區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與故障識(shí)別

武奮前

【摘 要】區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)是在廣域繼電保護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行馬蜂窩式的分區(qū)，并以區(qū)域?yàn)閱挝粚?shí)施繼電保護(hù)，是對(duì)廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的拓展和優(yōu)化。區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)在故障判斷與處理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上均具有較大優(yōu)勢(shì)。每個(gè)分區(qū)繼電保護(hù)系統(tǒng)即具有優(yōu)越的分析故障和制定決策的獨(dú)立性，同時(shí)與其它分區(qū)還具有必要的協(xié)調(diào)性和互聯(lián)性。本文在傳統(tǒng)的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域繼電保護(hù)的特征與功能，重點(diǎn)研究了區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)的功能特性、系統(tǒng)構(gòu)成及故障的分析與判斷等問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；故障識(shí)別

0.引言

在電網(wǎng)的安全運(yùn)行過(guò)程中，繼電保護(hù)起著至關(guān)重要的作用。繼電保護(hù)在隔離故障并將事故消滅在萌芽狀態(tài)的過(guò)程中，充分發(fā)揮了其速動(dòng)性及可靠性。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，因后備系統(tǒng)保護(hù)操作誤動(dòng)引起的電力系統(tǒng)擾動(dòng)占1/4。過(guò)去以就地檢測(cè)信息的后備保護(hù)常會(huì)因無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的整定配合而存在較大缺陷，特別是在現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)的高度智能化和互聯(lián)的運(yùn)行模式下表現(xiàn)的更加突出。因潮流轉(zhuǎn)移而引發(fā)的整定配合錯(cuò)誤及連鎖跳閘故障均可能會(huì)造成電網(wǎng)系統(tǒng)擾動(dòng)失穩(wěn)。

近些年，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，WAMS（廣域測(cè)量）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在智能信息化電網(wǎng)中突破上述有關(guān)繼電保護(hù)瓶頸的應(yīng)用。參考國(guó)際電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）內(nèi)容，對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)功能可從兩個(gè)層面上進(jìn)行理解：一是監(jiān)測(cè)、評(píng)估和分析電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行的安全穩(wěn)定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)廣域信息的安全控制；二是基于廣域信息對(duì)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)進(jìn)行工作性能的提高和改進(jìn)。在現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)中，主保護(hù)通常多采用縱聯(lián)保護(hù)，其特點(diǎn)是動(dòng)作響應(yīng)快，正確率高，不受負(fù)載的影響，整定簡(jiǎn)單等，而對(duì)廣域信息的在線檢測(cè)、采樣過(guò)程中，信息的傳遞存在延時(shí)，使得其安全性及可靠性降低，所以，基于廣域信息提高繼電保護(hù)性能的過(guò)程中要注重后備保護(hù)的研究。

1.廣域電網(wǎng)的分區(qū)域繼電保護(hù)

電網(wǎng)系統(tǒng)中的廣域繼電保護(hù)主要是通過(guò)采集廣域電網(wǎng)的同步監(jiān)測(cè)信息，通過(guò)整合上述信息，計(jì)算并判斷電網(wǎng)系統(tǒng)的故障區(qū)域和部位，同時(shí)還可利用邏輯整合將故障有效排除。電網(wǎng)中所采用的廣域繼電保護(hù)按其結(jié)構(gòu)形式通?？煞譃槿N：集中式、分布式、分布集中式。其中，前兩種存在一定優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也具有一些不足之處，這時(shí)就不另行闡述，下面重點(diǎn)就分布集中式繼電保護(hù)進(jìn)行分析。

電網(wǎng)系統(tǒng)中的分布式廣域繼電保護(hù)是指將整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)分區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)電流、電壓穩(wěn)定性及安全性的管理，其結(jié)構(gòu)形式如同蜂窩，同時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)分成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的信息獨(dú)立成一個(gè)系統(tǒng)，擁有獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，區(qū)域之間僅有一小部分的信息可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但互聯(lián)的信息量相對(duì)減少，其獨(dú)立性更為突出。采用該結(jié)構(gòu)形式不但可以做到對(duì)各區(qū)域的獨(dú)立保護(hù)，而且避免了大量系統(tǒng)信息的傳輸，同時(shí)以必要的少量互聯(lián)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)的每個(gè)區(qū)域及電網(wǎng)系統(tǒng)整體均具有較高的穩(wěn)定性及安全性。在區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)。

1.1各區(qū)域的決策中心。

首先在分好的每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定出信息中心，主要負(fù)責(zé)對(duì)該區(qū)域的信息收集和分析，同時(shí)進(jìn)行計(jì)算和做出決策，從而確保該區(qū)域系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。選擇信息中心時(shí)應(yīng)對(duì)各方面因素進(jìn)行充分的綜合考慮和分析，主要包括輸電系統(tǒng)的地理位置、環(huán)境因素及氣候條件，線路間的連通關(guān)系，與其它區(qū)域的連接關(guān)系等。通常，應(yīng)將電網(wǎng)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)較多、線路較密集的位置設(shè)定為繼電保護(hù)的信息中心。

