概述
继电保护在线整定的内容是:随着系统网络接线的变化即运行方式的变化,对所关心的保护定值进行在线整定计算,特别是实现所关心区域保护定值的配合调整,且针对修正后的保护定值仅进行当前运行方式下的灵敏度校验,同时将计算好的定值反馈给现场保护。定值的在线整定避免了运行方式的不确定性对保护灵敏度的不利影响,可以明显提高保护的灵敏度。
保护定值的在线整定全面实现整定计算的智能化和网络化,原理上能保证保护性能的应用最优化。继电保护在线整定的实现是继电保护应用领域极具挑战的研究方向之一。
技术原理
（1）系统结构：
在线整定系统要监视所管辖电网的运行状态,根据电网运行状态的改变实时做出响应而且及时将修改信息反馈给现场运行的保护装置,因此,在线整定系统中不仅需要有现场数据的采集装置,而且需要有控制装置,能够将修改的定值可靠地传给保护。在线整定系统可以将数据的采集和信息的下发等交互工作交给现有的EMS/ SCADA 系统处理,也可以采用专有系统进行。
初步构想:在线整定系统在硬件结构上主要由主站系统和子站系统组成。子站系统是整个系统处理实时数据的基础,将置于厂站端,与现场装置通信,发送实时数据和接收实时数据;主站系统将置于调度端,接收子站系统的实时数据,并根据实时数据计算保护定值,并将新定值实时反馈给现场的保护装置。实时数据接收与分析处于中心地位,它驱动整个主站系统的运行,是在线整定核心功能实现的关键。在线整定可以按电压等级分层进行。把变电所联络变压器作为分界点,这样就可以把同一电压等级电网作为一个相对独立的系统来处理,同时,可以根据电网的管理区域实现分区整定。因此,在线整定中,将一个大型电网按电压等级以及管理区域分解为若干个小型网络进行,这样减少每次整定所需处理的数据量,提高系统处理的速度。
为了实现在线整定分层分区构想,将一个互联的电力系统按其计算要求,划分为研究系统和外部系统两部分。研究系统就是要求整定计算的部分,包括边界系统和内部系统;外部系统就是用户不关心的部分,可以采用等值法替代,通过网络等值将外部系统等值到边界系统上。在线整定中,将外部网络等值(甚至可以是在线等值) ,采用分层、分区实现,可以降低全网网络方程矩阵的维数,减少在线整定交换的信息,从而大大提高在线整定的速度。
（2）在线整定系统的启动模式：
在线整定的优势在于能实时监测电力系统的运行状态,当系统运行方式变化时能及时响应,因此整定的启动方式不仅可以采用指定时间启动或者是定时间间隔启动,而且可以采用系统运行方式变化和保护投退变化触发的启动模式,即事件启动的模式。当系统采用事件启动时,能实时响应系统运行方式变化和保护投退变化所引起的保护定值的变化,真正体现在线整定的优越性。计及潮流的系统运行方式的变化包括两个方面:一方面是电力系统发电机、变压器、线路、母线等各类元件的投停和检修,以及由故障引起的断路器跳闸操作,可以归纳为系统网络结构的变化和厂站内部接线的变化,主要体现在断路器的开合以及隔离开关的倒闸操作中;另一方面是系统出力的变化与负荷的变化,主要体现在系统潮流量的变化,由于系统潮流变化是连续的,细微的潮流变化不会对保护定值造成较大的影响,因此在线整定时可以设置启动门槛值,以判断潮流变化的程度。网络局部的变化对于定值的影响范围是有限的,往往就是扰动区域附近的保护定值影响比较大,而远离扰动区域的保护影响较小,远离一定程度后扰动的影响可以忽略不计,也不需要整定,因此,此时只需要对特定的区域进行保护定值的重新整定。
当在线整定采用事件启动时,系统可以自动搜索影响区域,确定整定范围,此时不仅可以准确确定所影响保护的定值,也避免了全网整定,节约了时间,进一步满足在线整定对运行速度的要求。
（3）在线整定系统的实现模式：
