到最大值（或最小值）时所对应的运行方式称为该保护的最大或（最小）运行方式。

1.2 故障类型和故障方式的选择

零序电流保护的整定，和其他整定也一样，应以常见的故障类型和故障方式为依据，具体如下：

（1）只考虑单一设备故障"对两个或两个以上设备的重迭故障，可视为稀有故障，不作为整定保护的依据。

（2）只考虑常见的，在同一点发生单相接地和两相短路接地的简单故障，不考虑多点同时短路的复杂故障。

（3）要考虑相邻线路故障对侧开关先跳闸或单侧重合于故障线路的情况，但不考虑相邻母线故障，中性点接地变压器先跳闸的情况（母线故障时，应按规定，保证母线联络开关或分段开关先跳，因为中性点接地变压器先断开，会引起相邻线路的零序故障电流突然增大，如果靠大幅度提高线路零序保护瞬时段定值来防止其越级跳闸，显然会严重损害整个电网保护的工作性能。所以必须靠母线保护本身来防止接地变压器先跳闸。

（4）对单相重合闸线路，考虑两相运行的情况（分相操作开关的相重合闸线路，原则上靠开关非全相保护防止出现两相运行情况。

（5）对三相重合闸线路，应考虑开关合闸三相不同期的情况。

2 零序电流整定计算存在的问题

根据继电保护整定计算原则，利用计算机进行这类继电保护整定计算的步骤为：

①采用对称分量法计算电力系统故障时的电气量。

②利用故障时的电气量计算继电保护的整定值。

目前基于以上两种点利用计算机进行继电保护整定计算存在几个问题：

2.1 网络开断时，阻抗矩阵的修改计算速度慢

用计算机进行继电保护整定计算，其计算核心就是查找运行方式变化时，网络的开断计算。往往进行保护整定时，只需开断保护本侧母线上所连支路及对侧母线所连支路。因此在计算中就没有必要，因为开断一支路，而重新形成全网的阻抗阵。此时必须有合理的，快速的方法来模拟网络的开断。

2.2 不适当的故障点、故障类型、运行方式选择

由于零序电流在整定计算的过程包括对不同的故障点（例如线路上任意一处、末端母线、相继动作）。不同的故障类型主要是单相接地故障和两相接地故障计算；对110kV网络在Ⅲ或者Ⅳ整定时，按照躲过线路末端变压器另一侧短路时可能出现的最大不平衡电流时，要考虑计算相间最大短路电流不同运行方式的计算（如切出电源支路、切除变压器支路、切除线路）各种组合进行计算，这样计

算复杂繁多，降低了计算速度。

2.3 查找运行方式造成多次重复开断同一线路

在整定计算中，为计算动作值和校验灵敏度，必须查找电力系统最不利的运行方式。

2.4 用常规分支系数计算时，计算量大

分支系数的大小等于故障线路零序电流和保护线路零序电流的比值，要求得最小分支系数，需要对故障类型！运行方式、故障点的考虑。运行方式存在重复开断，无须选择两种接地故障计算，故障点选择不合理。

2.5 重复计算同一分支系数

按上述计算机进行继电保护整定计算中采用线性流程，造成多次重复计算同一分支系数。以图1所示为例分析：

图1 网络结构图

例如在整定AB线路A侧Ⅱ段分支系数计算方法和整定计算A侧Ⅲ段是完全相同，这样的重复运算降低了整定的计算速度。因此计算时就应该加快分支系数的计算。

2.6 查找不到系统最不利的运行方式

在继电保护整定计算过程中，为计算动作值和校验灵敏度，必须查找电力系统最不利的运行方式。在计算继电保护的动作值时，为查找电力系统的最大运行方式，仅轮流开断保护所在线路对侧母线上所连接的线路，在校验继电保护的灵敏度时，为查找电力系统的最小运行方式，仅轮流开断保护所在线路背后母线上所连接的线路（一般轮流开断一回）。实际上，这种轮流开断方法在某些情况下，查找不到电力系统最不利的运行方式。现以图2中A线路上继电保护1、2的I、Ⅱ段保护动作值为例进行讨论。

