廣域繼電保護與故障元件判別的探討

曹 偉

（新疆電力調(diào)控中心，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

在電力供應(yīng)過程中，繼電保護是保障電網(wǎng)安全的第一道防線，能夠在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時快速做出反應(yīng)，起到保護電力系統(tǒng)的作用。如缺乏繼電保護裝置的參與，電網(wǎng)的安全運行難以保障，嚴重時甚至引發(fā)電網(wǎng)的癱瘓?，F(xiàn)實生活中經(jīng)常會出現(xiàn)局部或大面積停電的現(xiàn)象，給人們的工作和生活帶來諸多不便。傳統(tǒng)的繼電保護系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，難以正確區(qū)分智能化電網(wǎng)的建設(shè)和內(nèi)部故障，導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展。

1 廣域繼電保護研究現(xiàn)狀

隨著電子工業(yè)革命的到來，供電系統(tǒng)的重要性日益凸顯，任何高新技術(shù)的應(yīng)用都離不開供電系統(tǒng)。比如，城市軌道交通的普及，在為城市的通行帶來便捷的同時也減少傳統(tǒng)汽油車產(chǎn)生的污染，但當電力系統(tǒng)出現(xiàn)大型故障時，這些設(shè)施會面臨癱瘓的危險，給人們生產(chǎn)生活帶來巨大影響[1]。廣域繼電保護系統(tǒng)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可劃分為分布式、集中式與混合式，主要由電力企業(yè)的設(shè)備保護裝置組成，最終通過光纖環(huán)網(wǎng)連接。集中式廣域保護系統(tǒng)中的變電站具備若干終端設(shè)備和中央處理元，中央處理元負責(zé)接收終端設(shè)備傳遞的消息。通過電力系統(tǒng)將控制指令傳送至終端設(shè)備執(zhí)行，從而快速切除電力故障點，達到系統(tǒng)安全運行的目的。

2 傳統(tǒng)繼電保護的弊端

2.1 后備保護性能欠缺

對現(xiàn)代化電網(wǎng)而言，傳統(tǒng)的適應(yīng)性繼電保護裝置已不能滿足需求，裝置性能欠缺且存在整定配存局限性，運行時一旦出現(xiàn)故障，便會影響電網(wǎng)的正常運行。

2.2 誤動作風(fēng)險

傳統(tǒng)繼電保護裝置存在誤動作的弊端，會嚴重妨礙電網(wǎng)的正常運行。繼電保護跳閘主要由電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的荷潮流轉(zhuǎn)移造成，相關(guān)人員需獲取被保護區(qū)域的各種信息，并對電網(wǎng)故障進行準確分析，避免繼電保護裝置產(chǎn)生誤動作。

2.3 過于繁瑣的后備保護設(shè)計

現(xiàn)代電網(wǎng)在運行方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計上皆不斷趨于復(fù)雜化，后備保護也變得日趨復(fù)雜。由于傳統(tǒng)繼電保護裝置基本原理的單一性，欲在短時間內(nèi)對故障區(qū)域做出正確判斷，檢測形式不能僅限于延時或者就地，還需要在雙套組保護狀態(tài)下進行，然而這仍然無法完全避免誤動作。

3 廣域繼電保護系統(tǒng)的優(yōu)缺點

廣域繼電保護可為高科技設(shè)備提供基本的用電保障，同時這些高科技設(shè)備也會被應(yīng)用到電力系統(tǒng)，有助于各領(lǐng)域相互促進、同步發(fā)展。傳統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)通常依賴延時性開展工作，但隨著電子工業(yè)革命時代的來臨，這種模式已經(jīng)無法滿足實際需要。廣域繼電保護系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，可以完全滿足日趨復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)需求[2]。它可以通過采集光域信息，及時分析系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而準確判斷故障情況，及時實施保護手段以確保電網(wǎng)的安全運行。該裝置改進了傳統(tǒng)繼電保護裝置在大范圍內(nèi)施工的缺陷，將檢修期的停電范圍縮至最小，不僅減輕了工作量，也避免對社會大眾生活造成影響。

