全自動保護定值驗算工具的設計應用

為消除繼電保護「誤整定」的環節因素，提高保護定值工程計算的精準度，解決方法是設計研發一套全自動保護定值驗算工具以替代人工操作。

它以EXCEL電子表格軟體為平臺、以基礎資料庫數據為內容、以保護定值生成計算程式和定值校驗計算程式為核心，基礎數據的維護作為定值計算的觸發條件，在維護基礎數據時即已自動生成精算參考值；輸入現用定值數據時，即可輸出對定值性能的分析評價結果。

電力系統繼電保護的「誤整定」體現在計算管理和現場調試兩方面。其中：計算管理方面的誤整定與數據隔離方式及手動計算過程不無關係，即計算所需數據相對獨立，計算時根據需要取用，沒有建立起關聯關係；計算過程的每步操作都是人工的，即便是利用整定計算軟體也是人工操控計算。

此外，計算過程所用中間數據是「四捨五入」後的近似值，多次換算後也會產生一定誤差。這些問題與創新管理的時代要求差距較大，為徹底解決計算過程的誤整定問題，除了需要整定計算人員進一步提高專業技能和責任心外，如何保證對保護定值正確性的校驗就成為我們研究的課題。經研究，提出了利用保護定值驗算工具實現對定值的整定和校驗的解決方法。這種方法的指導思想是簡單易行、自助管理。

1 保護定值驗算工具結構設計

1.1總體模塊結構

以EXCEL電子表格為平臺，以遼源地區配電網結構和保護配置為背景，建立保護定值驗算工具模型。模型可根據不同地區電網結構和保護配置加以修改，基本算式編程大同小異。總體模塊結構由三部分構成(如圖1所示)，分別為：基礎數據維護模塊、參考定值生成模塊和保護定值校驗模塊。

圖1 繼電保護定值校驗模塊構成圖

模塊間的邏輯關係是：基礎數據維護的同時，即已生成參考定值及對參考定值保護性能的分析；將現有保護定值有關項數據植入定值校驗模塊時，即得到保護性能評價結果。

1.2 基礎數據模塊構成

整定計算所需基礎數據由六個模塊組成(如圖2所示)，分別為：變壓器主參數、互感器主參數、線路阻抗參數、系統阻抗參數、保護定值有關項、運行方式說明。

圖2 基礎數據維護模塊構成圖

各模塊間沒有直接的關聯關係，屬於相對獨立的數據包。每一數據可以「數值」或「算式」之一形式存在。「數值」是計算後的具體值，涉及保留有效位；「算式」是對有關數值的關係算式，不涉及保留有效位。當基礎數據更新時，定值驗算工具參考值以及保護性能校驗結果將同步跟隨更新。

每一基礎數據包的作用有所區別，當設備和參數改變時，工作人員要及時維護更新。各基礎數據包的主要作用如下：

變壓器主參數包括主變（發電機）、站用變、電容器、電抗器等設備的有關參數值或算式，作為一次「標么值」和「有名值」整定和校驗的數據源。

互感器主參數包括電流互感器、電壓互感器的有關參數值或算式，主要作為二次「有名值」的換算。個別項(如最大負荷等)也用一次「標么值」和「有名值」。

線路阻抗參數包括配網電源線路、負荷線路的有關參數值或算式，主要為一次「標么值」，部分項(如阻抗角等)則為「有名值」(角度或弧度)。隨著線路參數改變及時進行維護更新。

系統阻抗數據由各個電源網絡等效短路阻抗「標么值」組成，區分最大方式和最小方式，源於上級提供的年度短路(阻抗)電流表，每年跟隨維護變更刷新一次。疊加各電源點變電站的主變阻抗參數後，折算到配網所需各母線點。

保護定值有關項包括所有與保護裝置有關的上下級保護定值配合項，主要為「有名值」，取用時根據需要可換算成「標么值」。

運行方式說明根據調度年度方式安排編制，運行方式確定後要保持相對的固定性，以保證編程原則的合理性。正常方式作為定值整定原則方式，事故時的臨時方式僅為校驗。非正常運行方式失配時，需要採取臨時措施(如：改臨時定值等)。

1.3 定值生成模塊構成

參考定值生成模塊由四部分組成(如圖3所示)，包括：數據準備、精確計算、參考定值和性能報告。各部分作用關係如下：

圖3 定值生成模塊構成圖

數據準備是針對每一電氣設備及其保護配置，從基礎數據包工作簿中調用數據到當前編程工作簿，並根計算要求形成若干待用數據。再加上整定計算所需其他數據，如與電壓等級相對應的基準值、計算式等，構成運算數據。

精確計算是按照確定的整定原則、保護裝置構成進行算式編輯，主要算式有「三角函數」、「冪指函數」、「加減乘數」、「邏輯函數」等。其中諸如「對應欄位顯示函數」較為特殊，用於顯示與篩選數據對應的欄位，例釋如下：

在C10:F10區域篩選最大數據；顯示與C10:F10區域最大數據對應的C9:F9欄位名。

參考定值是精確計算的結果；保護性能報告是通過對生成參考值的分析所得的結論。當超出設定值(範圍)時，予以警示。

1.4 定值校驗模塊構成

定值校驗模塊由三部分組成(如圖4所示)，即：保護定值植入、定值分析、評價報告。之間的關係為：

圖4 定值校驗模塊構成圖

保護定值即在用保護定值，將有關項植為對應數據，作為定值分析的數據源。定值分析是對數據進行邏輯分析判斷，判別式根據整定原則編程。分析判斷結果輸出為評價報告，供工作人員借鑑。

2 結論

利用EXCEL編輯的保護定值驗算工具，相對其他專用編程軟體要簡單易行，整定計算原則、與保護裝置匹配的算式等容易設定，無需軟體工程師即可完成「升級」修改操作，屬於自助式的。該工具除用於對現用定值進行驗算評價外，也可以當做整定計算工具使用，且因算式已編程「固化」在模塊中，無需工作人員逐步計算，計算過程出錯的機率得以消除。

因精算模塊以算式取代數值，不僅保證了運算結果的精確程度，更主要是容易實現對特徵值的實用分析和複雜驗算，如四邊形阻抗特性的靈敏度雙值求算和篩選，常規算法就很難實現對靈敏度的電抗分量和電阻分量的甄別和採信，常規的「模數」算法用來整定「向量」類定值是自欺欺人的做法，應予摒棄。

用保護定值驗算工具對保護定值進行校驗評價，可發現隱性問題，對電網安全運行具有重要意義。此工具需要根據參數變化及時維護基礎數據，電網結構或保護裝置變化時需要做相應的自助完善更新。

本文編自《電氣技術》，作者為尤田柱。