廣域繼電保護(hù)及其故障元件判別原理探究

楊海鷹

（廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海519000）

0 引言

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)是保證供電安全的基礎(chǔ)。目前，傳統(tǒng)的后備保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)難以適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)代化電網(wǎng)，這就給供電安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，而廣域繼電保護(hù)卻能很好地解決此類(lèi)問(wèn)題。本文將對(duì)廣域繼電保護(hù)及其故障元件的判別問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 廣域繼電保護(hù)概述

廣域繼電保護(hù)主要是基于廣域測(cè)量信息的一種繼電保護(hù)，根本目的是綜合多個(gè)變電站的信息來(lái)消除供電線(xiàn)路的故障，從而使得供電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。圖1為廣域繼電保護(hù)的結(jié)構(gòu)。

圖1 廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

信息采集技術(shù)以及變電站智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，使得廣域繼電保護(hù)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。廣域繼電保護(hù)的主要作用是改善和提升傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作性能，來(lái)解決傳統(tǒng)保護(hù)在電網(wǎng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題。

2 傳統(tǒng)繼電保護(hù)問(wèn)題探究

2．1 定值整定與配合存在問(wèn)題

當(dāng)前，電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，且多樣化也在不斷加劇，這就對(duì)電網(wǎng)中的各種保護(hù)設(shè)備以及關(guān)鍵技術(shù)提出了更為苛刻的要求。繼電保護(hù)系統(tǒng)由主保護(hù)和后備保護(hù)兩部分構(gòu)成，其中后備保護(hù)又通過(guò)多段式保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)近后備以及遠(yuǎn)后備的保護(hù)功能，進(jìn)而形成了一個(gè)完整的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)繼電保護(hù)中，現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性常常導(dǎo)致相關(guān)后備保護(hù)整定值的配合越來(lái)越復(fù)雜，且通過(guò)就地檢測(cè)量和延時(shí)實(shí)現(xiàn)配合的方式在很多情況下難以確保選擇性。所以人們?cè)敢獠扇〖訌?qiáng)主保護(hù)、簡(jiǎn)化后備保護(hù)的措施，形成簡(jiǎn)化甚至放棄某些后備保護(hù)裝置的趨向。

2．2 遠(yuǎn)后備保護(hù)的延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)

多級(jí)階梯延時(shí)配合將會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)延時(shí)時(shí)間增加，這會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。

2．3 缺乏自適應(yīng)能力

傳統(tǒng)的后備保護(hù)的整定配合依賴(lài)于有限的運(yùn)行方式，如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式頻繁發(fā)生改變，或改變的幅度相對(duì)較大，往往會(huì)導(dǎo)致后備保護(hù)動(dòng)作特性失配，可能造成誤動(dòng)或擴(kuò)大事故。

2．4 存在潛在的動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或運(yùn)行方式突發(fā)非預(yù)設(shè)性改變時(shí)，會(huì)引起大負(fù)荷潮流在電網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)移，進(jìn)而導(dǎo)致距離保護(hù)Ⅲ段非預(yù)期性的聯(lián)鎖跳閘，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生系列事故或大范圍停電。這些問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因都可以歸結(jié)為傳統(tǒng)繼電保護(hù)本身存在缺陷。

3 現(xiàn)階段廣域繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式

從目前來(lái)看，實(shí)現(xiàn)廣域繼電保護(hù)功能的主要方式有兩種，一種是在線(xiàn)自適應(yīng)原理（OAS），另一種是故障元件判別原理（FEI）。

3．1 基于OAS的廣域繼電保護(hù)

基于OAS的廣域繼電保護(hù)，主要是圍繞繼電保護(hù)在產(chǎn)生故障后對(duì)擾動(dòng)域的識(shí)別、對(duì)最小斷點(diǎn)集的搜索，以及快速短路計(jì)算等方面的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行研究。目前，對(duì)基于OAS的廣域繼電保護(hù)的研究已經(jīng)取得了許多成果，但是在實(shí)用化方面依舊受到了一定的制約，這可能是由于該方法雖然能夠通過(guò)在線(xiàn)調(diào)整定值來(lái)提升保護(hù)的靈敏性以及選擇性，但卻沒(méi)有從本質(zhì)上克服傳統(tǒng)繼電保護(hù)自身的缺陷，如后備保護(hù)整定復(fù)雜困難、階梯延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)等，這些正是后備保護(hù)的故障隱患，最終會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖跳閘現(xiàn)象的發(fā)生，給整個(gè)系統(tǒng)的安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。

