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摘要： 运行方式组合是进行继电保护整定计算的重要研究内容。本文以大量文献为参考分析了整定计算运行方式组合研究的发展现状，总结分析了传统的运行方式组合方法以及考虑环网开断及厂站方式变化的运行方式组合方法。面对电网结构越来越复杂的情况，指出了整定计算运行方式组合研究的发展方向。
关键词：整定计算；运行方式组合；轮断组合；环网开断；厂站运行方式
电力系统的安全保障离不开继电保护装置的正确、可靠动作。准确的继电保护整定计算是增强保护运行可靠性、保障电力系统安全稳定运行的基础。国内外无数运行实例证明，继电保护装置是电力系统安全稳定运行的重要防线。然而无数电网事故实例也说明，几乎凡是涉及停电范围较大的大型系统事故，都与继电保护装置的不正确动作有直接或者间接的关系。在2003年8月的美加大停电事故就是由于保护整定、保护不正确动作和继电保护缺乏统一配置，导致局部电网事故不能及时有效消除，从而引发一系列连锁反应，最终发展成大面积停电事故。
由于设备检修、负荷变化等因素的影响，电力系统运行方式是不断变化的，但是由于保护装置的定值在系统运行方式变化的过程中往往保持不变，保护定值仅在电网工程改造或投产重要设备等电网拓扑结构发生大范围、大幅度变化时才会重新整定和配置保护定值。为了保证在系统运行方式变化时保护装置仍能够可靠正确地动作，在进行整定计算时必须首先充分考虑运行方式的组合，即从系统所有可能的运行方式变化中挑选出极端的运行方式进行保护定值整定。在继电保护整定计算中，极端的系统运行方式是指所有系统可能出现的运行方式中保护与相邻保护最难满足选择性要求或者最难满足灵敏性要求的运行方式。从系统可能的运行方式中挑选出极端运行方式，按在这些极端运行方式下满足选择性和灵敏性的要求进行保护整定，则可以保证在常见的系统运行方式变化时保护能够正确动作。
1 整定计算运行方式组合研究的发展
为保证继电保护装置在不同系统运行方式下满足灵敏性和选择性的要求，在整定计算过程中，必须进行运行方式组合，确定其中较为苛刻的方式。整定计算传统的运行方式组合方法可以保证在大多数的网架结构和系统方式下保护定值的合理性。随着高压电网不断发展，交错嵌套、纷繁复杂的环网结构给整定计算中运行方式组合算法提出了新的挑战，同时随着计算机技术的发展，计算机强大的计算功能实现了继电保护整定理念的完全更新。在系统运行方式的选择上，必须更加合理有效地选择运行方式组合，使继电保护整定计算结果更加精确。针对传统运行方式组合的两端元件法无法满足现代电网复杂结构对继电保护的要求，许多学者开始将注意力转向考虑环网开断的影响及将更大范围内元件的方式变化纳入运行方式组合的范围。
2 整定计算运行方式组合方法研究现状
2.1 传统运行方式组合方法
传统的整定计算运行方式组合方法，称为“两端元件法”，其一般采用在系统基本运行方式的基础上，考虑保护对侧或背侧母线上元件的轮断组合，即认为保护所在线路两端母线上连接元件方式变化对保护定值的影响最大。例如在校验继电保护定值的灵敏度时，需要查找电力系统的最小运行方式，此时仅轮流开断保护所在线路背后母线上所连接的线路。在计算继电保护的动作值时，需要查找电力系统的最大运行方式，此时仅轮流开断保护所在线路对侧母线上所连的线路；保护对侧或背侧母线上的连接线路往往提供了较大的馈入电流，或者承担了较大的分支电流，其开断对保护定值的影响也较大。传统的运行方式选择原则实现简单，并且保证了在大多数的网架结构和系统方式下保护定值的合理性，在结构简单的辐射型网络结构中，根据这种传统的两端元件运行方式组合方法，能够有效确定整定计算的系统极端运行方式。
