微机保护的定值计算

　　常风然，张洪

　　（河北电力调度通信中心，河北省石家庄市050021）

摘要：合理、正确的继电保护定值是可靠实现电网保护的必要条件，但目前大量应用的微机保护的部分定值不能完全按照整定规程计算。通过分析微机保护硬件软件的特点，比较了微机保护与传统保护的异同，认为微机保护的应用提高了继电保护的运行水平，但同时提高了对整定计算人员的要求。针对目前国内常用的微机型线路保护和变压器保护装置，具体讨论了部分定值的整定方法，认为微机保护应考虑各CPU间定值的配合；时间元件可精确整定；阻抗、电流等定值应充分考虑其算法、特性，根据该定值在保护中的不同功能综合整定；控制字整定时需考虑到软件流程等。建议微机保护在定值方面的发展方向应该是减少项目、分层管理、优化人机界面、加强售后服务。 

关键词：微机保护；定值计算；电力系统 

　　如果说配置齐全、质量优良、技术性能先进的继电保护装置及相应完善合理的二次回路，是实现电网可靠保护的物质基础，那么合理、正确的继电保护定值无疑就是保证电网安全稳定运行、减轻故障设备损坏程度的必要条件。继电保护定值与对继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求均密切相关。为使继电保护整定计算人员有所依据，文献［1］～［3］分别针对不同的保护对象给出了计算原则，但随着微机型保护装置的大量应用，新原理、新技术的不断推广，整定计算规程（导则）只能给出原则性的规定，对一些具体装置上的某些定值，不可能也没有必要在规程（导则）中全部体现，然而这些定值并非是无关紧要的。本文以国内目前常用的几种高压线路保护和变压器保护为例，结合河北电网的应用情况，就其中部分定值的整定提出建议，并就微机保护在定值方面的发展提出一些看法。

1　整定计算的新特点

　　在广泛应用微机保护后，与以前相比，整定计算至少在以下几个方面明显不同。

   （1）对计算人员的要求提高了，计算人员对电力系统和保护装置的认识必须达到相当的深度。微机保护的使用使设计、调试、检验等工作变得相对轻松了很多，但整定计算工作却更复杂了。例如，一套晶体管距离保护定值仅有10余项，而一套微机距离保护定值要有30余项。如果说以前的计算人员对保护的工作原理、二次回路清楚就可以计算，现在却要求计算人员对保护的软件流程相当清楚。例如，原11系列微机线路保护中接地距离Ⅱ段的整定，在某些地区应用中未使用该段定值，整定时将该段定值电抗和时间均整定为0，结果造成当区外发生故障时保护产生误动。按理说，电抗为0相当于无保护范围，保护不应误动。但程序流程中，是在判断故障不在Ⅰ段范围后，即去判断Ⅱ段时间，然后再判断Ⅱ段电抗，因而造成保护误动。另外，微机保护在保护原理、数值计算方法等方面也有很多新的应用，如振荡闭锁的开放、阻抗特性随故障发展而变化等也需要计算人员学习理解。

   （2）计算人员的责任更加重大。定值项目的增多固然使工作量加大而出错的概率也随之加大。但更使计算人员感到不安的是，在定值项目中涉及保护逻辑、功能的定值很多，这些主要以控制字方式出现的定值，实际上是将原来设计、调试的部分项目转化到了定值计算中，因此，在当前安全责任考核日趋严格的形势下，计算人员面临着前所未有的压力。

   （3）各类保护定值间需要配合的越来越多，计算人员需要协调考虑的定值也越来越多。微机保护实质上属于综合保护，与传统意义上的距离、零序、重合闸不同，在微机保护中，要充分考虑分属不同CPU的保护定值间的配合。例如，CSL100系列线路保护中的整组复归时间的整定，就需要考虑纵联、距离、零序保护的综合要求。

2　微机保护的定值计算

　　从目前河北电网微机保护的应用情况看，线路保护和变压器保护均以2大系列为主：220 kV线路保护基本上是WXB（H）－11（15）／CSL101（102）和LFP－901系列，220 kV变压器保护是以LFP－970系列和CST200系列为主。

　　在微机保护的定值中，有一部分定值可以按照整定规程的规定计算得出；另有一部分定值虽然整定规程中未列出，但与保护的跳合闸功能无关，基本上属于保护的辅助功能定值，如用于测距、录波等；再有一部分定值与微机保护装置密切相关，需要按照整定规程的原则，根据微机保护特点予以考虑和计算。

