广域继电保护及其故障元件判别问题分析

余晓娇

摘 要：近年来，电能应用越来越广泛、电网发展速度越来越快、电网运行越来越复杂多样，作为电网系统安全保护的首道防线，继电保护装置已经越来越发挥着重要的作用。与传统的继电保护对比，广域继电保护具有非常明显的优势，因而也更适宜电力行业发展的实际需要。文章分析了传统继电保护存在的一些问题和实现广域继电保护的主要方式，系统地阐述了广域继电保护的故障元件判别，对电力企业和电力工作人员探索、推广和应用广域继电保护具有一定的参考价值。

关键词：广域继电保护；故障元件；判别分析

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0070-02

近年来，随着经济社会的发展不断提速和科技水平日益增强，电力企业的生产经营规模和效益也得到了显著的提升。但是长期以来，很多地方都曾经出现过大面积的停电现象，继电保护装置作用未能很好的发挥是主要的原因。而且由于传统的继电保护没有很高的灵敏性，保护定值不稳定，存在安全隐患，特别是随着计算机网络技术的普及应用，广域继电保护逐渐被运用到了电网系统的运行中，而且分析研究故障元件的判别原理也日益被提上了重要日程。本文就广域继电保护及其故障元件的判别谈些粗浅的想法。

1 传统继电保护的不足

1.1 保护定值不稳定

在近年来科技水平日新月异和电力行业持续发展的背景下，电网结构的运行也出现了多样性和复杂性的实际情况。虽然现代化科技手段应用到电网运行当中，实现了电力发展的时代性和科学化，但是同时也使继电保护装置面临着复杂多变的客观环境，而且对一些关键性技术环节的改进增加了新的难度。传统的继电保护受电网系统现代化发展趋势影响，后备保护定值一般不稳定，对电网设备的现场检测和定值配合形式的选用方面就增加了困难，因而在继电保护装置的利用方面已经越来越被简化，而且很多地方已经被广域继电保护所替代。

1.2 延长保护性能

一般传统的继电保护装置，由于呈多级阶梯性，因而在保护性能的配合上都具有延长时间的现象，非常容易出现后备保护增加时限的情况，使电网系统的安全可靠运行受到一定程度的影响，无法有效发挥继电保护的作用。

1.3 适应能力不强

由于传统继电保护装置的整定值配合一般都具有很大的局限性，如果电网系统随着科技水平的提高和社会经济的快速发展，而不断改善变电设备的网架结构或者电网系统的运行模式，特别是变化比较大的情况下，即便电网系统正常运行，传统的继电保护也会由于信息的不对称而出现不适应性，形成继电保护的误动作，不能充分发挥保护作用，或者延长保护时间，出现跳闸现象，造成安全用电事故，制约电力系统的安全、可靠、平稳运行。

1.4 存在误动作风险

很多电网系统的运行失常或者出现安全生产事故，一般都是继电保护不力发生误动作情况所造成的。特别是传统继电保护，由于受到电网结构变化的影响非常明显，不能系统分析把握电力运行的全部信息资源，自身对整定信息改变又存在一定的不适应性，无法有效地判别和整定电力事故发生的原因和适应电力系统的运行变化，一旦在运行使用的时候超过自身承载负荷，就很容易出现误动作的问题，造成保护设施自动跳闸，出现大面积停电，从而影响电网的正常运行，出现用电事故。

2 实现广域继电保护的基本形式

基于以上原因，传统的继电保护装置已不太适应电力行业发展的实际需要，特别是电网结构的改进和科技手段的逐步应用，不能科学地实现继电保护功能。所以很多电力企业，尤其是一些科研机构，都在研究推广广域继电保护设备，有效地解决后备保护不足的问题。目前，实现广域继电保护的基本形式，主要包括OAS和FEI两种办法。

2.1 OAS形式

就是根据在线的自适应性进行整定借以发挥继电保护的作用。采用这种形式，主要是考虑到广域继电保护装置的配合性，发生用电故障以后能够及时地识别扰动区间和搜索判定断电的最小集，而且对发生短路的区域进行迅速测算，以改善继电保护装置反映能力和灵敏性，特别是在电网系统运行的时候，OAS可以参照事故触发的情形，对电力设备的运行状态进行全程跟踪分析判别，从而准确地测算出广域继电设备保护的整定值，及时在线处理，避免用电事故的发生。

2.2 FEI形式

分析判别故障元件性能，实现对电网系统的继电保护功能。采用这种形式可以有效地缩短整定值测算的时间，单纯运用继电保护设备的逻辑配合性能和工作时序，能够发挥广域后备保护的作用，防止保护作用的延时和用电负荷变化带来的不利影响，即使电网系统正常运转，也能够及时判定故障元件的准确定位，而且能够及时采取有效的措施进行处理。

3 判别故障元件的措施

3.1 通过故障电压的分布形式来判别元件故障

一般情况下，判别单个元件的故障，应当采取的措施包括纵联距离、方向和电流差动等形式。但是在判别复杂多变的电网元件故障中，纵联距离和纵联方向不是非常的适合，而且采取电流差动的办法在广域继电保护中也不能有效地利用。然而采用故障电压的发布对元件的故障进行分析判别，就能够有效地弥补这两种办法的不足。这种方法主要是利用一侧的线路电压以及出现问题的电流分量计算出来的取值，来分析估算另一侧线路的故障电压情况，如果计算和估算的线路两侧的故障电压分量一致，就可以判别出继电保护装置的外部发生了元件故障问题，如果数值不一致，就说明是内部出现了元件故障问题。或者是采取单相继电测试仪进行测试，如图1所示。运用这种判别办法，即使面对电网系统运行过程中非常复杂多变的故障转移以及高阻接地等情况，或者出现震荡的现象二次发生线路故障的情况，都能够非常及时地判断出来故障的准确定位，为专业技术人员全面、准确、科学、合理地校正广域继电保护装置提供了便利条件。

3.2 通过阻抗电压电流的综合能力来判别元件故障

广域继电保护装置的电流差动受到电容的影响非常明显，而且波动非常大，因而也就造成了其灵敏性在一定程度上的降低，产生上述问题的原因，一般是继电保护设备的运行在区域差动的架构范畴，利用的形式和通过的线路数量具有一定的差异性，非常容易改变所分布的电容和产生的电流，一定程度上会影响广域继电保护较为灵敏的反映能力。所以，通过阻抗电压和电流的综合能力分析评判故障的继电保护元件，因为其自身较高的灵敏性，可以非常有效地弥补电流差动造成的不良影响，解决元件故障判别问题。

3.3 通过融合信息的手段来判别元件故障

这种方法目前在具有有限性特征的广域继电保护中应用的非常普遍，特别是在一些智能电网结构中应用的效果非常好，应用流程如图2所示。主要是采用融合信息的技术手段对故障发生的概率进行分析判断，建立故障的顺序编号，这样不但可以提高故障元件问题检索效率，节省故障排查时间，而且可以降低计算过程，避免对继电保护作出错误的判断，提升错误信息的容纳能力。

4 结 语

随着电能需求的逐渐提高，电力行业的发展也将越来越快，电网的安全运行也将日益被社会各界和电力企业所重视，而继电保护目前在电网系统的科学、平稳运行中正越来越发挥了重要的支撑作用。本文分析了传统继电保护装置存在的局限性，阐述了实现广域继电保护的基本形式和判别元件故障的主要措施，对进一步推广应用广域继电保护设备，科学、准确地分析判断元件故障的实际情况，确保电力系统安全运行，促进电力行业健康协调快速发展具有一定的借鉴意义。

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