广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨

2021-04-25刘志洪

电气技术与经济 2021年2期

关键词：广域差动后备

刘志洪

（云南电网有限责任公司昆明供电局）

0 引言

我国当前科技发展规模逐渐扩大，电网建设规模也不断扩大，广域继电保护机器故障原件判别工作也得到重视。虽然广域继电保护措施已经实施一段时间，但是仍然存在着一些问题，无法保障电网正常运行。

1 传统电网继电保护存在的问题

1.1 传统的电网继电保护存在着整定和配合的

问题

最近几年，电网建设和先进的科学技术逐渐融合，使目前的电网运行环境非常繁复，涉及到较多的内容。虽然，电网与科技融合能够保障电网建设的现代化，为我国居民提供更加先进的服务，但是随着电网建设不断的现代化、科技化，对于相关的保护设施以及相关技术人员的技术标准也逐渐提高了。在当前的继电保护当中，经常出现后备保护设施的整定值受到现代电网影响导致配合越来越复杂，导致电网就地检测与延时的配合方式选取困难。与此同时，受到这一原因的影响，目前我国的电网后备保护设施正在不断的简化，甚至出现了取消后备设备的现象。除此之外，还要了解虽然可以使用双套主方式解决大型电网中发生的高阻故障，但是无法彻底解决这一问题［1］。

1.2 传统继电保护在远后备保护具有较长的延时

在以往的继电保护中，经常出现多段式延时配合的情况，这一现象的存在非常容易导致继电保护系统后备保护延迟时间的延长，从而削弱了电网系统的安全程度。

1.3 传统继电保护措施缺乏自适应应变机制

传统继电保护措施的后备保护装置是将现行的电网运行模式作为基础进行构建的，并没有办法随着电网变化而发生改变。如果电网运行模式出现大幅度的改动或是网架结构发生变化，都很容易导致电网运行错误，出现重大事故。

1.4 传统继电保护措施很容易出现错误操作

传统的继电保护系统本身存在着一定的不足，很容易导致出现“距离保护Ⅲ段非预期连锁跳闸”，即电网的网架排列或是运行出现了一些在预料之外的突发状况，导致大量负荷流在电网系统中大规模转移，有可能会出现电网系统解列现象或是无法持续为居民们供电。当前的继电保护措施依据安装处设施制定的，无法对于整个电网有一个详细的掌控，导致后备保护设施无法对于当前的电网运行形式进行判断，从而无法做出及时判断和整定措施［2］。

2 实施广域继电保护的措施

从我国目前的电网发展形势来看，想要实施广域继电保护措施可以通过OAS（在线自适应整定原理）和FEI（故障元件判别原理）实现。OAS原理主要是收集继电保护故障后扰动域鉴别、最小断点集进行快速的短路计算等方面来支撑探究的，主要是能够提升广域继电保护措施的灵活程度，但是当前的OAS原理还不能够在根源上解决后备保护的阶段性延迟，还需要不断对其进行研究；FEI原理的运用，能够有效地减少继电保护计算整定所需要的环节，仅需将时序和逻辑相匹配，就能够为后备保护创造选择的空间，并且能够有效削弱后备保护所需要的整定时间，解决了负电荷大面积转移引起的负面影响，是一种有限制的广域继电保护。

3 新型故障元件判别方式

3.1 基于故障电压分布的故障元件判别方式

对于一个元件的故障判别方式分为很多类型，比如电流差动和联纵距离等等。电流差动对于同步采样有着很高标准的要求，导致其很难运用在广域继电保护当中，而联众距离对于产生原因较为复杂的故障原因解决较为困难。基于故障电压分布的故障元件判别方式就能完美地对于单一元件故障进行判别。

图1 测试电压和推测电压故障分量

这一方式主要是使用元件中一端的电压及电流问题分量的检测值对于另一端的电压问题分量进行推测，通过这样的方式广域后备保障设施就能够同时对于单一线路两端的故障分量有所了解。在外部出现故障时线路的任意一端电压故障分量数值和推算的数值是一样的，而在线路内部故障中，至少一端的电压分量与推测值存在着很大的不同，通过这样的方式对出现故障的元件进行判断，具体方式如图1所示［3］。

因为只需要计算较远地方的电压幅值，所以基于故障电压分布的判别方式并不需要进行精准的广域同步采样，只要将出现故障时线路相册的启动特点进行同步地校正。根据实验计算显示，包含高阻接地和非全相运行状态下的故障在内的等较为杂乱情形，该判别方式都能够对于线路中出现的问题进行正确的判定，并且不受到其他因素的影响。

3.2 基于广域综合阻抗的故障元件判别方式

广域电流差动保护方式的灵活程度要比普通的电流差动更容易受到线路中分布的电容影响，这主要是由于区域电流差动中不同形式的运转方式中的元件数量很有可能是不同的，与此同时广域环境中的推测和弥补的电容也存在着较大的困难。基于广域综合阻抗的故障原件判别方式能够很好地解决电容对于故障判断的影响，具有较高的灵敏性。将这一判断方式应用于广域继电保护中，能够完美解决广域电流差动保障中的不足。

这一方式主要使用区域多端电压和电流的综合阻抗，如图2所示，这一理念的公式为：

式中，M为进入广域继电保护范围的线路数量；N为光宇继电保护范围边界的母线数目。

对于广域保护范围之外出现故障时，广域综合阻抗表现出和保护范围内线路一样的容抗，其虚部数值是千欧级，阻抗角大概为-90°；保护范围内的故障式广域综合阻抗和系统、线路以及过度电阻等元素相关，但主要体现为感抗，它的虚部数值比较小。通过仿真实验对于这一算法进行验证，证明这一方法的灵敏程度较高，能够承担较多的过渡电阻，不会受到电容电流等问题的干扰。

图2 广域保护范围

3.3 基于遗传信息认同和技术的故障元件判别方式

为了加强广域信息保障能力，提出了基于遗传信息认同和技术的故障元件判别方式，这种判别方式将故障发生法当做遗传算法的计算对象，并与其他的几种保障断定依据进行信息整合，通过线路两侧的故障发生方向的容错锁定出现问题的元件，通过这样的方式减少在数据传递当中出现的信息遗失和内容错误的现象，提升故障元件判别工作效率［4］。

这一原理是以故障方向的广域继电保护原理为基础，融合遗传算法而构建的信息融合数学模型。这一模型当中主要涉及到的数据有：保护主体、对于断路器失效保护、带方向距离保护Ⅰ、Ⅱ阶段动作信息和断路器情况等数据。这些数据都和线路中出现的问题有着一定的关联，运用这些数据可以建造各保护环节的理想数值，后根据当前的数值与理想间的差距打造最大的适应度数值。通过遗传算法进行快速的计算整合来寻找故障最好的解决办法，通过这一方法，能够在影响因素较多的环境当中对于问题元件进行准确判断。