智能變電站層次化繼電保護跳閘協調機制研究

周 卉

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

近年來，為了建設智能電網，提出了由間隔層保護、站域層保護和廣域層保護組成的層次化保護的概念[1]。每一層的保護都是相互隔離的，也就是說每一層保護均具備保護判斷邏輯，且均具備跳開斷路器的能力[2]。為了能滿足保護選擇性與速動性，層次化保護各層之間的保護跳閘協調機制具有極高的研究價值。

1 各層繼電保護動作時間配合關系

當系統內發生故障時，一般會由間隔層保護中的主保護完成對故障的快速切除。如果主保護發生拒動，則會由站域層保護會同廣域層保護一起完成對故障的判斷。站域層保護可以立馬完成保護的動作跳閘出口，但是廣域層保護決策只有通過站域層保護的輔助判斷邏輯才能完成保護的動作跳閘出口[3]。比較兩者發現，廣域層保護需要使用廣域范圍內的通信信息，而獲得的信息大部分是來自站域層保護，且覆蓋區域廣、延時相較站域層保護長。如果主保護失去效果，站域保護會馬上根據站域信息中的保護判斷完成對故障的切除，之后才由廣域層保護完成后備保護的判斷以達成對故障的切除。此外，站域層保護和廣域層保護都對通信網絡的可靠性有較高要求，如果通信網絡發生故障，則需要由間隔層保護的簡化后備保護完成一個較長延時后切除故障，實現最終必需切除故障的根本要求。綜上所述，可以得到以保證各層繼電保護動作時間關系：從故障開始，0～0.1 s內間隔層主保護動作切除故障；0.1～2.0 s內由站域層保護與廣域層保護配合動作切除故障；1～5 s內如果上述保護均為切除故障，則由間隔層保護的簡化后備保護來動作切除故障。

2 廣域層保護下行決策的輔助判據

廣域層保護需要接收廣域信息，將眾多信息結合以完成故障元件的判別，同時具備較高的容錯能力。但是，廣域層保護的容錯只能實現對上行信息的容錯，缺乏針對站域層保護收到的下行信息相對應的容錯能力[4]。通常可以將信息錯誤分類成以下兩類：信息決策錯誤與信息傳輸錯誤。需按照信息錯誤的分類，采取相應的解決措施。

2.1 信息決策錯誤

廣域層繼電保護作為后備保護的一部分，在主保護拒動時具有極其重要的責任。一方面希望廣域層保護可以快速切除故障，另一方面又擔心由于決策錯誤帶來的擴大故障面積的嚴重結果。所以，當站域層保護實現廣域層保護發出的下行決策信息時，必須經由輔助判據進行判斷才能出口，以提升下行決策命令的可靠性。

針對具體情況，將站域層保護實現廣域層保護發出的下行決策信息方式分為兩類：

（1）在線路接地距離II段保護、相間距離II段保護或者零序III段保護動作時，如果收到廣域層保護所發出的跳閘命令，站域層保護才會出口三相跳閘。

（2）如果上述線路保護皆未動作，則需要判斷此時線路接地距離III段保護、相間距離III段保護或者零序IV段保護有無動作。以上保護一旦動作，站域層保護會將此刻的故障判據信息上傳至廣域層保護，廣域層保護會再次對其進行判斷。如果此時收到廣域層保護發出跳閘命令，且線路接地距離II段保護、相間距離III段保護或者零序III段保護未動作，線路接地距離III段保護、相間距離III段保護或者零序IV段保護任何一個動作未返回，則經過一段延時出口三相跳閘。考慮到廣域層保護歷經了2次通信以及決策判斷所用時間，廣域層保護又需增快后備保護的動作速度，則整定延時時需要整定為小于任一III段保護所需動作時間一個時間階梯。

2.2 信息傳輸錯誤

目前，所用通信技術較為發達，裝置所收誤碼率相對較低，存在信息傳輸錯誤的可能性極小。但是，顧慮廣域層保護范圍相對較大，誤動作帶來影響較為嚴重，因此當站域層保護接收廣域層保護的跳閘命令時，一方面需要依據針對決策錯誤設置的容錯機制，另一方面又應該對傳輸機制使用一些提高其可靠性的辦法，例如命令重復傳輸機制，針對跳閘命令重復發出多次，僅當在固定時間內的多次結果一致才會采取該命令。此外，可以使用特殊編碼模式和校驗數據包來保障所接收信息的正確。

3 復雜情況下的跳閘判據

由各層繼電保護的動作時間配合關系可以發現，站域層保護與廣域層保護需要一方面采集各自劃分區域的信息，另一方面需要對信息完成保護判斷，實現各自的故障判斷[5]。當系統內發生故障，如果存在以下幾種復雜情況，應根據輔助方案進行判斷，以實現對故障元件判斷可靠性的提升。

（1）站域層保護和廣域層保護有多個元件判斷故障；

（2）站域層保護和廣域層保護元件判斷結果不同。

當出現以上兩種情況時，需要站域層保護收集站域信息，根據新判據實現二次判斷來完成對故障的真實決策。二次判斷的對象相對一次判斷沒有變化，因此可以直接使用一次判斷的部分有用數據。

當環網中支路出現故障時，如果各站之間的通信保持正常，通過各變電站之間的站間通信，根據故障方向的比較判斷易得出有效故障元件。但是，一旦站間通信發生故障，此時只能使用站內信息，應該根據多種判據進行綜合決策。

（1）比較故障支路的故障電流。理論上，當系統內故障時，故障支路的故障電流最大，其余支路的電流相對較小。單電源網絡中，將各序電流突變量相互比較，可有效實現對故障元件的判斷。

（2）比較故障方向。樹形網絡中，根據故障方向可直接判斷故障元件，環網和雙回路網絡中需要添加額外判據綜合判斷。

（3）比較測量阻抗。離故障點越近，獲得的測量阻抗越小。

4 結 論

針對層次化保護的保護特點，確定各層繼電保護的動作時間配合關系，并針對站域層保護與廣域層保護之間跳閘決策的配合要求，研究廣域層保護下行決策的輔助判據和復雜情況下的跳閘判據，提高層次化保護的跳閘可靠性。