廣域繼電保護及其故障元件判別問題分析

余曉嬌

摘 要：近年來，電能應用越來越廣泛、電網發展速度越來越快、電網運行越來越復雜多樣，作為電網系統安全保護的首道防線，繼電保護裝置已經越來越發揮著重要的作用。與傳統的繼電保護對比，廣域繼電保護具有非常明顯的優勢，因而也更適宜電力行業發展的實際需要。文章分析了傳統繼電保護存在的一些問題和實現廣域繼電保護的主要方式，系統地闡述了廣域繼電保護的故障元件判別，對電力企業和電力工作人員探索、推廣和應用廣域繼電保護具有一定的參考價值。

關鍵詞：廣域繼電保護；故障元件；判別分析

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0070-02

近年來，隨著經濟社會的發展不斷提速和科技水平日益增強，電力企業的生產經營規模和效益也得到了顯著的提升。但是長期以來，很多地方都曾經出現過大面積的停電現象，繼電保護裝置作用未能很好的發揮是主要的原因。而且由于傳統的繼電保護沒有很高的靈敏性，保護定值不穩定，存在安全隱患，特別是隨著計算機網絡技術的普及應用，廣域繼電保護逐漸被運用到了電網系統的運行中，而且分析研究故障元件的判別原理也日益被提上了重要日程。本文就廣域繼電保護及其故障元件的判別談些粗淺的想法。

1 傳統繼電保護的不足

1.1 保護定值不穩定

在近年來科技水平日新月異和電力行業持續發展的背景下，電網結構的運行也出現了多樣性和復雜性的實際情況。雖然現代化科技手段應用到電網運行當中，實現了電力發展的時代性和科學化，但是同時也使繼電保護裝置面臨著復雜多變的客觀環境，而且對一些關鍵性技術環節的改進增加了新的難度。傳統的繼電保護受電網系統現代化發展趨勢影響，后備保護定值一般不穩定，對電網設備的現場檢測和定值配合形式的選用方面就增加了困難，因而在繼電保護裝置的利用方面已經越來越被簡化，而且很多地方已經被廣域繼電保護所替代。

1.2 延長保護性能

一般傳統的繼電保護裝置，由于呈多級階梯性，因而在保護性能的配合上都具有延長時間的現象，非常容易出現后備保護增加時限的情況，使電網系統的安全可靠運行受到一定程度的影響，無法有效發揮繼電保護的作用。

1.3 適應能力不強

由于傳統繼電保護裝置的整定值配合一般都具有很大的局限性，如果電網系統隨著科技水平的提高和社會經濟的快速發展，而不斷改善變電設備的網架結構或者電網系統的運行模式，特別是變化比較大的情況下，即便電網系統正常運行，傳統的繼電保護也會由于信息的不對稱而出現不適應性，形成繼電保護的誤動作，不能充分發揮保護作用，或者延長保護時間，出現跳閘現象，造成安全用電事故，制約電力系統的安全、可靠、平穩運行。

1.4 存在誤動作風險

很多電網系統的運行失常或者出現安全生產事故，一般都是繼電保護不力發生誤動作情況所造成的。特別是傳統繼電保護，由于受到電網結構變化的影響非常明顯，不能系統分析把握電力運行的全部信息資源，自身對整定信息改變又存在一定的不適應性，無法有效地判別和整定電力事故發生的原因和適應電力系統的運行變化，一旦在運行使用的時候超過自身承載負荷，就很容易出現誤動作的問題，造成保護設施自動跳閘，出現大面積停電，從而影響電網的正常運行，出現用電事故。

2 實現廣域繼電保護的基本形式

基于以上原因，傳統的繼電保護裝置已不太適應電力行業發展的實際需要，特別是電網結構的改進和科技手段的逐步應用，不能科學地實現繼電保護功能。所以很多電力企業，尤其是一些科研機構，都在研究推廣廣域繼電保護設備，有效地解決后備保護不足的問題。目前，實現廣域繼電保護的基本形式，主要包括OAS和FEI兩種辦法。