3．2 基于FEI的廣域繼電保護(hù)

基于FEI的廣域繼電保護(hù)，主要是依靠電網(wǎng)系統(tǒng)中的廣域多點(diǎn)測(cè)量信息，然后采用某種故障判斷機(jī)制快速確定故障元件的位置，并進(jìn)行故障切除，進(jìn)而確定后備保護(hù)切除點(diǎn)，并利用該點(diǎn)斷路器來(lái)切除故障。該方法不用進(jìn)行整定計(jì)算，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)序及邏輯配合就能實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)的選擇性，可以有效減短后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，同時(shí)沒(méi)有大負(fù)荷潮流轉(zhuǎn)移引起后備保護(hù)聯(lián)鎖跳閘動(dòng)作的缺陷。

廣域繼電保護(hù)還受到一些技術(shù)問(wèn)題的限制，如通信問(wèn)題、信息同步問(wèn)題、互操作性問(wèn)題等。目前使用的GPRS技術(shù)在信息同步方面表現(xiàn)很不理想，互操作性問(wèn)題還需要繼續(xù)研究IEC61850信息標(biāo)準(zhǔn)，而通信問(wèn)題還要進(jìn)一步研究能否在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中搭載廣域交換信息系統(tǒng)。

4 廣域繼電保護(hù)故障元件的判別原理

4．1 根據(jù)故障電壓分布來(lái)判別故障元件

一般對(duì)于單一元件的故障判別，主要有電流差動(dòng)、縱聯(lián)方向和縱聯(lián)距離等方式。電流差動(dòng)在廣域繼電保護(hù)中不能得到很好的應(yīng)用，縱聯(lián)方向和縱聯(lián)距離不能適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)故障元件的判別。而根據(jù)故障電壓分布來(lái)判別故障元件，則能夠同時(shí)滿(mǎn)足上述兩種情況。依靠線(xiàn)路的一側(cè)電壓以及電流故障分量取得的測(cè)量值，能夠有效地估算線(xiàn)路另一側(cè)電壓故障分量。如果線(xiàn)路兩側(cè)電壓故障分量的測(cè)量值和估算值相同，就表示外部出現(xiàn)故障；若不相同就表示內(nèi)部存在故障，如圖2所示。

圖2 測(cè)量電壓與故障電壓的電量分布

通過(guò)電壓分布來(lái)判斷故障元件，可以對(duì)電網(wǎng)中一些復(fù)雜的線(xiàn)路故障進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和判斷，如高阻接地、轉(zhuǎn)換型故障等復(fù)雜故障。

4．2 運(yùn)用綜合阻抗來(lái)判別故障元件

與普通電流差動(dòng)不同，廣域電流差動(dòng)更易受線(xiàn)路電流的影響而降低其靈敏度。這是由于在區(qū)域差動(dòng)的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)的線(xiàn)路數(shù)量不同、采取的運(yùn)行方式不同，電容的分布及電流也會(huì)發(fā)生較大的改變。通過(guò)廣域繼電保護(hù)的綜合阻抗進(jìn)行故障元件的判別，其靈敏度較高，可以有效地解決廣域繼電保護(hù)中電流差動(dòng)產(chǎn)生的問(wèn)題。

4．3 采用信息融合技術(shù)來(lái)判別故障元件

采用概率識(shí)別的信息融合技術(shù)進(jìn)行故障元件判別，可以有效地降低廣域繼電保護(hù)的計(jì)算量，還能防止保護(hù)判斷失誤現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而有效提升廣域繼電保護(hù)的信息容錯(cuò)能力。

信息融合技術(shù)主要應(yīng)用于有限廣域保護(hù)中，通過(guò)對(duì)該區(qū)域范圍內(nèi)單個(gè)故障元件建立故障識(shí)別編碼，大大縮小了系統(tǒng)檢索的范圍，減少了系統(tǒng)檢索的時(shí)間，有效提高了故障元件判別能力。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，廣域繼電保護(hù)已成為當(dāng)今最主要的繼電保護(hù)系統(tǒng)。若要提高廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，就必須增強(qiáng)故障元件判別能力，這樣才能使廣域繼電保護(hù)更好地發(fā)揮作用。

［1］蔡運(yùn)清，汪磊，Kip Morison，等．廣域保護(hù)（穩(wěn)控）技術(shù)的現(xiàn)狀及展望［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2004（8）

［2］周可，曾超，周波．廣域繼電保護(hù)及其故障元件判別問(wèn)題初探［J］．電源技術(shù)應(yīng)用，2013（5）