解讀分區域廣域繼電保護的結構與故障元件的判別

張文明（云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000）

解讀分區域廣域繼電保護的結構與故障元件的判別

張文明
（云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000）

摘 要：在整個電網當中，繼電保護肩負著十分重要的任務，它的可靠性及速動性對于電力系統的安全運行尤為重要。基于此點，本文首先簡要分析了分區域廣域繼電保護系統的結構，并在此基礎上對基于廣域繼電保護信息的故障元件判別進行論述。期望通過本文的研究能夠對電力系統運行穩定性的提升有所幫助。

關鍵詞：廣域繼電保護；結構；故障元件；判別

1　分區域廣域繼電保護系統的結構分析

就廣域繼電保護保護而言，其核心思想是借助電網當中的廣域同步測量信息對故障元件進行識別，在此基礎上對故障進行可靠切除。相關理論和實踐表明，在廣域繼電保護模式下，測量信息并不是越多越好，為此，構建廣域繼電保護系統時，并不需要進行信息交換，只要對有限的廣域范圍內的相關信息進行充分利用，便可有效提高電力系統的繼電保護水平。在電網保護無死區原則的前提下，可將廣域電網劃分為保護對象相對獨立、故障信息共享的分區域保護體系，其結構可采取蜂窩式結構，如圖1所示。其中●表示區域間的信息交換；○表示區域間的保護交互區。

這種分區域的結構具有如下特點：各個區域之間的保護判斷均為獨立，保護范圍相互交互，兩個相鄰保護區域之間僅需要交換有限的信息，如后備保護啟動信息、故障決策信息等。在對電網進行分區域的保護及控制后，不但能夠顯著降低系統的通信量，而且還有助于廣域繼電保護系統的實現。

2　基于廣域繼電保護信息的故障元件判別

對于廣域繼電保護而言，其實現的關鍵是基于廣域信息的故障元件判別原理，這也是業內近年來研究的重點課題之一。具體包括以下兩個方面的內容：一方面是故障元件判別的原理，較為典型的有電流差動、方向比較原理等；另一方面是借助廣域信息融合增強故障元件判別的可靠性，即對廣域范圍內存在的開關量、電氣量等指標加以利用，來獲取更加精確的故障信息。

2.1 故障元件判別的原理

在傳統的繼電保護中，主保護通過對單元件雙端或是多端信息的利用，來確保繼電保護動作的快速性和選擇性。雖然廣域繼電保護可以獲取到更大范圍內的電網信息，但從故障識別方面看，其仍然是以單一的元件作為核心。如果能夠準確獲取到單個元件的信息，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的動作準確、可靠，這進一步提高了故障元件識別的可靠性。在此需要特殊說明的一點是，基于單個元件的廣域繼電保護故障識別與傳統繼電保護主保護的功能復制完全不同。在電網當中，變電站是較為重要的組成部分之一，因變電站內的主要設備，如變壓器、母線等的單元信息交互不需要廣域通信的協助，故此，對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。現階段，以單元件為基礎的廣域繼電保護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，只能對雙端元件，即線路故障進行處理；另一類除了能夠對線路故障進行識別外，還能對多端口故障元件及故障區域進行判別，如電流差動和方向比較原理等。

2.2 擴大范圍條件下的故障元件判別

相關研究結果表明，在以下幾種情況下，廣域繼電保護系統無法準確獲取到單個元件故障識別所需的數據信息：信息采集單元出現故障、變電站通信故障等。在上述條件下，故障元件的識別范圍應當從原本單一的元件擴大至包含多個元件的故障區域，這樣才能保證故障的及時、有效切除。鑒于此，在擴大范圍的條件下，可采取如下技術措施來確保廣域繼電保護故障元件判別的準確性。

2.2.1 合理確定信息交換范圍。在廣域繼電保護系統中，按照后備保護的職能，可將故障元件判別的信息交換范圍劃分為以下三級：第一級是以單個元件的故障判別原理作為研究范疇；第二級主要包括待判別線路及其相鄰母線；第三級為遠后備范圍。在以上三級當中，第二和第三級全都屬于擴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絡拓撲結構進行實時獲取，可采取的方法主要有關聯矩陣、電網關聯拓撲樹等。此外，在實際運行的過程中，還應當對系統的信息采集狀況予以充分考慮。

2.2.2 廣域信息同步。在廣域信息同步問題的解決中，利用GPS的同步時鐘較為有效，但在實際應用中發現，由于受技術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故障元件判別的準確性，需要在廣域保護原理算法上選擇對策，借此來減少故障元件判別原理對GPS同步時鐘的依賴性。

2.2.3 距離方向比較。當方向元件為正序電壓極化的超范圍距離元件時，其保護范圍可以按照線路總長度的180%進行整定。為了避免保護出口范圍內存在故障死區，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。

結語

總而言之，繼電保護是確保電網安全、穩定、可靠運行的關鍵之所在，它的結構是否合理、運行是否穩定、故障判別是否準確對防止電力事故的發生和發展具有至關重要的作用。本文對分區域廣域繼電保護系統的結構進行了簡要分析，隨后又對基于廣域繼電保護信息的故障元件判別進行了研究，提出了確保廣域繼電保護在擴大范圍條件下故障元件判別準確性的幾點措施，期望能夠對電力系統運行穩定性的提升起到一定的幫助。

圖1廣域繼電保護系統的蜂窩式結構示意圖

參考文獻

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[3]趙建國.基于電流差動原理的廣域繼電保護系統[J].電力系統自動化，2013（08）.

中圖分類號：TM77

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