2．1　时间元件

　　由于微机保护的时间元件实际上是由软件计算得到的，如果不考虑软件故障（如果软件真的出了问题，装置应该已被闭锁），与以前的电磁型时间继电器、晶体管时间继电器（插件）和集成电路时间继电器（插件）相比，微机保护的时间元件有了本质的不同。以前所有的时间继电器均可能出现计时错误，如目前已被广泛应用的集成电路时间继电器，运行中曾多次因拨轮开关接触不良、直流电源电压波动等原因而造成计时错误，使保护误动；而微机保护的时间元件不存在这种可能性，其误差也基本恒定。因此，在整定中，可以做很精确的时间配合。例如，在单电源辐射线路上，有时为满足保护的配合要求和系统的稳定要求，线路跳闸时间被限定在150 ms以内，则距离保护和零序Ⅱ段保护要被整定为100 ms甚至更短的时限，这显然需要精确的时间元件。

　　需要注意的是，检验条例中规定的保护动作时间包含装置起动时间和出口继电器动作时间，根据试验结果，11系列时间元件自装置起动开始计时，而901系列时间元件自测量元件动作开始计时，两者差别在于阻抗元件的动作时间。以0．9倍Ⅱ段阻抗为例，时间元件整定为0 s时，11保护相间60 ms动作，接地78 ms动作，901保护20 ms动作。在需要精确配合时，可考虑计入该时间。一般情况下，微机保护的起动时间和出口继电器动作时间均比较短，可近似地将时间元件定值整定为保护动作时间，其误差不会大于30 ms。

　　在均使用微机保护的上下级保护配合时，时间级差可取得较小，例如用0．2～0．3 s。

2．2　瞬时段定值

　　微机保护Ⅰ段定值的特殊性在于它的算法和快速性。Ⅰ段定值需要考虑短路故障时的非周期分量和CVT的暂态电压等。在传统保护中，这些问题主要依靠加装滤波器、延长动作时间等措施解决，微机保护对此问题应该给予足够的重视。但实际上，由于在许多情况下过于追求快速性，牺牲了保护的可靠性。

　　例如，零序Ⅰ段的整定，如果微机保护采用较长的数据窗，肯定可以大幅度降低非周期分量的影响；而如果采用较短的数据窗，非周期分量的影响将显著增大。现在各厂家未说明零序电流算法中如何滤除非周期分量，因此在计算时零序Ⅰ段可靠系数的选取仍旧是不明确的。另外，如果将零序延时段保护用做瞬时段时，更要特别注意非周期分量的影响，这在传统保护中是有过不少教训的。

　　再如，接地距离Ⅰ段的整定，由于传统保护动作速度较慢，CVT暂态电压对测量元件精度的影响不明显。近年来，CVT的广泛采用和短线路的大量出现，加上保护装置动作速度的加快，保护已可以在CVT的标准稳定时间20 ms前出口，因此其整定已成为难题，在很多超短线路上只好弃之不用。

　　ΔZ是LFP－901系列线路保护中特有的突变量距离元件。由于它的原理独特，整定也应特别注意。一般可整定为线路正序阻抗的80％。在单电源辐射线路上，传统的距离元件可以伸至相邻主变，但ΔZ不宜前伸。因为①ΔZ动作速度快（4～10 ms），有可能使受端站的主变差动保护不能切除受端站主变（含主变差动保护范围的引线）的故障，进而导致线路电源侧保护在可以重合（单相接地故障）的情况下重合不成功，受端站全站停电；②根据ΔZ的动作方程｜ΔUop｜＞Uz，在ΔZ定值整定过大（大于负荷阻抗），且发生反方向故障时，ΔUop变为负值，取其绝对值后保护可能误动。

2．3　距离Ⅱ、Ⅲ段

　　距离保护后备段的配合仍可以按整定规程的原则进行计算，但需要根据阻抗特性的变化采用不同的具体计算方法。在11／101系列保护中采用了多边形特性，电抗、电阻分别整定，电阻分量可按考虑经过渡电阻短路和躲负荷阻抗在电阻线上的投影计算，电抗分量的计算可仿照以前的阻抗计算方法，只是不再考虑负荷阻抗的影响。在901系列保护中采用的圆特性阻抗元件与传统保护类似，仍需要考虑负荷阻抗对距离Ⅲ段的影响。

　　需要注意11／101系列保护中距离Ⅱ段的整定，由于该阻抗元件也是转换性故障的判据，需要保证对本线路故障的灵敏度。一般地，相间距离Ⅱ段均能满足要求，但接地距离Ⅱ段更重要，因为大部分故障都是由单相接地开始转换的。

2．4　K值

　　接地距离元件K值的计算直接影响接地距离元件的测量值。对无互感的双回线和单回线来说，K＝（Z0－Z1）／3Z1；而对于有互感的双回线，K值固定时，保护范围随故障的不同而变化。为保证选择性，用于直接跳闸的接地距离元件应选用趋于保守的K值，而这意味着灵敏度的降低，对Ⅱ、Ⅲ段尤为不利。为保证灵敏度，对用于纵联保护、闭锁其它保护和选相等接地阻抗的元件，应选用真实的K值，甚至可偏大一些。如果微机保护能够自动根据故障量进行判别，选取不同的K值进行补偿计算无疑可起到更好的保护作用。

