解讀分區(qū)域廣域繼電保護(hù)的結(jié)構(gòu)與故障元件的判別

張文明（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000）

解讀分區(qū)域廣域繼電保護(hù)的結(jié)構(gòu)與故障元件的判別

張文明
（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000）

摘 要：在整個(gè)電網(wǎng)當(dāng)中，繼電保護(hù)肩負(fù)著十分重要的任務(wù)，它的可靠性及速動(dòng)性對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行尤為重要?；诖它c(diǎn)，本文首先簡(jiǎn)要分析了分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)基于廣域繼電保護(hù)信息的故障元件判別進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：廣域繼電保護(hù)；結(jié)構(gòu)；故障元件；判別

1　分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

就廣域繼電保護(hù)保護(hù)而言，其核心思想是借助電網(wǎng)當(dāng)中的廣域同步測(cè)量信息對(duì)故障元件進(jìn)行識(shí)別，在此基礎(chǔ)上對(duì)故障進(jìn)行可靠切除。相關(guān)理論和實(shí)踐表明，在廣域繼電保護(hù)模式下，測(cè)量信息并不是越多越好，為此，構(gòu)建廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，并不需要進(jìn)行信息交換，只要對(duì)有限的廣域范圍內(nèi)的相關(guān)信息進(jìn)行充分利用，便可有效提高電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)水平。在電網(wǎng)保護(hù)無(wú)死區(qū)原則的前提下，可將廣域電網(wǎng)劃分為保護(hù)對(duì)象相對(duì)獨(dú)立、故障信息共享的分區(qū)域保護(hù)體系，其結(jié)構(gòu)可采取蜂窩式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中●表示區(qū)域間的信息交換；○表示區(qū)域間的保護(hù)交互區(qū)。

這種分區(qū)域的結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：各個(gè)區(qū)域之間的保護(hù)判斷均為獨(dú)立，保護(hù)范圍相互交互，兩個(gè)相鄰保護(hù)區(qū)域之間僅需要交換有限的信息，如后備保護(hù)啟動(dòng)信息、故障決策信息等。在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)域的保護(hù)及控制后，不但能夠顯著降低系統(tǒng)的通信量，而且還有助于廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2　基于廣域繼電保護(hù)信息的故障元件判別

對(duì)于廣域繼電保護(hù)而言，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是基于廣域信息的故障元件判別原理，這也是業(yè)內(nèi)近年來(lái)研究的重點(diǎn)課題之一。具體包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：一方面是故障元件判別的原理，較為典型的有電流差動(dòng)、方向比較原理等；另一方面是借助廣域信息融合增強(qiáng)故障元件判別的可靠性，即對(duì)廣域范圍內(nèi)存在的開(kāi)關(guān)量、電氣量等指標(biāo)加以利用，來(lái)獲取更加精確的故障信息。

2.1 故障元件判別的原理

在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)中，主保護(hù)通過(guò)對(duì)單元件雙端或是多端信息的利用，來(lái)確保繼電保護(hù)動(dòng)作的快速性和選擇性。雖然廣域繼電保護(hù)可以獲取到更大范圍內(nèi)的電網(wǎng)信息，但從故障識(shí)別方面看，其仍然是以單一的元件作為核心。如果能夠準(zhǔn)確獲取到單個(gè)元件的信息，基于故障元件判別原理，可借助最小范圍的信息傳輸確保后備保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠，這進(jìn)一步提高了故障元件識(shí)別的可靠性。在此需要特殊說(shuō)明的一點(diǎn)是，基于單個(gè)元件的廣域繼電保護(hù)故障識(shí)別與傳統(tǒng)繼電保護(hù)主保護(hù)的功能復(fù)制完全不同。在電網(wǎng)當(dāng)中，變電站是較為重要的組成部分之一，因變電站內(nèi)的主要設(shè)備，如變壓器、母線等的單元信息交互不需要廣域通信的協(xié)助，故此，對(duì)故障元件判別原理的研究多集中在輸電線路的故障判別上?，F(xiàn)階段，以單元件為基礎(chǔ)的廣域繼電保護(hù)故障元件判別算法有兩大類，其中一類因受到原理性的限制，只能對(duì)雙端元件，即線路故障進(jìn)行處理；另一類除了能夠?qū)€路故障進(jìn)行識(shí)別外，還能對(duì)多端口故障元件及故障區(qū)域進(jìn)行判別，如電流差動(dòng)和方向比較原理等。

2.2 擴(kuò)大范圍條件下的故障元件判別

相關(guān)研究結(jié)果表明，在以下幾種情況下，廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確獲取到單個(gè)元件故障識(shí)別所需的數(shù)據(jù)信息：信息采集單元出現(xiàn)故障、變電站通信故障等。在上述條件下，故障元件的識(shí)別范圍應(yīng)當(dāng)從原本單一的元件擴(kuò)大至包含多個(gè)元件的故障區(qū)域，這樣才能保證故障的及時(shí)、有效切除。鑒于此，在擴(kuò)大范圍的條件下，可采取如下技術(shù)措施來(lái)確保廣域繼電保護(hù)故障元件判別的準(zhǔn)確性。

2.2.1 合理確定信息交換范圍。在廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)中，按照后備保護(hù)的職能，可將故障元件判別的信息交換范圍劃分為以下三級(jí)：第一級(jí)是以單個(gè)元件的故障判別原理作為研究范疇；第二級(jí)主要包括待判別線路及其相鄰母線；第三級(jí)為遠(yuǎn)后備范圍。在以上三級(jí)當(dāng)中，第二和第三級(jí)全都屬于擴(kuò)大范圍條件下的故障元件判別范疇，它們的信息交換范圍可按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，可采取的方法主要有關(guān)聯(lián)矩陣、電網(wǎng)關(guān)聯(lián)拓?fù)錁涞?。此外，在?shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的信息采集狀況予以充分考慮。

2.2.2 廣域信息同步。在廣域信息同步問(wèn)題的解決中，利用GPS的同步時(shí)鐘較為有效，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于受技術(shù)因素和自然條件的影響及限制，該方法在廣域同步采樣方面的效果欠佳。為了確保廣域繼電保護(hù)故障元件判別的準(zhǔn)確性，需要在廣域保護(hù)原理算法上選擇對(duì)策，借此來(lái)減少故障元件判別原理對(duì)GPS同步時(shí)鐘的依賴性。

2.2.3 距離方向比較。當(dāng)方向元件為正序電壓極化的超范圍距離元件時(shí)，其保護(hù)范圍可以按照線路總長(zhǎng)度的180%進(jìn)行整定。為了避免保護(hù)出口范圍內(nèi)存在故障死區(qū)，并確保距離元件的方向性，可將低壓距離元件的極化電壓確定為兩周波前的記憶電壓。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，繼電保護(hù)是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之所在，它的結(jié)構(gòu)是否合理、運(yùn)行是否穩(wěn)定、故障判別是否準(zhǔn)確對(duì)防止電力事故的發(fā)生和發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。本文對(duì)分區(qū)域廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，隨后又對(duì)基于廣域繼電保護(hù)信息的故障元件判別進(jìn)行了研究，提出了確保廣域繼電保護(hù)在擴(kuò)大范圍條件下故障元件判別準(zhǔn)確性的幾點(diǎn)措施，期望能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升起到一定的幫助。

圖1廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的蜂窩式結(jié)構(gòu)示意圖

參考文獻(xiàn)

[1]蔡運(yùn)清.汪磊.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)，2012（11）. [2]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)，2013（07）.

[3]趙建國(guó).基于電流差動(dòng)原理的廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（08）.

中圖分類號(hào)：TM77

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A