然而，廣域繼電保護具備一定的局限性，其在主保護方面收效極微，更適合采取改善后備保護的手段優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其矛盾集中體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及計算機硬件設(shè)備的局限性，會嚴重制約電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。因此，相關(guān)人員需積極開發(fā)實時通信系統(tǒng)和設(shè)備，全面推進電網(wǎng)的發(fā)展。同時，針對繼電保護與安全控制方面的不足，人員應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)運行方式。智能化技術(shù)和自動化技術(shù)的應(yīng)用，對社會生產(chǎn)生活均有著積極的推進作用，但其在電網(wǎng)企業(yè)中的運用存在一定的局限性，需要進一步的優(yōu)化。

4 廣域繼電保護的發(fā)展前景及實現(xiàn)途徑

現(xiàn)有高壓電網(wǎng)的后備保護存在可靠性與安全性較弱的問題。相關(guān)人員需注重廣域繼電保護的發(fā)展，進一步提高傳統(tǒng)繼電保護裝置的穩(wěn)定性與兼容性。廣域繼電保護系統(tǒng)的工作原理是對夏季廣域同步測量多點信息進行融合計算，進而完成對故障元件的判斷。利用邏輯計算精確排除故障點，對信息和邏輯計算形式有較高要求。

基于在線自適應(yīng)整定原理的廣域繼電處理裝置，通過在線分析與處理運行定值實現(xiàn)保護功能，即OAS保護途徑，可以有效解決廣域繼電保護中的適配問題。當處于電網(wǎng)跟蹤工作狀態(tài)時，系統(tǒng)會通過觸發(fā)電保護裝置開啟運行。

OAS途徑的繼電保護裝置通過分析電網(wǎng)運行系統(tǒng)中傳送的信息進行故障判斷，電網(wǎng)運行時選擇裝置的作用在于有效確定原件故障點及故障狀態(tài)。實現(xiàn)該目標的原因主要在于該裝置具備極高的敏感度，可測量元件廣域多點信息并開展最為有效的處理。廣域繼電保護省去了整定計算過程，能夠在較短時間內(nèi)控制廣域后備保護。

5 相關(guān)故障元件判別

5.1 對電壓故障的判別

對電壓故障的判別主要基于故障元件分布情況。以單一線路為例，與之相對應(yīng)的故障原理涉及諸方面內(nèi)容，其中包含縱連方向與縱連距離，要求人員特別注意電流差動過程。在發(fā)生故障，但并不能明確其反應(yīng)過程時，人員應(yīng)著重解決較大的缺陷，分析故障電壓狀況，開展合理的估算處理，保證該線路狀態(tài)估算下所測狀態(tài)對應(yīng)的數(shù)據(jù)大體上保持分量統(tǒng)一。

故障元件判別主要指分析與線路其中一側(cè)對應(yīng)的分量，并輔以測定電壓值的故障分量。通過比較廣域后備，得出估算的參數(shù)，將兩端的電壓電流一并獲取，獲得所對應(yīng)的測量值與估算結(jié)果，比較電壓故障分量估算值與線路電壓故障分量測定值，為故障元件的判別提供依據(jù)。需要注意的是，應(yīng)保證兩側(cè)啟動特征保持同步，順利識別故障線路，消除潮流因素的影響。線路內(nèi)外部故障狀態(tài)如圖1所示。

圖1 線路內(nèi)外部故障狀態(tài)圖

5.2 對廣域阻抗的判別

由于廣域電流相較于普通電流更易受到分布電容指標的影響，對該方面的研究已成為一項重點的工作內(nèi)容，也是加強廣域繼電保護的重要途徑。通過實現(xiàn)綜合阻抗與廣域繼電保護的有機結(jié)合，能夠在研究仿真算法的過程中，對元件判別的故障性和實用性開展科學(xué)勘察，并通過具體的發(fā)生概率加以驗證。

5.3 以概率識別為核心的新型故障處理技術(shù)

傳統(tǒng)意義上對廣域繼電保護技術(shù)的融合，不需要龐大的計算量，也易產(chǎn)生結(jié)果的偏差現(xiàn)象，難以對電力系統(tǒng)開展控制和保護。而新型故障處理技術(shù)的引進可以提高故障計算識別概率，為故障元件配備相對應(yīng)的故障處理方式，最終實現(xiàn)對其故障處理的保證。

6 結(jié) 論

運用廣域繼電保護系統(tǒng)可以有效預(yù)防大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)事故的發(fā)生。通過對計算機通信技術(shù)的融合運用，廣域機電保護系統(tǒng)日趨自動化與智能化，大大提高元件故障識別與切除效率，為電網(wǎng)系統(tǒng)的運行提供保障。