传统运行方式组合方法的主要不足之处是：没有充分考虑复杂环网拓扑结构中可能会存在环网开断等某些更为苛刻的运行方式，无法查找到正确合理的系统极端运行方式。另外，厂站方式的变化对一定范围内的保护定值也会带来较大的影响。随着电力系统的不断发展和电网结构的日趋复杂，电力系统中大型厂站数目逐渐增多，大环、小环交错连接的情况十分普遍。而且，随着电网规模的扩大，发电机非计划停运及调峰的随机事故很多，没有纳入计划的中性点接地变压器随机停运也时有发生。两端元件法都没有充分考虑上述情况。
2.2 考虑环网开断的运行方式组合方法
电力系统的日益发展和电网结构的日趋复杂，使得电力系统中同一母线上出线数目日益增多，大环、小环交错连接的状况十分普遍。环网中某些线路的投切操作可能大幅度地变更电力系统局部网络间的物理拓扑结构，对一定范围内的保护定值及正确动作产生较大的影响。
为了充分考虑环网开断对保护定值的影响、求取更准确的系统极端运行方式，文献[2]简单、定性地分析了环网开断对配合系数的影响。
文献[1]提出利用图论的子图分解和回路搜索技术，用于确定电网中的薄弱线路以及能解开包含保护回路数目最多的线路，其中薄弱线路的开断将使电力网络变成两个或多个连通的子图。将这两种线路加入到轮断组合的线路集合中来，但是这种方法实现起来比较繁琐。
文献[3]提出了扰动域的概念，利用反向的思维，根据开断线路反过来确定其影响的保护范围。该方法将线路开断前后通过保护的短路电流差值大小作为扰动保护的判据，从而确定开断某条线路所影响的保护范围。这种方法能够在较大拓扑范围内考虑到环网开断的影响，但是影响域的判断需要逐个变化线路的运行方式，并对大量保护的故障电流进行计算才能确定，增大了计算量，降低了整定计算的效率。
文献[4]对环网的电气耦合进行了分析，提出了一种基于环网电气耦合分析的运行方式组合方法。该方法有选择性地从主保护以及配合保护两侧线路中，挑出对定值影响较大的环网开断线路，将其纳入轮断组合的线路范围，能够有效、快速地计及环网开断对保护定值的影响、求取更为准确的极端运行方式。该方法在一定程度上缩短了确定极端运行方式的时间，但由于其将搜索范圍局限在保护背侧或配合保护对侧线路上，影响了极端运行方式的准确性。 文献[5]对基于电气耦合指标的运行方式组合方法进行了改进，提出了基于拓扑辨识的电力系统运行方式组合方法，该方法利用4个判据，首先判断线路是否在环网中，进而判断某一线路是否为与保护线路处于同一环网的接环线路。在对相关线路拓扑特征辨识的基础上，有针对性地选择开断后对定值有较大影响的线路。提高了保护定值合理性及整定计算的效率。
2.3 考虑厂站方式变化的运行方式组合方法
为了考虑电源运行方式变化对保护整定的影响，文献[6-7]提出了一种电流分布系数的方法，将故障时各个电源处电流与流过保护电流的比值作为影响域的判别指标，将大于这一指标的电源划入影响域。电流分布系数法主要适用于辐射型电网，由于超高压电网包含较多的环网结构，这一标准对于超高压电网就不太适用。在辐射型网络中，保护所在线路故障时流过保护的电流等于各个电源流出之和，因此，当某电源流出电流在流过保护电流中所占比例越大，则其方式变化对保护的影响程度就越大。但是，对于超高压电网包含大量环网，电源流出电流可以通过各种途径流到故障点，用此种比值方法显然不能代表该电源运行方式变化对保护影响程度的大小，因此，该指标对存在大量环网结构的超高压网络则无法准确地划定影响域。
