摘　要：在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算的過(guò)程中，需要快速合理的確定運(yùn)行方式進(jìn)行故障計(jì)算。本文針對(duì)傳統(tǒng)選擇方法中考慮的運(yùn)行方式較少，使得整定值過(guò)于保守的缺點(diǎn)，在傳統(tǒng)選擇方法的基礎(chǔ)上，借用計(jì)算機(jī)的高速性能，利用網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣的變化，提出了一種基于耦合度的選擇方法，并在實(shí)例中驗(yàn)證了此方法。
關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；整定計(jì)算；運(yùn)行方式；耦合度
　　
　　
　　0 引言
　　繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分[1]，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著極為重要的作用，而正確的整定計(jì)算則是繼電保護(hù)裝置可靠運(yùn)行的保障。在電力系統(tǒng)中，保護(hù)的整定值確定下來(lái)以后是不宜頻繁更改的，所以保護(hù)定值需要能夠適應(yīng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式。因此要得到正確的整定值必須在整定過(guò)程中考慮系統(tǒng)中各種可能的運(yùn)行方式，并求得各運(yùn)行方式下的相關(guān)計(jì)算值。
　　繼電保護(hù)整定計(jì)算用的運(yùn)行方式，是在電力系統(tǒng)確定好運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，在不影響繼電保護(hù)的保護(hù)效果的前提下，為提高繼電保護(hù)對(duì)運(yùn)行方式變化的適應(yīng)能力再進(jìn)一步選擇停運(yùn)、檢修、故障的方式。
　　從理論上來(lái)講，整定一條線路時(shí)，應(yīng)該考慮所有可能運(yùn)行方式，但是隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益擴(kuò)大和復(fù)雜，當(dāng)今大系統(tǒng)有大量元件，要考慮所有元件運(yùn)行狀態(tài)的變化及其組合，其工作量是驚人的。假如一個(gè)變電站有N個(gè)元件，進(jìn)行對(duì)側(cè)開關(guān)零序一段整定時(shí)，考慮輪換檢修1個(gè)和2個(gè)元件的組合方式有：+,就算依賴計(jì)算機(jī)，這樣多方式下的計(jì)算時(shí)間也是難以接受的。
　　現(xiàn)在整定的任務(wù)是如何從這么多的運(yùn)行方式中選擇與待整定線路極其相關(guān)的幾種運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算。合理的選擇運(yùn)行方式可以改善保護(hù)效果，充分發(fā)揮保護(hù)的效能。
　　
　　1 傳統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇
　　整定計(jì)算中，傳統(tǒng)選擇運(yùn)行方式的原則是比較簡(jiǎn)單的，就是以電力系統(tǒng)常見的運(yùn)行方式為依據(jù)。電力系統(tǒng)常見的運(yùn)行方式包括正常運(yùn)行方式和正常檢修方式[2]。正常運(yùn)行方式是系統(tǒng)經(jīng)常所處的運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備全部投入運(yùn)行，發(fā)電設(shè)備則按照系統(tǒng)正常負(fù)荷要求全部或部分投入。正常檢修方式，是指在正常運(yùn)行方式下，與被保護(hù)設(shè)備相鄰的一回線或一個(gè)元件檢修的狀態(tài)。在進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，盡可能保證在各檢修狀態(tài)下，保護(hù)裝置的選擇性和靈敏性都能滿足“繼電保護(hù)整定計(jì)算條例”，整定值盡量保證在正常運(yùn)行方式下保護(hù)有較好的性能。
　　對(duì)于特殊運(yùn)行方式，即正常檢修方式以外的其它檢修方式，不作為整定的依據(jù)，但要作好補(bǔ)充整定方案，滿足臨時(shí)處理的需要。
　　對(duì)于目前的大電網(wǎng)而言，發(fā)電機(jī)的非計(jì)劃停運(yùn)較多，應(yīng)該考慮其運(yùn)行方式，而且若按傳統(tǒng)方法僅考慮相鄰線路的輪斷，得到的定值往往過(guò)于保守。但考慮所有運(yùn)行方式，時(shí)間不允許。所以考慮選擇起重要作用的一部分運(yùn)行方式參與計(jì)算[3]。有人提出一種緊鄰節(jié)點(diǎn)的判別方法，但僅考慮的是廠站運(yùn)行方式的變化，未能選擇所有線路。
　　
　　2 運(yùn)行方式變化與電流變化的關(guān)系
　　運(yùn)行方式的選擇，實(shí)際是元件的選擇，即選出哪些元件與保護(hù)所在線路關(guān)系密切。耦合度分析法是利用數(shù)學(xué)模型，建立起被保護(hù)元件所在線路與其他線路的耦合度關(guān)系，耦合度大的表示二者關(guān)系緊密，需要考慮這條線路運(yùn)行方式的變化。耦合度關(guān)系的建立是分析方法的關(guān)鍵。
　　2.1模型的建立
　　適當(dāng)?shù)倪x擇計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于提高計(jì)算速度是至關(guān)重要的。用節(jié)點(diǎn)方程表征一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一般利用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣模型，在分析時(shí)，可直接取有關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，在多次重復(fù)使用時(shí)，計(jì)算速度快。在電力系統(tǒng)故障計(jì)算中，網(wǎng)絡(luò)方程表示為Z.I＝U，其中為n階方陣。利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣表征網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于一般線路運(yùn)行方式改變用支路追加法修正矩陣。比如線路Lij
　　