在自适应整定系统中,一般采用“离线计算,分散存储,实时匹配”的方法,即以电力系统主要运行方式作为初始方式,采用继电保护整定计算的常规方法,离线完成系统多种可能状态下的整定计算,并将计算出每一种状态下继电保护装置新定值以及对应的保护检测到的信息特征,分散存储在相应保护装置的子自适应控制器的数据库中,形成整定值存储表。系统运行时,可以根据保护检测到的信息特征匹配最佳定值,并通过子自适应控制器,调整保护定值,使之实时适应电力系统运行方式的变化。这种实现方法显然只是局部的调整和改善,不能从全局的角度进行定值的配合和计算,而且预先计算的方式总是有限的,不能满足系统多种运行方式的要求。在线整定理想的方式是对系统的工况进行实时测量,所有的计算与分析在此基础上集中处理,并实时反馈给现场装置,这一方案不妨称为“实时分析、集中决策,实时控制”。对于一个稍大规模的电力系统来说,在当前电力系统的计算规模,计算机实现的计算速度以及网络传输水平等条件下,要做到实时是很困难的。
在线整定实现中,可以根据整定量或者预备量的实际情况采用多种实现模式的结合:在某一些量的整定上可以借鉴自适应保护实现的思想,采用“离线计算,实时整定”方法,如零序补偿系数K 的计算,它的变化只是针对于某几种预先可知的、只随互感线路本身的运行方式的变化而变化,因此可以离线地计算对应几种方式下的K 值,在线整定中可以根据线路运行方式的不同采用不同的K 值进行整定。
某一些不需要与相邻保护配合的量或者某一些量的某个相对独立的整定原则,不需要网络其他信息就可以整定,则可以采用“实时检测,就地处理”的方法。如相间距离Ⅲ段整定时,有一项整定原则要求躲开负荷阻抗,该原则的整定不存在配合关系也不需要得到电网其他点相应信息,只需实时检测本线路潮流即可完成。因此,当不能满足上述原则时,可以进行就地调整,保证系统的实时性。而对于整定所需要的某些计算量较大的工作,如外部系统的等值等,这些量的变化则是根据系统的变化而实时变化的,在某种意义上是不可预知的,可以采用“在线预计算,实时整定”的方法,该方法在线跟踪实际工况,由于系统的正常运行时变化总是相对平稳的,假定在一个合理的时间内(如5 min) 实际工况不会有明显的改变,在线计算得到相应的值并保存。在线整定中,可以利用已经计算好的某些值,结合系统的实时状态,从全局的角度上,实现实时状态下保护定值的计算与配合。
国内发展和应用现状
广义的继电保护是指电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生的故障, 在危及其安全运行的情况下, 向运行人员及时发出警告信号, 或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令, 以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备. 在国内, 继电保护泛指保护电力元件的继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统.
20世纪60年代以前, 电磁型继电器占主导地位, 到70 年代, 我国广泛采用整流型和晶体管型继电保护装置, 到80年代为集成电路保护, 直至90年代以后的微机保护, 我国继电保护装置取得了长足的进步, 现在已基本上由先进的微机继电保护所取代.
然而对中、低压配电系统来说, 由于其保护并不复杂, 电磁型保护具有原理直观明确、结构简单牢靠、容易掌握、价格低廉等优点. 因此, 在配网中电磁型保护及新型微机保护还会并存. 但由于数字计算技术的不断进步, 尤其是微机技术进一步与数字测量、控制技术、现代通信技术和远动技术相结合, 也给保护装置的应用研究带来了更大发展空间和可能.
参考文献
[1]曾耿晖，刘玮.继电保护在线整定系统的探讨[J].继电器，2004，32（17）：38-42.
[2] 高亮，王婷.配电网继电保护整定及特性仿真分析[J].上海电力学院学报，2008，24（3）：222-225.