廣域繼電保護及其故障元件判別原理探究

楊海鷹

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海519000）

0 引言

在電力系統中，繼電保護是保證供電安全的基礎。目前，傳統的后備保護系統已經難以適應復雜的現代化電網，這就給供電安全構成了嚴重的威脅，而廣域繼電保護卻能很好地解決此類問題。本文將對廣域繼電保護及其故障元件的判別問題進行探討。

1 廣域繼電保護概述

廣域繼電保護主要是基于廣域測量信息的一種繼電保護，根本目的是綜合多個變電站的信息來消除供電線路的故障，從而使得供電系統能夠正常運行。圖1為廣域繼電保護的結構。

圖1 廣域繼電保護系統的結構

信息采集技術以及變電站智能化技術的不斷發展，使得廣域繼電保護技術得到了飛速的發展。廣域繼電保護的主要作用是改善和提升傳統保護系統的動作性能，來解決傳統保護在電網應用中存在的問題。

2 傳統繼電保護問題探究

2．1 定值整定與配合存在問題

當前，電網運行環境十分復雜，且多樣化也在不斷加劇，這就對電網中的各種保護設備以及關鍵技術提出了更為苛刻的要求。繼電保護系統由主保護和后備保護兩部分構成，其中后備保護又通過多段式保護來實現近后備以及遠后備的保護功能，進而形成了一個完整的廣域繼電保護系統。在傳統繼電保護中，現代電網運行環境的復雜性和多樣性常常導致相關后備保護整定值的配合越來越復雜，且通過就地檢測量和延時實現配合的方式在很多情況下難以確保選擇性。所以人們愿意采取加強主保護、簡化后備保護的措施，形成簡化甚至放棄某些后備保護裝置的趨向。

2．2 遠后備保護的延時時間較長

多級階梯延時配合將會導致繼電保護的遠后備保護延時時間增加，這會給整個電網保護系統帶來不利影響。

2．3 缺乏自適應能力

傳統的后備保護的整定配合依賴于有限的運行方式，如電網結構與運行方式頻繁發生改變，或改變的幅度相對較大，往往會導致后備保護動作特性失配，可能造成誤動或擴大事故。

2．4 存在潛在的動作風險

當電網結構或運行方式突發非預設性改變時，會引起大負荷潮流在電網系統中進行大范圍轉移，進而導致距離保護Ⅲ段非預期性的聯鎖跳閘，甚至會造成電網系統發生系列事故或大范圍停電。這些問題出現的主要原因都可以歸結為傳統繼電保護本身存在缺陷。

3 現階段廣域繼電保護的實現方式

從目前來看，實現廣域繼電保護功能的主要方式有兩種，一種是在線自適應原理（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

基于OAS的廣域繼電保護，主要是圍繞繼電保護在產生故障后對擾動域的識別、對最小斷點集的搜索，以及快速短路計算等方面的內容來進行研究。目前，對基于OAS的廣域繼電保護的研究已經取得了許多成果，但是在實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在線調整定值來提升保護的靈敏性以及選擇性，但卻沒有從本質上克服傳統繼電保護自身的缺陷，如后備保護整定復雜困難、階梯延時時間較長等，這些正是后備保護的故障隱患，最終會導致聯鎖跳閘現象的發生，給整個系統的安全帶來嚴重的威脅。

3．2 基于FEI的廣域繼電保護

基于FEI的廣域繼電保護，主要是依靠電網系統中的廣域多點測量信息，然后采用某種故障判斷機制快速確定故障元件的位置，并進行故障切除，進而確定后備保護切除點，并利用該點斷路器來切除故障。該方法不用進行整定計算，只需進行簡單的時序及邏輯配合就能實現后備保護的選擇性，可以有效減短后備保護的動作時間，同時沒有大負荷潮流轉移引起后備保護聯鎖跳閘動作的缺陷。

廣域繼電保護還受到一些技術問題的限制，如通信問題、信息同步問題、互操作性問題等。目前使用的GPRS技術在信息同步方面表現很不理想，互操作性問題還需要繼續研究IEC61850信息標準，而通信問題還要進一步研究能否在現有的通信系統中搭載廣域交換信息系統。

4 廣域繼電保護故障元件的判別原理

4．1 根據故障電壓分布來判別故障元件

一般對于單一元件的故障判別，主要有電流差動、縱聯方向和縱聯距離等方式。電流差動在廣域繼電保護中不能得到很好的應用，縱聯方向和縱聯距離不能適應復雜電網故障元件的判別。而根據故障電壓分布來判別故障元件，則能夠同時滿足上述兩種情況。依靠線路的一側電壓以及電流故障分量取得的測量值，能夠有效地估算線路另一側電壓故障分量。如果線路兩側電壓故障分量的測量值和估算值相同，就表示外部出現故障；若不相同就表示內部存在故障，如圖2所示。

圖2 測量電壓與故障電壓的電量分布

通過電壓分布來判斷故障元件，可以對電網中一些復雜的線路故障進行準確的識別和判斷，如高阻接地、轉換型故障等復雜故障。

4．2 運用綜合阻抗來判別故障元件

與普通電流差動不同，廣域電流差動更易受線路電流的影響而降低其靈敏度。這是由于在區域差動的范圍內，經過的線路數量不同、采取的運行方式不同，電容的分布及電流也會發生較大的改變。通過廣域繼電保護的綜合阻抗進行故障元件的判別，其靈敏度較高，可以有效地解決廣域繼電保護中電流差動產生的問題。

4．3 采用信息融合技術來判別故障元件

采用概率識別的信息融合技術進行故障元件判別，可以有效地降低廣域繼電保護的計算量，還能防止保護判斷失誤現象的出現，從而有效提升廣域繼電保護的信息容錯能力。

信息融合技術主要應用于有限廣域保護中，通過對該區域范圍內單個故障元件建立故障識別編碼，大大縮小了系統檢索的范圍，減少了系統檢索的時間，有效提高了故障元件判別能力。

5 結語

總而言之，廣域繼電保護已成為當今最主要的繼電保護系統。若要提高廣域繼電保護系統的安全性和穩定性，就必須增強故障元件判別能力，這樣才能使廣域繼電保護更好地發揮作用。

［1］蔡運清，汪磊，Kip Morison，等．廣域保護（穩控）技術的現狀及展望［J］．電網技術，2004（8）

［2］周可，曾超，周波．廣域繼電保護及其故障元件判別問題初探［J］．電源技術應用，2013（5）