超高压线路继电保护整定计算及协调问题研究

摘要

复杂的电网结构和多变的运行方式给电网继电保护整定计算及其可靠动作带来了新的挑战。研究继电保护整定计算、提高继电保护可靠性及协调动作的能力，对及时切除故障、避免恶性事故的发生具有重要的意义。本文致力于超高压线路继电保护整定计算及协调问题的研究，内容涉及整定计算原则与方法研究、整定计算软件通用性及自动化技术研究、继电保护系统脆弱性评估方法研究以及广域继电保护算法研究等方面。部分研究成果已成功应用于多家省、区域电网继电保护整定计算系统，有效提高了整定计算的效率及保护定值的准确性。 为了更好的发挥继电保护装置的作用，对输电线路接地故障后备保护的功能进行了研究。指出了零序电流保护、接地距离保护和断路器失灵保护在切除接地故障时所处的地位和应起到的作用；提出了新的零序电流保护和接地距离保护整定计算原则。该研究使得接地故障各后备保护的功能更加清晰和具有层次性。 提出了新的接地距离保护整定计算方法：为了充分考虑零序互感对接地距离保护性能的影响，提出了简单实用的零序电流补偿系数计算方法；针对目前接地距离保护整定计算方法的不足，提出了系统的基于感受阻抗的整定计算方法。该方法具有更普遍的适应性，基于该方法的保护定值更加精确。同时，提出了基于运行约束条件的距离保护自适应整定计算方法。 在整定计算的自动化和智能性方面，提出了基于灵敏度约束条件的线路保护整定计算自动调整方法。在引入整定保护自身灵敏度约束条件、远后备保护灵敏度约束条件和远后备保护灵敏度传递约束条件等灵敏度约束条件的基础上，通过两个调整阶段实现了线路保护整定计算的自动调整。基于该方法的整定计算软件可代替工作人员实现保护定值的自动调整。同时，提出了一种实用的保护配合顺序优化方法，该方法可以提高保护定值的稳定性。 对继电保护离线整定模式和在线整定模式进行了分析，并对在线整定计算系统的整体结构及若干关键技术进行了探讨。以实际电力系统为例，对离线模式和在线模式下的保护定值进行了详细的比较分析。从中可以看出，实现在线整定对提高继电保护性能具有重要的意义。 继电保护整定计算具有多样性和区域性，为了减小其对继电保护整定计算软件开发和推广的影响，对整定计算软件的通用性进行了深入的分析，内容涉及运行方式组合、原理级保护整定计算、装置级定值整定计算和定值通知单等方面。提出了基于原则选择的运行方式组合通用性解决方案和基于原则自定义的原理级保护整定计算通用性解决方案，并对通用原理级保护整定计算软件的实现进行了较为详细的介绍。 提出了一种评估输电线路继电保护系统脆弱性的方法。该方法结合线路继电保护系统的功能组成特点，从保护装置和保护定值两个方面分别建立了线路继电保护系统的误动概率模型，以负荷损失的形式反映继电保护误动对电力系统运行造成的影响，并据此建立了线路继电保护系统的脆弱性指标。该脆弱性指标可以很好的反映出电网继电保护的脆弱环节。 为了充分利用多点故障方向信息来完成故障元件的判断，提出了一种基于方向比较原理的广域继电保护算法，并构建了基于变电站集中式结构的广域继电保护系统。该广域继电保护系统根据发电厂或变电站的主接线形式和方向元件位置，分别形成厂站内一次设备和厂站出线对应的一次设备/方向元件关联矩阵。电力系统发生故障后，广域继电保护系统根据方向元件指示的故障方向信息和一次设备/方向元件关联矩阵形成一次设备/故障方向关联矩阵，并完成故障元件的识别。