继电保护仿真程序的设计构想

摘要：根据电网的实际情况和运行工作的需要，本文介绍了继电保护仿真程序的必要性和设计思路。仿真程序的主要作用是对保护整定值的校验和电网事故分析，还能够进行保护人员的培训等等。继电保护仿真程序的应用，将给电网的安全稳定和运行带来可观的经济效益和社会效益。

关键词：继电保护 仿真程序 设计构想

一、继电保护整定程序现状

随着电力系统的，电网规模越来越大，结构也越来越复杂，继电保护整定计算的工作量也越来越大，而且整定计算的定值无法通过实际故障的情况，来验证其选择性和灵敏度。整定计算程序只能校验保护定值对本线的灵敏度，不能计算保护定值的远后的保护范围。另外，对于新设备的投产，整定计算不可能进行整个电网的保护整定计算，而只能进行局部电网的保护定值整定计算，因此，日积月累在整个电网保护定值配合上，可能会出现偏差，造成保护定值之间的不配合而使保护误动。一般的整定计算的工作，简单的流程图如下：

往往审核人的审核只对计算结果进行审核，在运行方式上的考虑及配合是否合理还不能验证，而且校验工作也不是很直观。因此，开发研制继电保护仿真程序是非常必要的，也将是非常实用的。

有了继电保护仿真程序，将有助于继电保护的定值的校验，防止运行中的继电保护定值的失配及灵敏度不足等问题。继电保护仿真程序具有模拟电网各种故障(包括复故障)的功能，以校验保护定值的正确性与否，增加了以上环节后，保护定值整定计算工作的流程图如下：

增加了仿真程序检验计算步骤，也就增加了一道防线，能对保护定值进行进一步的校验，而且很直观，能有效地防止保护定值的误整定。

二、继电保护仿真系统的组成

继电保护仿真程序就是利用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两部分组成。

 (一)数据库主要有：

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

a、元件参数：电网元件参数数据是用来模拟故障计算时依据，必须是电网运行元件的实测参数。

b、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。

(二)程序部分

程序主要包括下面几个部分：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，它应能够模拟各种故障类型，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、相间阻抗、接地阻抗、零序电流、负序电流等。

2、保护动作行为的判断

根据程序的计算结果，与继电保护定值比较，来判断继电保护的动作行为。对各种保护分别进行判断。对于阻抗、电压和电流等保护的判断，直接用测量值与定值进行比较，比较的顺序是，从一段开始，如果在一段范围内，则输出保护动作，不再进行下一段的比较；如果一段不动，再与二段定值比较，以此类推。纵联保护的动作与否，要看对侧高频测量元件是否动作，如果也动作，则输出高频保护动作，否则，判断为未动作。而分相电流差动保护还应与线路对侧矢量电流相加再与定值进行比较。

3、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。

输出报告中保护动作情况表应有如下内容：

时间：年月日时分秒

系统运行方式：

机组运行情况，元件检修情况，

故障情况：

故障地点，故障类型，相别，

故障量：UA，UB，UC，3U0，IA，IB，IC，3I0。。。

保护动作：

变电站名，线路名，测量值，保护定值，动作时间，灵敏度。。。

。。。。。。

  从报告中可以清楚地看到保护的动作的详细情况。

三、继电保护仿真程序的使用举例

仿真程序的运行过程如下：

继电保护仿真程序的主要用途有：保护定值的校验、事故分析和事故预想。

(一)            电网运行中继电保护定值的校验

  以简单的电网为例，如图四所示：

各厂站都装有高频、距离和零序电流保护。

1、相间距离保护定值的校验。

A、在CD线出口10%处模拟两相短路，保护的动作行为应是：两侧的纵联保护应动作，CD线C侧距离保护一段应动作，D侧距离保护一段不应动作，距离二段保护应动作。BD线B侧距离二段不应动作，DE线E侧距离二段不应动作。

B、在CD线上25%处模拟两相短路，保护的动作行为应是：两侧的纵联保护应动作，CD线两侧距离保护一段应动作。BD线B侧距离二段不应动作，DE线E侧距离二段不应动作。

可在系统的任意一点模拟故障，来考验保护的动作行为。

2、接地距离保护。接地距离保护的检验方法与相间距离保护的校验方法基本相同。

3、零序电流保护的校验方法。

A、非全相振荡情况，只校验零不灵敏一段保护定值，不应有零不灵敏一段保护动作。

B、其它校验方法与相间距离保护校验方法基本相同。

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，首先要根据当时的系统实际运行方式，可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。

3、调度员做事故预想

继电保护仿真程序，还可以为调度员做事故预想方案提供方便。调度员可根据事故的预想方案，利用仿真程序在相应的故障点处模拟故障，来观察保护装置的动作情况，做为事故预想的根据，使事故预想的方案更符合实际。

4、临时方式保护定值的校验

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，可以很方便校验临时方式各种保护的灵敏度，对于紧急情况或电网事故做出正确的处理。另外，利用仿真程序还可以校验保护二、三段定值的远后备保护范围、高频保护测量元件的实际保护范围等等。

总之，利用继电保护仿真程序，可以在继电保护管理等各各方面起到相当重要的作用，电实际电网运行中是非常必要的，也是非常实用的，它必将为电网的安全稳定运行发挥重要的作用。