文献[8]提出了一种利用紧邻集的运行方式组合方法，该方法利用厂站所在节点等效对地阻抗变化一定倍数时引起故障点自阻抗的变化幅度为影响域判断标准，将大于这一判别指标的厂站纳入影响域。但是由于该影响域判断标准没有充分考虑厂站方式的变化幅度，影响域划定不够准确。在超高压电网中，厂站运行方式的变化对保护的影响不仅仅只与厂站距离保护位置的远近有关，而且还与厂站运行方式的变化幅度有关。针对紧邻集法中存在的不足，论文[1]对其进行了改进，提出了一种改进紧邻集的运行方式组合方法，该方法将各个厂站等价为连接在厂站所在节点的一条接地支路，以该接地支路阻抗的变化表示厂站的方式变化；确定每个厂站不同方式下对应的接地支路阻抗值，以最大阻抗值到最小阻抗值的变化幅度表示该厂站方式的变化幅度。但是改进紧邻集法没有针对特定的故障量及厂站方式给出准确的指标，其准确性及效率仍有待提高。
文献[9]根据复杂网络理论，用带权网络模型来描述大型电力系统，基于此模型提出了一种节点最短电气距离的运行方式组合方法。该方法将节点间联系的电气强弱用最短电气距离来表示，并给出了分支系数计算和故障电流计算的最短电气距离判据，依据此判据，寻找系统内对分支系数和故障电流影响大于某一阀值的厂站，将其纳入进行方式组合。 该方法可以对传统运行方式组合方法所不能考虑到的更大范围内的厂站进行分析，提高了保护定值的合理性。
文献[10]提出了厂站灵敏度系数的概念，并以此作为判据来判定需要参与方式组合的系统电源。该方法通过预先确定对故障电流和配合系数影响较大的厂站及其方式，能够有选择性地考虑厂站方式变化对保护定值的影响并进行相应的故障和整定计算，从而有效减少不必要的组合方式及故障计算量。此方法利用电网节点阻抗矩阵，降低了计算的复杂性，但由于其在判据中用故障节点的注入电流来近似代替流经故障支路的电流，降低了判据的准确度。
3 展望
随着高压、特高压技术的电网的发展，电网结构日益复杂，为了保证整定计算定值的准确合理性，必须充分考虑运行方式组合情况。为了快速、准确地确定系统的极端运行方式或最优运行方式，一般从两个方面进行研究，用于提高运行方式组合的效率：①择“优”计算，避免无效或影响不大的运行方式扫描、计算，尽量减少运行方式组合的数目；②提高拓扑结构变化时的电力系统分析计算速度。
4 总结
运行方式组合是进行继电保护整定计算的重要研究内容。本文以大量文献为参考分析了整定计算运行方式组合研究的发展现状，总结分析了传统的运行方式组合方法以及考虑环网开断及厂站方式变化的运行方式组合方法。指出了未来整定计算运行方式组合研究需要充分考虑电网结构的复杂性，避免无效的运行方式扫描，提高分析计算速度。
参考文献
[1]李银红.超高压电力系统继电保护整定计算理论研究及系统开发[D].华中科技大学博士学位论文，2003.
[2]程小平. 配合系数与网络结构关系的研究[J].电力系统自动化，2000，27（9）：52-55.
[3]曹国臣，蔡国伟，王海军. 继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策[J].中国电机工程学报，2003，23（10）：51-56.
[4]杨雄平，段献忠，石东源.基于环网电气耦合指标的运行方式组合方法[J].电力系统自动化，2005，29（23）：64—68
[5]蒋科，吕飞鹏，郭亮，等.基于拓扑辨识的电力系统运行方式组合方法[J].电网技术，2010，34（2）：76-80.
[6]曹国臣，李娟，张连斌. 继电保护运行整定中分支系数计算方法的研究[J].继电器，1999，27（2）：5-9.
[7]李冰，赵海鸣，刘健，等.继电保护运行整定中计算分支系数的快速方法[J].继电器，2004，32（1）：21-23.
[8]刘敏，石东源，柳焕章等.线路零序电流保护计算机整定中运行方式的选择[J].继电器，2000，28（3）：15-17.