图2 电力系统运行方式的选择

计算图中保护1的I段动作值时，根据现有方法故障点应选在母线，然后在母线上轮流开断一回，但由图可见，对保护1来讲，断开E-C线路才为电力系统最大运行方式；校验保护2的Ⅱ段灵敏度时，根据现有方法故障点应选在母线A，然后在母线上轮流开断一回线，但由图可见，对保护2来讲，断开E-C线路才为电力系统最小运行方式。由此可见，按现有方法可能查找不到继电保护整定计算所需的电力系统最不利的运行方式。

3 零序电流保护整定优化技术措施

对线路出现三相不同期合闸操作时，可能产生更大的零序电流而误动作，此时使保护带一个小小的延时（0.15内）以躲开，下面将讨论其优化技术措施：

3.1 故障类型和故障点的选择

就故障类型的选择来说，产生零序电流的故障类型只有单相接地和两相接地故障。在进行计算时要分别计算单相接地故障和两相接地故障零序电流进行其比较，选择最大值，实际上，根据故障分析理论，如果零序阻抗（Z0）大于正序阻抗（Z1）（Z0>Z1），单相接地短路的零序电流大于两相接地短路的零序电流，所以计算最大零序电流时，选取单相接地故障计算短路电流。反之取两相接地故障计算短路电流。这样计算工作就没有必要把两种类型的故障电流都计算出来再比较，减少了一半的计算工作量，就故障点的选择，根据零序电流整定计算原则，零序电流I段保护定值一定要大于保护范围外最大零序电流才能不越级跳闸又能始保护范围最大，此时故障点在开关对侧母线上比在线路上比更能满足上述要求。相继动作就不必考虑，因为如此零序电流增大而跳闸正是我们需要的。所以故障点只计算保护开关对侧母线节点。

3.2 运行方式的选择

3.2.1 不重复切线

图3 电力系统整定计算运行方式的选择

在继电保护整定计算过程中，为计算动作值和校验灵敏度，必须查找最不利的运行方式。在计算动作值时，要查找电力系统的最大运行方式，要计算不切线方式；轮流开断保护对侧母线上所连一线路、两条线方式。在校验灵敏度时，要查找最小运行方式，要轮流开断保护所在线路背后线上所连线路（一般轮流开断一回）。实际上在利用计算机进行整定计算时，通常是采用线性流程完成继电保护整定计算（即先整定完上一段再整定下一段的流程方式）。因此，上述方式在查找运行方式中存在大量的重复开断计算。以上图3为例。

在计算图3中线路AB的保护开关A的I段的动作值时，在B母线上要分别进行不切线和切一条线计算。在进行线路PC的F侧开关计算时就存在了重复计算开关A所开断线路，在计算延时段时也存在同样的重复计算。大量的重复计算影响了继电保护整定计算的速度和效率，影响程度和电网的结构有关。

此时为了避免线路的重复开断，改用不再按继电保护循环确定整定计算的顺序，具体方法为：首先计算不切线运行方式下，所有开关A、B、C、D、E、F、G、H的零序电流计算；然后再计算切一条线（如切BC）的运行方式下，开关A、D、E、F、G、H的零序电流计算；这样既没有重复运算，又对各个运行方式下，每个开关的零序电流值进行了计算。上述思想也可以用来在计算最小零序电流整定计算时运行方式的选择。

3.2.2 减少运行方式选择

在I段整定计算时计算最大零序电流，只考虑大方式及大方式下轮流切线情况。不考虑切除发电机的小方式，当然也不考虑小方式小轮断线路的计算；切除中性点接地变压器，有零序补偿措施。在求最小零序电流时，就只考虑小方式及小方式下轮流切线的情况，对大方式不必考虑。

3.2.3 查找最不利运行方式的方法

用扰动域方法，和下面发电机扰动域确定方法一样，扰动变量是零序电流变化值。

4 结束语

供电线路零序保护整定计算的目的是对电力系统中已经配置好的零序保护，按照具体的电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项定值，使全系统中的零序保护及其他保护有机协调地部署，正确地发挥作用以适应了电力行业。

参考文献：

[1]陈永琳.电力系统继电保护的计算机整定计算.北京：水利电力出版社，1994

[2]许建安.继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社，2001.

[3]许建安.继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社，2001.

[4]崔家佩，孟庆炎等.电力系统继电保护与安全白动装置整定计算.北京：水利电力出版社，2010.