继电保护和自动装置的研究与仿真技术

继电保护和自动装置的研究与仿真技术

王婷

王婷

陕西省电力公司延安市供电公司陕西延安716000

摘要：本文分析了继电保护和自动装置的研发和生产领域中的特点和要求，并且针对生产领域继电保护产品的测试特点，从继电保护和自动装置测试的需求和原理出发，提出基于分布式智能化自动测试系统，而且还分析了不同的继电保护和安全自动装置仿真方法的选用原则，并且分析了逻辑比较法在动态仿真中的应用。

关键词：继电保护；自动装置；研究；仿真

引言

继电保护系统在保护电力系统安全、稳定运行方面起着至关重要的作用。伴随着计算机技术、通信技术、信息技术的飞速发展，许多新技术在数字化保护设备中得到了应用和尝试。但是，由于保护装置的嵌入式系统自身的一些特点，这直接导致保护装置的测试成本和测试难度也越来越大，这些变化给继电保护装置的测试和校验带来巨大的挑战。近年来，微机型继电保护测试仪已广泛应用于继电保护装置测试，提高了继电保护装置测试水平，但在实际应用时，需要测试人员对保护原理和微机型继电保护测试仪有比较深入的理解，在测试过程中需要根据测试功能不同相应调整测试参数，测试完成后要分析测试数据整理成检验报告，但是，这也存在测试不规范、测试范围覆盖有限和测试效率低下等诸多问题，这也给继电保护装置产品质量控制和电力系统安全运行带来隐患。

并且，继电保护和自动装置需要在全面仿真电力系统的条件下，特别是事故发生在电力系统的稳态及动态运行下。而且，在事故条件下，继电保护和安全自动装置如何动作、何时动作直接影响到电力系统的安全稳定及运行状态，因此对继电保护和安全自动装置的仿真也要进行深入研究。

一、继电保护和自动装置测试的现状和特点

现如今，国内继电保护产品检测主要依据IEC60255系列标准和GB/T14047国家标准进行。继电保护装置从研发到使用一般要经四个阶段的测试：研发测试、入网测试、生产检测和现场校验等几个过程。按照测试内容和测试要求可以简单分为研发测试和生产检测类。在研发测试阶段，基于电力系统继电保护安全性考虑和嵌入式系统的特殊性，研发过程继电保护产品测试极为严格，一般以组建实时仿真系统，对装置进行自动化、实时的系统测试。其中，测试内容包括：

（1）装置的全面性能检测，包括动作性能、动作原理、时间参数和功能性检测。

（2）装置电磁兼容性测试，包括快速瞬变、静电放电、辐射电磁场等检测内容。

（3）装置温升、绝缘、机械、电源影响等其他相关性试验。

（4）装置的软件和硬件稳定性测试。在生产和现场检测中，测试任务主要是检测装置的硬件、动作性能、保护功能以及其他一般性检测项目。

研发测试目标是验证装置研发中硬件和软件设计是否符合继电保护产品标准，一般是以产品型号为单位，检测设备专用化和检测自动化程度高，检测项目多且周期长。生产测试目标是装置产品设计不存在缺陷的情况，针对具体装置进行产品硬件和软件等相关常规检测，以保证出厂产品的质量和正常使用。

二、继电保护和自动装置的具体仿真方法

目前继电保护和自动装置的仿真主要有两种方法:逻辑比较法和定值比较法。而且，实时性是继电保护装置仿真的难点和焦点所在。但是，实际的保护装置具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性这4个基本要求。

1、逻辑比较法

通过设定从故障点向外围的开关逻辑和继电保护装置动作时延的配合来反映选择性，易于满足速动性的要求，但不能反映保护装置的灵敏性要求，必须依靠教练员设置保护的拒动和误动来弥补灵敏度的不足，某些运行条件下仿真结果与实际情况有较大的差别。

2、定值判别法

以数学模型具有的定值配合和动作时延配合来反映选择性，靠自身的模型来反映灵敏性要求，但难以做到实时。相对于保护的要求而言，一次系统的数学模型十分粗略，仿真结果与实际情况也有相当大的距离。而且，对保护装置的模拟并不仅仅是看保护单元的动作方程是否满足，还要涉及启动及选相等多方面的问题，这些问题使定值比较法在开发方面遇到了极大的困难。两者均通过设置保护装置的拒动和误动进行可靠性模拟。

仿真模拟的电力系统通常都有几千套甚至上万套的继电保护和安全自动装置。继电保护和安全自动装置的定值是仿真的重要的基础数据之一，但定值的整定却是一项非常烦琐和费时的工作。在这里，以湖北省电网为例,，依靠现有的整定手段,，完成一次全省220kV电网的整定需要20多人/月,，在考虑与地调联合调度时，地调的整定工作量也不容忽视。更有甚者，湖北省电网正在不断变化之中，每次新厂站的投运都意味着保护定值的调整，甚至是全网保护定值的重新整定。

逻辑比较法和定值比较法分别采用不同的定值体系，而且针对不同的运行方式，某些保护往往需要不同的定值，因此，仿真至少需要两套继电保护的定值，而且处于经常变化之中。另外，对于相同的保护原理，不同厂家的模型、实现方式及整定方法都有一定的区别，现有仿真对同一种保护原理通常只有一个模型，使得实际电网的定值在仿真中不能直接使用。所有这些给保护定值整定人员和DTS的运行维护人员带来了极大的工作量，是仿真实用化的难点所在。实际上，仿真的不同应用对保护定值的关注并不相同，针对不同的应用和保护类型进行定值比较法和逻辑比较法的合理选择，是简化仿真的系统实现及运行维护，使仿真成功实用化的关键问题之一。

结束语

我国在继电保护和安全自动装置领域具有良好的技术基础，并且立足于国内的科学研究领域，而且在技术解决方面临着新的问题需要解决。继电保护与自动装置的研究重点和发展方向应当着力于研究反映暂态量等新原理的保护，这样可以做到以下几点好处：提高运作速度和安全、可靠性；防止故障正确切除后的连锁反应导致大面积停电；发展新的稳定性预测和控制原理,构建继电保护、安全稳定控制与紧急控制的一体化系统。

而且继电保护和自动装置的仿真也是不可或缺的重要内容。其中，定值比较法相对于逻辑比较法而言，更具有较完善的理论依据。但是，从实现方面来说，定值比较法具有更大的难度。不过，从工程实现与运行维护的角度来说，逻辑比较法和定值比较法两套定值体系给定值整定和定值维护带来了极大的工作量，成为影响仿真实用化的重要的制约因素。因此，在仿真设计、开发和工程运行的各个环节中，应当根据不同的应用领域和不同的保护类型进行仿真方法的合理选择。

参考文献

[1]杨奇逊，黄少锋.微型机继电保护基础[M].北京:中国电力出版社.2010.

[2]王维俭.电网继电保护装置运行整定规程[J].重庆大学出版社.2010.