继电保护柔性动作特性的应用分析

吴旻

摘要：传统的继电保护特性及适应性大多属于刚性的，被广泛应用于故障特征明确的情况下。但是当一些故障难以判断时，为了能更快速与准确的解决这些故障，要利用智能化和数字化的新模式，从而出现了继电保护柔性动作特性应用模式，该模式有着很好的保护和自动调整等优点，本文就继电保护柔性动作特性的概念进行阐述，详细介绍了动作特性的柔性化方法，并例举了真实案例来剖析如何在继电保护中应用柔性动作特性。

关键词：继电保护;柔性动作;特性应用

最初的继电保护是模拟模式，是通过识别继电器的故障后再采取故障清除措施一种传统模式。继电器具有动作特性也代表着继电本身的特性，它具备独有的特点：即具有良好的开关性能、关闭阻抗低，断开阻抗较高;具有较强的抗雷击性能，嗓音小，不易受到周边环境温度的影响。

随着数字技术的快速发展，电力行业出现了大量的继电保护新技术，但也仍然保留着部分原始“基因”，即存在着“过量欠量”这些动作特性，也可理解为是与非的区分。在对继电保护实施简单的处理时，依然坚持简单化，所以目前的过量欠量特征才得以一直保留。如果对过电流进行保护时，当电流值高于设定数据就会出现动作，反之则返回;在对四边形与圆形的特性保护中，在规定动作区域则有动作，反之则不动作等。对于较为复杂的反时限特性进行保护时，会将时间函数作为热电流保护的参数，而复杂的定时限电流保护则更为复杂，且有多种反时限特性。随着数字化的继电保护方式开始广泛应用，本文与传统的继电保护“过量欠量”特性相悖，提出利用数字化、智能化保护的柔性动作特性应用，来去解决当前继电保护的若干问题。

一、柔性动作特性的内涵

传统的刚性动作特性表现为过量欠量，有着一定的自适应性，而柔性动作特性与传统的刚性动作特性有较大区别，柔性动作特性主要是以故障特征确定进行对象保护，而非用“是”与“非”来区分。继电保护的判断依据是根据故障与非故障、区内故障与区外故障的不同之处来寻找差异。如果出现非常明显的差异则为刚性动作特性，反之则为柔性动作特性。也就是说，如果是过流简单的一些故障问题，且具有非常明确的特征，要选择刚性继电保护动作;而对于有不平衡电流存在的复杂现象，利用自适应性自我调节来防止不平衡电流出现;但是对于那些比较难识别故障特征的复杂问题，由于分辨不出故障与非故障的界线，不能准确识别继电保护故障和特性，就要选择柔性动作特性。

二、动作特性柔性化的模式

如果故障特征没有具备明显的交集现象，就能明确的辨别出故障与非故障特征时，此时要采取刚性继电动作特性。但是当两个动作特征很难划分清楚时，显然不能选择简单的刚性处理模式。当不能明确划分出单独特征区域时，称为混沌区。此时的故障与非故障区域变在为三个：故障区、非故障区和混沌区。其中，故障区、非故障区主要是指能够明确分辨出故障特征，而混沌区就是指故障特征地处于不明确的区域，此时就需要利用柔性化方法来处理，结合具体的故障特征來选择动作特性。

在对混沌区的故障特征进行识别时，要先寻找到分析的主判据，首先要缩小混沌区域，让该区域的特征变得鲜明，然后对区分困难的混沌区实施柔性化方法处理。

在对混沌区进行处理时，第一步要制定出权衡利弊后的指导原则和方案，即倾向于故障或是非故障方案，也可理解为是倾向于可靠或灵敏方向，或是开放与关闭方向，或是误动与拒动方向。第二步要计算付出代价值，即资源价值、时间代价、程序的复杂大小代价及补救措施等方面的计算。第三步是结合当前技术水平，从原理机制上制定出合理的解决方案和技术方案。

三、动作特性采取柔性化方法处理的应用案例分析

当前继电保护故障中存在一些混沌不明、故障特征分辨不清时，例如变压器在进行空载充电时，出现的励磁涌流现象，或是变压器匝间短路现象，又或是因外部电流短路导致的电流互感器饱和现象，还可能会与内部电路发生短路的情况发生，亦或是系统振荡的问题，以及外部短路初始阶段的暂态超越与内部短路等等现象。如何更好的解决这些混沌不明的故障特征，利用数字化的柔性动作特性方法，会容易的多。下面就真实的应用案例进行分析：

案例1：在此对变压器励磁涌流的问题利用柔性动作的方法来解决为例进行分析。变压器空载充电时，此时的差动保护功能会自动启动，识别是磁流涌故障，还是变压器内部故障，按照整定导则15%-20%二次谐波闭锁的工作定理，在实际应用中不能真正起到指导性任作用，而是对合理定值起了相反的约束作用。因为大部分的整定是根据15%的数值进行指导，导致指导性定值过高，使运行过程中出现大量大于15%的涌流现象。更甚者，系统中存在大量较小的二次谐波涌流，导致出现较大的二次谐波故障，造成了典型的混沌故障现象，所以说仅依据单纯的二次谐波判定条件对涌流进行分辨并不充分。

针对这种混沌现象，故障处理可以选择柔性化处理方法，一旦二次谐波小于5%时确定为故障，大于20%确定为涌流，Idφ2为二次谐波电流，Idφ为基波励磁电流。在5%-20%的混沌区域内，将其它量直接引入进行判断，例如直流量的引用，会带来大量的相关运算，将二次谐波数值越大判定为涌流，反之则判定为故障。所以，针对这种故障情况可以利用柔性化处理方法快速解决。

案例2：利用柔性动作方法实现继电保护“快”和“准”存在的冲突问题。这里的快，是指导致正序电压迅速降低的故障要以最快的速度进行解决。其中要将三口相短路的地方进行快速切除，然后将两相短路进行接地，对于单相接地故障的解决却要求不高。一般能够被快速消除的故障肯定有着非常好辨认的故障特征，所以会很快的寻找到故障处在处，例如可利用突变量距离保护的方法来尽快解决故障等。

这里的准，是指对有高阻现象的单相接地故障，进行故障识别时会与正常的负荷分辨出现难识别的情况，也就是有混沌区特征。这样的故障特征与负荷故障相似，故障切除的时间会稍长，但是却不会造成稳定问题，所以不需要一味强调解决动作的快速。除非有特殊要求要达到快速解决时，可勉强提出两条：首先要为上一级后备保护工作的开展提供一定的条件，其次要具备重合闸的条件。但是满足上述条件只是为了达到快速解决的目的，却有些不值得，倒不如求准，将“准”上升为首位，将“快”放到后位。