　　2.2運(yùn)行方式的變化引起電流變化的過(guò)程
　　建立保護(hù)線路與其他元件的耦合度關(guān)系，實(shí)際是尋找當(dāng)元件狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，保護(hù)所在線路末端短路時(shí)，線路電流變化的規(guī)律。在電力系統(tǒng)中，零序電流保護(hù)受運(yùn)行方式變化影響較大，因此就以零序保護(hù)為例，考查運(yùn)行方式變化引起零序電流變化的過(guò)程。
　　元件運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，也就是描述網(wǎng)絡(luò)的阻抗矩陣要發(fā)生變化，Z變成Z<--單引號(hào)-->。產(chǎn)生零序電流的故障只有單相或兩相接地故障，則假設(shè)在Z矩陣中，發(fā)生兩相短路接地（b,c兩相接地故障），分析支路零序電流的大小情況。
　　

　　可見三個(gè)序網(wǎng)在故障點(diǎn)并聯(lián)。
　　　　故障處零序電流為：
　　

　　在公式中，Uf|0|為故障口開路電壓，可由原始阻抗矩陣和原節(jié)點(diǎn)電流源得出。從公式（1）、公式（2）、公式（3）可以看出，影響故障時(shí)支路電流零序分量的變量有阻抗矩陣相關(guān)元素、端口等值阻抗、外加等值阻抗以及節(jié)點(diǎn)電流。
　　當(dāng)運(yùn)行方式發(fā)生變化，即某條線路斷開，原阻抗矩陣元素發(fā)生變化，引起一系列等值阻抗變化，從而引起支路電流零序分量的變化。
　　
　　3耦合度關(guān)系的提出
　　耦合度是描述元件關(guān)聯(lián)程度的量。
　　由上分析可知電流變化由阻抗變化引起，阻抗矩陣中各相關(guān)元素對(duì)于電流變化所起的作用大小是不同的，若能從中找到可以完全代表電流變化的元素，那么求取電流變化程度的過(guò)程就變成求取阻抗變化的過(guò)程，阻抗的變化過(guò)程可以直接從阻抗矩陣得到，過(guò)程簡(jiǎn)單。
　　自阻抗是短路電流計(jì)算中一個(gè)比較重要的量，現(xiàn)考察自阻抗變化與電流變化的關(guān)系。
　　如圖1所示，取大系統(tǒng)中的一處環(huán)網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算分析，在節(jié)點(diǎn)3處發(fā)生兩相短路接地故障，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式變化時(shí)，考察線路2—3的電流變化情況以及阻抗變化情況。
　　

　　系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。線路名以首末節(jié)點(diǎn)號(hào)表示，兩電源等值電抗皆為0.1，其中，E″1＝1.1，E″2＝1.0。
　　　　現(xiàn)比較運(yùn)行方式變化下，△Z33(0)與△I23(0)的變化情況。分別斷開線路D3-D4,D1-D4,D1-D2,得到自阻抗與零序電流變化值如表2所示。

　　

　　

　　<--圖片標(biāo)記8-->
　　把變化的量一一對(duì)應(yīng)，畫出如圖2所示對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　在圖2中橫坐標(biāo)為零序電流變化量，縱坐標(biāo)為零序阻抗短路點(diǎn)自阻抗變化量，從圖中看二者變化趨勢(shì)基本一致，即自阻抗的變化可以看出零序電流的變化。
　　由此定義出保護(hù)所在元件與其他元件的耦合度關(guān)系，這種耦合度關(guān)系用表示，其值在0與1之間，值越大表示耦合關(guān)系越強(qiáng)。即其他元件運(yùn)行狀態(tài)的改變對(duì)保護(hù)線路處流過(guò)短路電流的影響可用表示，影響大的耦合度強(qiáng)，影響小的耦合度弱。
　　這種判據(jù)方法只需用原始阻抗矩陣的相關(guān)元素，比較簡(jiǎn)單。在整定計(jì)算中，選擇運(yùn)行方式時(shí)，可以先確定耦合度的限值，大于限定值的，其對(duì)應(yīng)運(yùn)行方式需要考慮，也可設(shè)定想要考慮運(yùn)行方式總數(shù)，把運(yùn)行方式按耦合度大小排列，依次選擇運(yùn)行方式。這種選擇方法既避免傳統(tǒng)運(yùn)行方式選擇的簡(jiǎn)單化，又避免了電流計(jì)算的復(fù)雜化，操作簡(jiǎn)單，比較實(shí)用。
　　
　　4結(jié)論
　　本文針對(duì)傳統(tǒng)選擇運(yùn)行方式的弱點(diǎn)，提出一種基于耦合度的選擇方法， 并由實(shí)例說(shuō)明了方法的可靠性。這種方法可由計(jì)算機(jī)快速實(shí)現(xiàn)，可以提高整定效率和整定精度。