1.2分區(qū)域的監(jiān)控和保護(hù)范圍。

分區(qū)域繼電保護(hù)不僅要實(shí)現(xiàn)本區(qū)域的近程保護(hù)功能，而且還要能通過(guò)少量的信息交互實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的保護(hù)功能。在進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡最大可能使各部分能夠解決掉自己部分的故障和問(wèn)題，減少各部分的信息交互量，這樣就要求各部分保護(hù)范圍的設(shè)定能夠覆蓋整個(gè)電網(wǎng)范圍。所以，在設(shè)定保護(hù)范圍時(shí)，應(yīng)以決策中心為起點(diǎn)，達(dá)到下一個(gè)線路的終點(diǎn)為宜。同時(shí)為了在后面電網(wǎng)的擴(kuò)展中方便加入新的變電站，保護(hù)的范圍可以適當(dāng)大一些。

1.3區(qū)域間的交互保護(hù)范圍。

我們知道分區(qū)域繼電保護(hù)間要通過(guò)少量的信息傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的遠(yuǎn)程保護(hù)，雖然我們?yōu)榱苏麄€(gè)系統(tǒng)的效率要盡量減少這種信息傳輸量，但是為了保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全，這種信息的傳輸和遠(yuǎn)程的保護(hù)是十分必要的。在區(qū)域間為了確保信息的傳輸至少要有一條通信線路，這樣才能夠保證電流傳輸在通過(guò)區(qū)域邊界發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)有效地得到解決。為了能夠很好地解決邊界故障問(wèn)題，分區(qū)域間的遠(yuǎn)程保護(hù)范圍應(yīng)該盡量把所有進(jìn)程保護(hù)范圍的邊界包含在內(nèi)。同時(shí)還要結(jié)合各個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的整體規(guī)劃、運(yùn)行方式、安全控制方式進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。

2.分區(qū)域繼電保護(hù)的故障識(shí)別

分區(qū)域繼電保護(hù)主要通過(guò)繼電保護(hù)部件狀態(tài)的自測(cè)自檢、綜合識(shí)別及區(qū)域比較判斷等方式來(lái)判斷識(shí)別廣域電網(wǎng)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題及故障。

2.1各區(qū)域比較識(shí)別

每個(gè)區(qū)域的信息中心對(duì)所屬區(qū)域的當(dāng)期數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，將收集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)給定的參數(shù)及過(guò)去同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，若所采集的數(shù)據(jù)未偏離給定參數(shù)或以往數(shù)據(jù)，則說(shuō)明該區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)正常，此時(shí)繼電保護(hù)無(wú)需采取任何執(zhí)行動(dòng)作，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)后續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)。若所采集到的數(shù)據(jù)與給定參數(shù)或以往數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大偏差，則說(shuō)明系統(tǒng)處于不良狀態(tài)或發(fā)生了故障，信息中心要分析和判斷故障的性質(zhì)是整體性的還是區(qū)域性的，若為區(qū)域性故障，繼電保護(hù)則迅速做出保護(hù)動(dòng)作，若為整體性故障，信息中心則會(huì)將信息交予整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的決策中心來(lái)處理。

2.2綜合識(shí)別

電網(wǎng)系統(tǒng)的決策中心主要負(fù)責(zé)采集其下屬區(qū)域信息中心的綜合信息，通過(guò)在宏觀層面上對(duì)綜合信息的觀測(cè)，并對(duì)故障進(jìn)行綜合判斷，從而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行控制。決策中心的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)和控制各區(qū)域遠(yuǎn)程保護(hù)的安全高效運(yùn)行，確保整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)自檢自評(píng)

繼電保護(hù)設(shè)備在對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施檢測(cè)控制的過(guò)程中，還可以通過(guò)對(duì)自身工作狀態(tài)的檢測(cè)與控制進(jìn)行系統(tǒng)自身功能及效率的評(píng)估，從而確保其功能的穩(wěn)定性。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，故障錄波器及微型繼電保護(hù)器已廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，故障錄波器及微型繼電保護(hù)器均可以實(shí)現(xiàn)故障信息以數(shù)據(jù)的形式傳輸至電網(wǎng)調(diào)度中心。文中研究區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)與故障識(shí)別的目的在于建立電網(wǎng)智能化、信息化的調(diào)度系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠?yàn)檎{(diào)度系統(tǒng)提供詳細(xì)有效的數(shù)據(jù)信息，并為電力的快速恢復(fù)提供保障。在分區(qū)域繼電保護(hù)的有效控制保護(hù)下，我們有理由相信未來(lái)的輸電系統(tǒng)將會(huì)功率更高、系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何志勤，張哲，尹項(xiàng)根，陳衛(wèi). 電力系統(tǒng)廣域繼電保護(hù)研究綜述[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備. 2010（05）.

[2] 李振興，尹項(xiàng)根，張哲，何志勤. 有限廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的分區(qū)原則與實(shí)現(xiàn)方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2010（19）.

[3] 李躍武. 分析變電線路保護(hù)及電氣綜合自動(dòng)化[J]. 河南科技. 2013（06）.

[4] 尹項(xiàng)根，汪旸，張哲. 適應(yīng)智能電網(wǎng)的有限廣域繼電保護(hù)分區(qū)與跳閘策略[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2010（07）.

[5] 馮少輝. 淺析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的應(yīng)用[J]. 中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）. 2010（07）.

[6] 陳偉強(qiáng). 電力系統(tǒng)裝置保護(hù)方式與問(wèn)題分析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2009（03）.