2.1 OAS形式

就是根據在線的自適應性進行整定借以發揮繼電保護的作用。采用這種形式，主要是考慮到廣域繼電保護裝置的配合性，發生用電故障以后能夠及時地識別擾動區間和搜索判定斷電的最小集，而且對發生短路的區域進行迅速測算，以改善繼電保護裝置反映能力和靈敏性，特別是在電網系統運行的時候，OAS可以參照事故觸發的情形，對電力設備的運行狀態進行全程跟蹤分析判別，從而準確地測算出廣域繼電設備保護的整定值，及時在線處理，避免用電事故的發生。

2.2 FEI形式

分析判別故障元件性能，實現對電網系統的繼電保護功能。采用這種形式可以有效地縮短整定值測算的時間，單純運用繼電保護設備的邏輯配合性能和工作時序，能夠發揮廣域后備保護的作用，防止保護作用的延時和用電負荷變化帶來的不利影響，即使電網系統正常運轉，也能夠及時判定故障元件的準確定位，而且能夠及時采取有效的措施進行處理。

3 判別故障元件的措施

3.1 通過故障電壓的分布形式來判別元件故障

一般情況下，判別單個元件的故障，應當采取的措施包括縱聯距離、方向和電流差動等形式。但是在判別復雜多變的電網元件故障中，縱聯距離和縱聯方向不是非常的適合，而且采取電流差動的辦法在廣域繼電保護中也不能有效地利用。然而采用故障電壓的發布對元件的故障進行分析判別，就能夠有效地彌補這兩種辦法的不足。這種方法主要是利用一側的線路電壓以及出現問題的電流分量計算出來的取值，來分析估算另一側線路的故障電壓情況，如果計算和估算的線路兩側的故障電壓分量一致，就可以判別出繼電保護裝置的外部發生了元件故障問題，如果數值不一致，就說明是內部出現了元件故障問題。或者是采取單相繼電測試儀進行測試，如圖1所示。運用這種判別辦法，即使面對電網系統運行過程中非常復雜多變的故障轉移以及高阻接地等情況，或者出現震蕩的現象二次發生線路故障的情況，都能夠非常及時地判斷出來故障的準確定位，為專業技術人員全面、準確、科學、合理地校正廣域繼電保護裝置提供了便利條件。

3.2 通過阻抗電壓電流的綜合能力來判別元件故障

廣域繼電保護裝置的電流差動受到電容的影響非常明顯，而且波動非常大，因而也就造成了其靈敏性在一定程度上的降低，產生上述問題的原因，一般是繼電保護設備的運行在區域差動的架構范疇，利用的形式和通過的線路數量具有一定的差異性，非常容易改變所分布的電容和產生的電流，一定程度上會影響廣域繼電保護較為靈敏的反映能力。所以，通過阻抗電壓和電流的綜合能力分析評判故障的繼電保護元件，因為其自身較高的靈敏性，可以非常有效地彌補電流差動造成的不良影響，解決元件故障判別問題。

3.3 通過融合信息的手段來判別元件故障

這種方法目前在具有有限性特征的廣域繼電保護中應用的非常普遍，特別是在一些智能電網結構中應用的效果非常好，應用流程如圖2所示。主要是采用融合信息的技術手段對故障發生的概率進行分析判斷，建立故障的順序編號，這樣不但可以提高故障元件問題檢索效率，節省故障排查時間，而且可以降低計算過程，避免對繼電保護作出錯誤的判斷，提升錯誤信息的容納能力。

4 結 語

隨著電能需求的逐漸提高，電力行業的發展也將越來越快，電網的安全運行也將日益被社會各界和電力企業所重視，而繼電保護目前在電網系統的科學、平穩運行中正越來越發揮了重要的支撐作用。本文分析了傳統繼電保護裝置存在的局限性，闡述了實現廣域繼電保護的基本形式和判別元件故障的主要措施，對進一步推廣應用廣域繼電保護設備，科學、準確地分析判斷元件故障的實際情況，確保電力系統安全運行，促進電力行業健康協調快速發展具有一定的借鑒意義。

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