繼電保護柔性動作特性的應用分析

吳旻

摘要：傳統的繼電保護特性及適應性大多屬于剛性的，被廣泛應用于故障特征明確的情況下。但是當一些故障難以判斷時，為了能更快速與準確的解決這些故障，要利用智能化和數字化的新模式，從而出現了繼電保護柔性動作特性應用模式，該模式有著很好的保護和自動調整等優點，本文就繼電保護柔性動作特性的概念進行闡述，詳細介紹了動作特性的柔性化方法，并例舉了真實案例來剖析如何在繼電保護中應用柔性動作特性。

關鍵詞：繼電保護;柔性動作;特性應用

最初的繼電保護是模擬模式，是通過識別繼電器的故障后再采取故障清除措施一種傳統模式。繼電器具有動作特性也代表著繼電本身的特性，它具備獨有的特點：即具有良好的開關性能、關閉阻抗低，斷開阻抗較高;具有較強的抗雷擊性能，嗓音小，不易受到周邊環境溫度的影響。

隨著數字技術的快速發展，電力行業出現了大量的繼電保護新技術，但也仍然保留著部分原始“基因”，即存在著“過量欠量”這些動作特性，也可理解為是與非的區分。在對繼電保護實施簡單的處理時，依然堅持簡單化，所以目前的過量欠量特征才得以一直保留。如果對過電流進行保護時，當電流值高于設定數據就會出現動作，反之則返回;在對四邊形與圓形的特性保護中，在規定動作區域則有動作，反之則不動作等。對于較為復雜的反時限特性進行保護時，會將時間函數作為熱電流保護的參數，而復雜的定時限電流保護則更為復雜，且有多種反時限特性。隨著數字化的繼電保護方式開始廣泛應用，本文與傳統的繼電保護“過量欠量”特性相悖，提出利用數字化、智能化保護的柔性動作特性應用，來去解決當前繼電保護的若干問題。

一、柔性動作特性的內涵

傳統的剛性動作特性表現為過量欠量，有著一定的自適應性，而柔性動作特性與傳統的剛性動作特性有較大區別，柔性動作特性主要是以故障特征確定進行對象保護，而非用“是”與“非”來區分。繼電保護的判斷依據是根據故障與非故障、區內故障與區外故障的不同之處來尋找差異。如果出現非常明顯的差異則為剛性動作特性，反之則為柔性動作特性。也就是說，如果是過流簡單的一些故障問題，且具有非常明確的特征，要選擇剛性繼電保護動作;而對于有不平衡電流存在的復雜現象，利用自適應性自我調節來防止不平衡電流出現;但是對于那些比較難識別故障特征的復雜問題，由于分辨不出故障與非故障的界線，不能準確識別繼電保護故障和特性，就要選擇柔性動作特性。

二、動作特性柔性化的模式

如果故障特征沒有具備明顯的交集現象，就能明確的辨別出故障與非故障特征時，此時要采取剛性繼電動作特性。但是當兩個動作特征很難劃分清楚時，顯然不能選擇簡單的剛性處理模式。當不能明確劃分出單獨特征區域時，稱為混沌區。此時的故障與非故障區域變在為三個：故障區、非故障區和混沌區。其中，故障區、非故障區主要是指能夠明確分辨出故障特征，而混沌區就是指故障特征地處于不明確的區域，此時就需要利用柔性化方法來處理，結合具體的故障特征來選擇動作特性。

在對混沌區的故障特征進行識別時，要先尋找到分析的主判據，首先要縮小混沌區域，讓該區域的特征變得鮮明，然后對區分困難的混沌區實施柔性化方法處理。

在對混沌區進行處理時，第一步要制定出權衡利弊后的指導原則和方案，即傾向于故障或是非故障方案，也可理解為是傾向于可靠或靈敏方向，或是開放與關閉方向，或是誤動與拒動方向。第二步要計算付出代價值，即資源價值、時間代價、程序的復雜大小代價及補救措施等方面的計算。第三步是結合當前技術水平，從原理機制上制定出合理的解決方案和技術方案。

三、動作特性采取柔性化方法處理的應用案例分析

當前繼電保護故障中存在一些混沌不明、故障特征分辨不清時，例如變壓器在進行空載充電時，出現的勵磁涌流現象，或是變壓器匝間短路現象，又或是因外部電流短路導致的電流互感器飽和現象，還可能會與內部電路發生短路的情況發生，亦或是系統振蕩的問題，以及外部短路初始階段的暫態超越與內部短路等等現象。如何更好的解決這些混沌不明的故障特征，利用數字化的柔性動作特性方法，會容易的多。下面就真實的應用案例進行分析：

案例1：在此對變壓器勵磁涌流的問題利用柔性動作的方法來解決為例進行分析。變壓器空載充電時，此時的差動保護功能會自動啟動，識別是磁流涌故障，還是變壓器內部故障，按照整定導則15%-20%二次諧波閉鎖的工作定理，在實際應用中不能真正起到指導性任作用，而是對合理定值起了相反的約束作用。因為大部分的整定是根據15%的數值進行指導，導致指導性定值過高，使運行過程中出現大量大于15%的涌流現象。更甚者，系統中存在大量較小的二次諧波涌流，導致出現較大的二次諧波故障，造成了典型的混沌故障現象，所以說僅依據單純的二次諧波判定條件對涌流進行分辨并不充分。

針對這種混沌現象，故障處理可以選擇柔性化處理方法，一旦二次諧波小于5%時確定為故障，大于20%確定為涌流，Idφ2為二次諧波電流，Idφ為基波勵磁電流。在5%-20%的混沌區域內，將其它量直接引入進行判斷，例如直流量的引用，會帶來大量的相關運算，將二次諧波數值越大判定為涌流，反之則判定為故障。所以，針對這種故障情況可以利用柔性化處理方法快速解決。

案例2：利用柔性動作方法實現繼電保護“快”和“準”存在的沖突問題。這里的快，是指導致正序電壓迅速降低的故障要以最快的速度進行解決。其中要將三口相短路的地方進行快速切除，然后將兩相短路進行接地，對于單相接地故障的解決卻要求不高。一般能夠被快速消除的故障肯定有著非常好辨認的故障特征，所以會很快的尋找到故障處在處，例如可利用突變量距離保護的方法來盡快解決故障等。

這里的準，是指對有高阻現象的單相接地故障，進行故障識別時會與正常的負荷分辨出現難識別的情況，也就是有混沌區特征。這樣的故障特征與負荷故障相似，故障切除的時間會稍長，但是卻不會造成穩定問題，所以不需要一味強調解決動作的快速。除非有特殊要求要達到快速解決時，可勉強提出兩條：首先要為上一級后備保護工作的開展提供一定的條件，其次要具備重合閘的條件。但是滿足上述條件只是為了達到快速解決的目的，卻有些不值得，倒不如求準，將“準”上升為首位，將“快”放到后位。