2．5　控制字KG

　　控制字是微机保护功能软件化的集中体现。大量的控制字使定值计算人员要作设计人员和软件工程师的工作。在定值整定中一个最大的难题就是可能在不经意间改变了程序流程，保护已不再是想象中的保护了。因此，需要计算人员切实搞清控制字每一位的含义，搞清对控制字赋不同值时，程序会执行到何处。

　　一般地，标示“备用”的控制字应整定为“0”（控制字“1”为有效时），微机备自投装置运行中曾发现过“备用”控制字整定为“1”时程序出错的先例。

2．6　电压回路断线（PTDX）保护

　　电压回路断线时的保护，各微机保护厂家的做法不同，各有千秋。因为现场运行时，发生PT断线的情况是多种多样的，需要根据现场的实际情况予以处理。在处理过程中，应以保证该线路可靠跳闸为主，选择性为辅。鉴于此，河北电网LFP－901系列线路保护中PT断线时的保护按灵敏度整定，延时取0．3 s，在大部分情况下，可兼顾选择性和速动性。CSL101系列保护中如不接开口三角电压，电压回路断线时零序保护退出方向的做法在一般情况下也是可以的；若此时能退出零序Ⅰ段保护，改变有灵敏度段的动作时间，似乎更能兼顾选择性和速动性。

2．7　整组复归时间

　　整组复归时间仅在CSL100系列保护中需要整定。根据在不同保护CPU中作用的不同，该时间应整定为不同数值。在距离保护中，由于判断振荡停息的元件就是距离保护跳闸的元件，不会被“三取二”误闭锁，因此，该时间仅按躲过一般的振荡周期和重合闸周期整定，如取3．5～4 s；在纵联保护中，为使纵联保护尽快恢复到正常状态，此时间也不宜太长，仅按躲过一般的振荡周期和重合闸周期整定，例如取3～4 s；在零序保护中，因为零序保护不受振荡影响，为保证“三取二”的开放，此时间按大于距离保护Ⅲ段的动作时间整定。由于在整组复归前，保护处于不正常状态，因此，微机保护厂家应该在快速恢复方面或者在纵联保护、距离保护的持续投入方面多做些工作。

2．8　变压器保护

　　微机变压器差动保护的主要特点在于差动保护对外部CT接线的要求放宽了。需要计算人员注意的是，在使用软件进行相位校正和平衡补偿后，即使差动保护均采用Y接线，许多保护仍需要在定值计算中考虑接线系数，各类保护装置对平衡系数的定义也不一致，需要注意分子分母的问题。

　　微机变压器后备保护中，现在各类装置均提供了大量的跳闸方式控制字供用户选择，需要特别谨慎。还需要注意的是各种电压元件的定值，有用相电压的，有用线电压的；有用自产3U0的，也有用外接开口三角电压的。

3　微机保护定值的发展

　　微机保护的定值，自然随着保护功能的变化而变化，按保护功能的需求而设置。微机保护装置的发展，已经历了几个很明显的发展阶段，但在定值方面似乎进展不大，定值项目随功能的增强而逐步增多。微机保护的应用，并未减少计算人员的工作量，反而增加了很多。展望未来，微机保护在定值方面似乎应该在以下方面做些改进：

　　（1）减少定值项目，能够利用装置自动计算、综合判断得到的定值，不再由计算人员计算。例如，LFP－900系列保护中采用浮动门槛的起动元件、重合闸检同期电压的自动测定等，就已经收到了不错的效果。

　　（2）定值分层管理。这在变压器保护中应该体现得更明显。可以学习一些国外微机保护的经验，将控制保护功能配置的定值和电流、电压、阻抗、时间等定值分层，在功能配置上不使用的，无后续定值；功能配置上使用的，指明该功能所需各项定值。这实际上与现在计算机软件中常见的分级菜单类似。

　　（3）厂家应提供良好的定值计算方面的售后服务。目前市场的激烈竞争已使各厂家都非常重视现场的调试服务和运行后的缺陷处理服务，而在定值计算服务方面似乎还很不够，如技术说明书、整定建议编写得不细致，计算人员对许多项定值的用途不是很清楚，这些都极大地影响着保护的安全运行。因此厂家应注意向计算人员提供详细的定值整定建议和算法。

　　（4）应提供良好的定值整定人机界面。

4　结束语

　　微机保护的广泛应用，对提高继电保护的运行水平、保证电网的安全运行肯定是有积极作用的，但它给计算人员带来的一系列问题，需要引起有关领导和专业人员的注意和重视。计算人员必须认真学习微机保护的新特点，才能充分保证继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性，才能充分发挥微机保护的优势，提高电网的运行水平。

参考文献： 

［1］　DL／T 559－1994．220～500 kV电网继电保护装置运行整定规程［S］． 

［2］　DL／T 584－1995．3～110 kV电网继电保护装置运行整定规程［S］．

［3］　DL／T 684－1999．大型发电机变压器继电保护整定计算导则［S］．