[9]李运坤，吕飞鹏，蒋科，等.基于最短电气距离的运行方式组合方法[J].电力系统保护与控制，2010，38（15）：24-27
[10]杨雄平，段献忠.基于厂站方式灵敏系数的运行方式组合方法[J].电力系统自动化，2006，30（23）：69-73
作者简介：
杨小萍（1973年12月—），女，本科，工程师，贵州遵义供电局，从事继电保护工作
李江华（1987年10月—），女，河北石家庄，硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护及电力系统自动化控制。
邮寄地址：贵州省遵义市汇川區南京路555号遵义供电局系统运行部，安小波，电话13985680512
关键词：整定计算；运行方式组合；轮断组合；环网开断；厂站运行方式
电力系统的安全保障离不开继电保护装置的正确、可靠动作。准确的继电保护整定计算是增强保护运行可靠性、保障电力系统安全稳定运行的基础。国内外无数运行实例证明，继电保护装置是电力系统安全稳定运行的重要防线。然而无数电网事故实例也说明，几乎凡是涉及停电范围较大的大型系统事故，都与继电保护装置的不正确动作有直接或者间接的关系。在2003年8月的美加大停电事故就是由于保护整定、保护不正确动作和继电保护缺乏统一配置，导致局部电网事故不能及时有效消除，从而引发一系列连锁反应，最终发展成大面积停电事故。
由于设备检修、负荷变化等因素的影响，电力系统运行方式是不断变化的，但是由于保护装置的定值在系统运行方式变化的过程中往往保持不变，保护定值仅在电网工程改造或投产重要设备等电网拓扑结构发生大范围、大幅度变化时才会重新整定和配置保护定值。为了保证在系统运行方式变化时保护装置仍能够可靠正确地动作，在进行整定计算时必须首先充分考虑运行方式的组合，即从系统所有可能的运行方式变化中挑选出极端的运行方式进行保护定值整定。在继电保护整定计算中，极端的系统运行方式是指所有系统可能出现的运行方式中保护与相邻保护最难满足选择性要求或者最难满足灵敏性要求的运行方式。从系统可能的运行方式中挑选出极端运行方式，按在这些极端运行方式下满足选择性和灵敏性的要求进行保护整定，则可以保证在常见的系统运行方式变化时保护能够正确动作。
1 整定计算运行方式组合研究的发展
为保证继电保护装置在不同系统运行方式下满足灵敏性和选择性的要求，在整定计算过程中，必须进行运行方式组合，确定其中较为苛刻的方式。整定计算传统的运行方式组合方法可以保证在大多数的网架结构和系统方式下保护定值的合理性。随着高压电网不断发展，交错嵌套、纷繁复杂的环网结构给整定计算中运行方式组合算法提出了新的挑战，同时随着计算机技术的发展，计算机强大的计算功能实现了继电保护整定理念的完全更新。在系统运行方式的选择上，必须更加合理有效地选择运行方式组合，使继电保护整定计算结果更加精确。针对传统运行方式组合的两端元件法无法满足现代电网复杂结构对继电保护的要求，许多学者开始将注意力转向考虑环网开断的影响及将更大范围内元件的方式变化纳入运行方式组合的范围。
2 整定计算运行方式组合方法研究现状
2.1 传统运行方式组合方法
传统的整定计算运行方式组合方法，称为“两端元件法”，其一般采用在系统基本运行方式的基础上，考虑保护对侧或背侧母线上元件的轮断组合，即认为保护所在线路两端母线上连接元件方式变化对保护定值的影响最大。例如在校验继电保护定值的灵敏度时，需要查找电力系统的最小运行方式，此时仅轮流开断保护所在线路背后母线上所连接的线路。在计算继电保护的动作值时，需要查找电力系统的最大运行方式，此时仅轮流开断保护所在线路对侧母线上所连的线路；保护对侧或背侧母线上的连接线路往往提供了较大的馈入电流，或者承担了较大的分支电流，其开断对保护定值的影响也较大。传统的运行方式选择原则实现简单，并且保证了在大多数的网架结构和系统方式下保护定值的合理性，在结构简单的辐射型网络结构中，根据这种传统的两端元件运行方式组合方法，能够有效确定整定计算的系统极端运行方式。
