方向比較原理框架模式下的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)研究

付強(qiáng)

摘 要：從廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和算法入手，分析方向比較原理下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和一次設(shè)備、方向IED的表示方法，并在此基礎(chǔ)上分析系統(tǒng)故障定位功能的實(shí)現(xiàn)，旨在幫助人們更好地了解廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)；方向比較原理；一次設(shè)備；方向IED

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）10-0007-02

繼電保護(hù)系統(tǒng)是電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，必須確保其動(dòng)作的可靠性和速動(dòng)性。近年來，各地頻繁發(fā)生停電事故的主要原因是：某一元件的損壞或電力系統(tǒng)檢修中誤動(dòng)作的發(fā)生，電力系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)移，進(jìn)而導(dǎo)致后備設(shè)備的誤動(dòng)作，最終出現(xiàn)電網(wǎng)大面積的崩潰和故障。隨著智能電網(wǎng)的建立，人們對(duì)電網(wǎng)性能的要求越來越高，因此必須提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，減少大面積停電等大型故障。

隨著廣域測(cè)量技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，其在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛，這既能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的監(jiān)測(cè)、控制和對(duì)故障的快速識(shí)別，又能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生繼電保護(hù)功能。

1 廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)系統(tǒng)能同時(shí)基于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)，保護(hù)電網(wǎng)的某一特定區(qū)域。一般來說，將繼電保護(hù)系統(tǒng)安裝在變電站內(nèi)，通過搜集所在變電站及其相鄰變電站內(nèi)方向IED設(shè)備的故障信息，能夠準(zhǔn)確地定位故障位置。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

變電站內(nèi)的方向IED設(shè)備將故障方向信息傳遞給廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)，相鄰變電站內(nèi)的方向IED設(shè)備將故障方向信息傳遞給廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)，然后由系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位故障的位置，接著向有關(guān)終端發(fā)出跳閘指令，隔離故障元件，這就是集中式繼電保護(hù)系統(tǒng)。集中式繼電保護(hù)系統(tǒng)以變電站為中心，對(duì)廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)的依賴性非常高，如果某套廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常運(yùn)行時(shí)，其必將會(huì)影響到廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，因此，變電站級(jí)的廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)可采用冗余的方式設(shè)計(jì)。另外，通信技術(shù)、電力技術(shù)、新型材料等的發(fā)展在很大程度上保證了廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

2 廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)

2.1 一次設(shè)備、方向IED的表示方法

廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象包括變電站中的所有線路和一次設(shè)備，由于母線保護(hù)與變電站主接線方式聯(lián)系緊密，使得一次設(shè)備的表示方法關(guān)系到廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。另外，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障定位功能，應(yīng)在斷路器或電流互感器處安裝方向IED設(shè)備。

對(duì)于一次設(shè)備而言，其表示方法為：ID—設(shè)備類型—接線方式—設(shè)備名稱—設(shè)備上級(jí)變電站數(shù)組—設(shè)備狀態(tài)。從廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的算法來說，ID表示的是方法中的關(guān)鍵字，它是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行類型區(qū)分的關(guān)鍵。設(shè)備類型不僅是系統(tǒng)中的一次設(shè)備，同時(shí)還是虛擬母線中的一次設(shè)備，將虛擬母線作為一次設(shè)備，有利于方向IED設(shè)備更好地發(fā)揮定位作用。接線方式主要有T接線路、普通兩端線路、單母接線和雙母接線。設(shè)備名稱就是廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)中一次設(shè)備的名稱。設(shè)備上級(jí)變電站數(shù)組則是指一次設(shè)備所連接的廠站。一般來說，如果一次設(shè)備為廠站內(nèi)元件，則設(shè)備上級(jí)變電站數(shù)組取值1；如果為廠站間設(shè)備，則取值應(yīng)該是該一次設(shè)備所連接的廠站數(shù)；如果為普通兩端線路下的一次設(shè)備，則取值2；如果為T接線路下的一次設(shè)備，則取值3.最后一點(diǎn)為設(shè)備狀態(tài)，一般有運(yùn)行和停運(yùn)兩種狀態(tài)。

方向IED設(shè)備的表示方法為：ID—I側(cè)連接一次設(shè)備—J側(cè)連接一次設(shè)備—斷路器ID.ID一般按照方向IED設(shè)備的安裝位置進(jìn)行劃分，例如安裝在普通斷路器位置的方向IED設(shè)備、安裝在母線斷路器位置的方向IED設(shè)備等。I側(cè)連接一次設(shè)備和J側(cè)連接一次設(shè)備表示的是方向IED設(shè)備的I側(cè)和J側(cè)所連接的一次設(shè)備。斷路器ID表示的是方向IED設(shè)備所連接的斷路器的ID號(hào)，如果沒有，則取值0.

2.2 故障定位

在方向比較原理框架模式下，廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)中的所有方向的IED設(shè)備的方向均定義為：流出母線為正，流入母線為負(fù)。當(dāng)方向IED設(shè)備安裝在兩個(gè)母線之間時(shí)，則按照“流出ID數(shù)值小一方的母線為正，流入ID數(shù)值小一方為負(fù)”的原則來判定方向元件的方向。因此，所有方向的IED設(shè)備的輸出值可能出現(xiàn)三種情況：1，0，-1.當(dāng)輸出值為1時(shí)，則表示故障方向?yàn)檎较颍划?dāng)輸出值為0時(shí)，則表示沒有檢測(cè)到故障；當(dāng)輸出值為-1時(shí)，則表示故障方向?yàn)榉捶较颉?/p>

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到方向IED設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)中所有方向的IED設(shè)備都會(huì)把動(dòng)作信息傳遞給廣域繼電保護(hù)決策系統(tǒng)，決策系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸出值給一次設(shè)備和方向IED設(shè)備組成的關(guān)聯(lián)矩陣合適的賦值，由此形成一個(gè)完整的關(guān)聯(lián)矩陣。在賦值的過程中，需要注意的是：如果一次設(shè)備對(duì)應(yīng)的方向IED設(shè)備輸出值有正數(shù)時(shí)，則將輸出值對(duì)應(yīng)到關(guān)聯(lián)矩陣中的對(duì)應(yīng)元素即可；如果沒有，則給關(guān)聯(lián)矩陣對(duì)應(yīng)的元素賦值為0.將方向IED元件指示的故障方向信息的完整性作為定位故障的依據(jù)和門檻，并根據(jù)方向IED設(shè)備的綜合方向信息判斷故障發(fā)生的位置。

3 結(jié)束語

變電站級(jí)別的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)依靠方向IED設(shè)備的輸出值來定位故障。系統(tǒng)先對(duì)變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、方向IED設(shè)備的安裝位置和一次設(shè)備與方向IED設(shè)備的連接關(guān)系形成關(guān)聯(lián)矩陣，檢測(cè)到故障信息后，只需要對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣賦值，就可以形成完整的故障關(guān)聯(lián)矩陣，進(jìn)而可以準(zhǔn)確地定位故障元件。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)不僅能夠快速診斷出一次設(shè)備發(fā)生的故障位置，而且對(duì)變電站的接線方式適應(yīng)性好，因此值得在電力領(lǐng)域被推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]金恩淑，汪有成，王紅艷，等.基于負(fù)序功率方向比較原理的廣域繼電保護(hù)算法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（22）.

〔編輯：王霞〕