广域继电保护及其故障元件判别原理探究

2014-10-15杨海鹰

机电信息 2014年24期

关键词：广域差动后备

杨海鹰

（广东电网公司珠海供电局，广东珠海519000）

0 引言

在电力系统中，继电保护是保证供电安全的基础。目前，传统的后备保护系统已经难以适应复杂的现代化电网，这就给供电安全构成了严重的威胁，而广域继电保护却能很好地解决此类问题。本文将对广域继电保护及其故障元件的判别问题进行探讨。

1 广域继电保护概述

广域继电保护主要是基于广域测量信息的一种继电保护，根本目的是综合多个变电站的信息来消除供电线路的故障，从而使得供电系统能够正常运行。图1为广域继电保护的结构。

图1 广域继电保护系统的结构

信息采集技术以及变电站智能化技术的不断发展，使得广域继电保护技术得到了飞速的发展。广域继电保护的主要作用是改善和提升传统保护系统的动作性能，来解决传统保护在电网应用中存在的问题。

2 传统继电保护问题探究

2．1 定值整定与配合存在问题

当前，电网运行环境十分复杂，且多样化也在不断加剧，这就对电网中的各种保护设备以及关键技术提出了更为苛刻的要求。继电保护系统由主保护和后备保护两部分构成，其中后备保护又通过多段式保护来实现近后备以及远后备的保护功能，进而形成了一个完整的广域继电保护系统。在传统继电保护中，现代电网运行环境的复杂性和多样性常常导致相关后备保护整定值的配合越来越复杂，且通过就地检测量和延时实现配合的方式在很多情况下难以确保选择性。所以人们愿意采取加强主保护、简化后备保护的措施，形成简化甚至放弃某些后备保护装置的趋向。

2．2 远后备保护的延时时间较长

多级阶梯延时配合将会导致继电保护的远后备保护延时时间增加，这会给整个电网保护系统带来不利影响。

2．3 缺乏自适应能力

传统的后备保护的整定配合依赖于有限的运行方式，如电网结构与运行方式频繁发生改变，或改变的幅度相对较大，往往会导致后备保护动作特性失配，可能造成误动或扩大事故。

2．4 存在潜在的动作风险

当电网结构或运行方式突发非预设性改变时，会引起大负荷潮流在电网系统中进行大范围转移，进而导致距离保护Ⅲ段非预期性的联锁跳闸，甚至会造成电网系统发生系列事故或大范围停电。这些问题出现的主要原因都可以归结为传统继电保护本身存在缺陷。

3 现阶段广域继电保护的实现方式

从目前来看，实现广域继电保护功能的主要方式有两种，一种是在线自适应原理（OAS），另一种是故障元件判别原理（FEI）。

3．1 基于OAS的广域继电保护

基于OAS的广域继电保护，主要是围绕继电保护在产生故障后对扰动域的识别、对最小断点集的搜索，以及快速短路计算等方面的内容来进行研究。目前，对基于OAS的广域继电保护的研究已经取得了许多成果，但是在实用化方面依旧受到了一定的制约，这可能是由于该方法虽然能够通过在线调整定值来提升保护的灵敏性以及选择性，但却没有从本质上克服传统继电保护自身的缺陷，如后备保护整定复杂困难、阶梯延时时间较长等，这些正是后备保护的故障隐患，最终会导致联锁跳闸现象的发生，给整个系统的安全带来严重的威胁。

3．2 基于FEI的广域继电保护

基于FEI的广域继电保护，主要是依靠电网系统中的广域多点测量信息，然后采用某种故障判断机制快速确定故障元件的位置，并进行故障切除，进而确定后备保护切除点，并利用该点断路器来切除故障。该方法不用进行整定计算，只需进行简单的时序及逻辑配合就能实现后备保护的选择性，可以有效减短后备保护的动作时间，同时没有大负荷潮流转移引起后备保护联锁跳闸动作的缺陷。

广域继电保护还受到一些技术问题的限制，如通信问题、信息同步问题、互操作性问题等。目前使用的GPRS技术在信息同步方面表现很不理想，互操作性问题还需要继续研究IEC61850信息标准，而通信问题还要进一步研究能否在现有的通信系统中搭载广域交换信息系统。

4 广域继电保护故障元件的判别原理

4．1 根据故障电压分布来判别故障元件

一般对于单一元件的故障判别，主要有电流差动、纵联方向和纵联距离等方式。电流差动在广域继电保护中不能得到很好的应用，纵联方向和纵联距离不能适应复杂电网故障元件的判别。而根据故障电压分布来判别故障元件，则能够同时满足上述两种情况。依靠线路的一侧电压以及电流故障分量取得的测量值，能够有效地估算线路另一侧电压故障分量。如果线路两侧电压故障分量的测量值和估算值相同，就表示外部出现故障；若不相同就表示内部存在故障，如图2所示。