传统运行方式组合方法的主要不足之处是：没有充分考虑复杂环网拓扑结构中可能会存在环网开断等某些更为苛刻的运行方式，无法查找到正确合理的系统极端运行方式。另外，厂站方式的变化对一定范围内的保护定值也会带来较大的影响。随着电力系统的不断发展和电网结构的日趋复杂，电力系统中大型厂站数目逐渐增多，大环、小环交错连接的情况十分普遍。而且，随着电网规模的扩大，发电机非计划停运及调峰的随机事故很多，没有纳入计划的中性点接地变压器随机停运也时有发生。两端元件法都没有充分考虑上述情况。
2.2 考虑环网开断的运行方式组合方法
电力系统的日益发展和电网结构的日趋复杂，使得电力系统中同一母线上出线数目日益增多，大环、小环交错连接的状况十分普遍。环网中某些线路的投切操作可能大幅度地变更电力系统局部网络间的物理拓扑结构，对一定范围内的保护定值及正确动作产生较大的影响。
为了充分考虑环网开断对保护定值的影响、求取更准确的系统极端运行方式，文献[2]简单、定性地分析了环网开断对配合系数的影响。
文献[1]提出利用图论的子图分解和回路搜索技术，用于确定电网中的薄弱线路以及能解开包含保护回路数目最多的线路，其中薄弱线路的开断将使电力网络变成两个或多个连通的子图。将这两种线路加入到轮断组合的线路集合中来，但是这种方法实现起来比较繁琐。
文献[3]提出了扰动域的概念，利用反向的思维，根据开断线路反过来确定其影响的保护范围。该方法将线路开断前后通过保护的短路电流差值大小作为扰动保护的判据，从而确定开断某条线路所影响的保护范围。这种方法能够在较大拓扑范围内考虑到环网开断的影响，但是影响域的判断需要逐个变化线路的运行方式，并对大量保护的故障电流进行计算才能确定，增大了计算量，降低了整定计算的效率。
文献[4]对环网的电气耦合进行了分析，提出了一种基于环网电气耦合分析的运行方式组合方法。该方法有选择性地从主保护以及配合保护两侧线路中，挑出对定值影响较大的环网开断线路，将其纳入轮断组合的线路范围，能够有效、快速地计及环网开断对保护定值的影响、求取更为准确的极端运行方式。该方法在一定程度上缩短了确定极端运行方式的时间，但由于其将搜索范圍局限在保护背侧或配合保护对侧线路上，影响了极端运行方式的准确性。 文献[5]对基于电气耦合指标的运行方式组合方法进行了改进，提出了基于拓扑辨识的电力系统运行方式组合方法，该方法利用4个判据，首先判断线路是否在环网中，进而判断某一线路是否为与保护线路处于同一环网的接环线路。在对相关线路拓扑特征辨识的基础上，有针对性地选择开断后对定值有较大影响的线路。提高了保护定值合理性及整定计算的效率。
2.3 考虑厂站方式变化的运行方式组合方法
为了考虑电源运行方式变化对保护整定的影响，文献[6-7]提出了一种电流分布系数的方法，将故障时各个电源处电流与流过保护电流的比值作为影响域的判别指标，将大于这一指标的电源划入影响域。电流分布系数法主要适用于辐射型电网，由于超高压电网包含较多的环网结构，这一标准对于超高压电网就不太适用。在辐射型网络中，保护所在线路故障时流过保护的电流等于各个电源流出之和，因此，当某电源流出电流在流过保护电流中所占比例越大，则其方式变化对保护的影响程度就越大。但是，对于超高压电网包含大量环网，电源流出电流可以通过各种途径流到故障点，用此种比值方法显然不能代表该电源运行方式变化对保护影响程度的大小，因此，该指标对存在大量环网结构的超高压网络则无法准确地划定影响域。
文献[8]提出了一种利用紧邻集的运行方式组合方法，该方法利用厂站所在节点等效对地阻抗变化一定倍数时引起故障点自阻抗的变化幅度为影响域判断标准，将大于这一判别指标的厂站纳入影响域。但是由于该影响域判断标准没有充分考虑厂站方式的变化幅度，影响域划定不够准确。在超高压电网中，厂站运行方式的变化对保护的影响不仅仅只与厂站距离保护位置的远近有关，而且还与厂站运行方式的变化幅度有关。针对紧邻集法中存在的不足，论文[1]对其进行了改进，提出了一种改进紧邻集的运行方式组合方法，该方法将各个厂站等价为连接在厂站所在节点的一条接地支路，以该接地支路阻抗的变化表示厂站的方式变化；确定每个厂站不同方式下对应的接地支路阻抗值，以最大阻抗值到最小阻抗值的变化幅度表示该厂站方式的变化幅度。但是改进紧邻集法没有针对特定的故障量及厂站方式给出准确的指标，其准确性及效率仍有待提高。
文献[9]根据复杂网络理论，用带权网络模型来描述大型电力系统，基于此模型提出了一种节点最短电气距离的运行方式组合方法。该方法将节点间联系的电气强弱用最短电气距离来表示，并给出了分支系数计算和故障电流计算的最短电气距离判据，依据此判据，寻找系统内对分支系数和故障电流影响大于某一阀值的厂站，将其纳入进行方式组合。 该方法可以对传统运行方式组合方法所不能考虑到的更大范围内的厂站进行分析，提高了保护定值的合理性。
文献[10]提出了厂站灵敏度系数的概念，并以此作为判据来判定需要参与方式组合的系统电源。该方法通过预先确定对故障电流和配合系数影响较大的厂站及其方式，能够有选择性地考虑厂站方式变化对保护定值的影响并进行相应的故障和整定计算，从而有效减少不必要的组合方式及故障计算量。此方法利用电网节点阻抗矩阵，降低了计算的复杂性，但由于其在判据中用故障节点的注入电流来近似代替流经故障支路的电流，降低了判据的准确度。
3 展望
随着高压、特高压技术的电网的发展，电网结构日益复杂，为了保证整定计算定值的准确合理性，必须充分考虑运行方式组合情况。为了快速、准确地确定系统的极端运行方式或最优运行方式，一般从两个方面进行研究，用于提高运行方式组合的效率：①择“优”计算，避免无效或影响不大的运行方式扫描、计算，尽量减少运行方式组合的数目；②提高拓扑结构变化时的电力系统分析计算速度。
4 总结
运行方式组合是进行继电保护整定计算的重要研究内容。本文以大量文献为参考分析了整定计算运行方式组合研究的发展现状，总结分析了传统的运行方式组合方法以及考虑环网开断及厂站方式变化的运行方式组合方法。指出了未来整定计算运行方式组合研究需要充分考虑电网结构的复杂性，避免无效的运行方式扫描，提高分析计算速度。
参考文献
[1]李银红.超高压电力系统继电保护整定计算理论研究及系统开发[D].华中科技大学博士学位论文，2003.
[2]程小平. 配合系数与网络结构关系的研究[J].电力系统自动化，2000，27（9）：52-55.
[3]曹国臣，蔡国伟，王海军. 继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策[J].中国电机工程学报，2003，23（10）：51-56.
[4]杨雄平，段献忠，石东源.基于环网电气耦合指标的运行方式组合方法[J].电力系统自动化，2005，29（23）：64—68
[5]蒋科，吕飞鹏，郭亮，等.基于拓扑辨识的电力系统运行方式组合方法[J].电网技术，2010，34（2）：76-80.
[6]曹国臣，李娟，张连斌. 继电保护运行整定中分支系数计算方法的研究[J].继电器，1999，27（2）：5-9.
[7]李冰，赵海鸣，刘健，等.继电保护运行整定中计算分支系数的快速方法[J].继电器，2004，32（1）：21-23.
[8]刘敏，石东源，柳焕章等.线路零序电流保护计算机整定中运行方式的选择[J].继电器，2000，28（3）：15-17.
[9]李运坤，吕飞鹏，蒋科，等.基于最短电气距离的运行方式组合方法[J].电力系统保护与控制，2010，38（15）：24-27
[10]杨雄平，段献忠.基于厂站方式灵敏系数的运行方式组合方法[J].电力系统自动化，2006，30（23）：69-73
作者简介：
杨小萍（1973年12月—），女，本科，工程师，贵州遵义供电局，从事继电保护工作
李江华（1987年10月—），女，河北石家庄，硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护及电力系统自动化控制。
邮寄地址：贵州省遵义市汇川區南京路555号遵义供电局系统运行部，安小波，电话13985680512