方向比較原理框架模式下的廣域繼電保護系統研究

付強

摘 要：從廣域繼電保護系統的結構和算法入手，分析方向比較原理下的系統結構和一次設備、方向IED的表示方法，并在此基礎上分析系統故障定位功能的實現，旨在幫助人們更好地了解廣域繼電保護系統。

關鍵詞：廣域繼電保護系統；方向比較原理；一次設備；方向IED

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0007-02

繼電保護系統是電網系統安全、穩定運行的重要保障，必須確保其動作的可靠性和速動性。近年來，各地頻繁發生停電事故的主要原因是：某一元件的損壞或電力系統檢修中誤動作的發生，電力系統潮流轉移，進而導致后備設備的誤動作，最終出現電網大面積的崩潰和故障。隨著智能電網的建立，人們對電網性能的要求越來越高，因此必須提高電網的穩定性、安全性和可靠性，減少大面積停電等大型故障。

隨著廣域測量技術和通信技術的發展，其在電網中的應用越來越廣泛，這既能實現對電網安全運行的監測、控制和對故障的快速識別，又能對系統產生繼電保護功能。

1 廣域繼電保護系統結構

繼電保護系統能同時基于廣域網和局域網，保護電網的某一特定區域。一般來說，將繼電保護系統安裝在變電站內，通過搜集所在變電站及其相鄰變電站內方向IED設備的故障信息，能夠準確地定位故障位置。廣域繼電保護系統的框架結構如圖1所示。

變電站內的方向IED設備將故障方向信息傳遞給廣域繼電保護決策系統，相鄰變電站內的方向IED設備將故障方向信息傳遞給廣域繼電保護決策系統，然后由系統根據電網的結構準確定位故障的位置，接著向有關終端發出跳閘指令，隔離故障元件，這就是集中式繼電保護系統。集中式繼電保護系統以變電站為中心，對廣域繼電保護決策系統的依賴性非常高，如果某套廣域繼電保護決策系統出現故障無法正常運行時，其必將會影響到廣域繼電保護系統運行的可靠性，因此，變電站級的廣域繼電保護決策系統可采用冗余的方式設計。另外，通信技術、電力技術、新型材料等的發展在很大程度上保證了廣域繼電保護系統的可靠性。

2 廣域繼電保護系統

2.1 一次設備、方向IED的表示方法

廣域繼電保護系統的保護對象包括變電站中的所有線路和一次設備，由于母線保護與變電站主接線方式聯系緊密，使得一次設備的表示方法關系到廣域繼電保護系統的可靠性。另外，為實現系統的故障定位功能，應在斷路器或電流互感器處安裝方向IED設備。

對于一次設備而言，其表示方法為：ID—設備類型—接線方式—設備名稱—設備上級變電站數組—設備狀態。從廣域繼電保護系統的算法來說，ID表示的是方法中的關鍵字，它是對一次設備進行類型區分的關鍵。設備類型不僅是系統中的一次設備，同時還是虛擬母線中的一次設備，將虛擬母線作為一次設備，有利于方向IED設備更好地發揮定位作用。接線方式主要有T接線路、普通兩端線路、單母接線和雙母接線。設備名稱就是廣域繼電保護系統中一次設備的名稱。設備上級變電站數組則是指一次設備所連接的廠站。一般來說，如果一次設備為廠站內元件，則設備上級變電站數組取值1；如果為廠站間設備，則取值應該是該一次設備所連接的廠站數；如果為普通兩端線路下的一次設備，則取值2；如果為T接線路下的一次設備，則取值3.最后一點為設備狀態，一般有運行和停運兩種狀態。

方向IED設備的表示方法為：ID—I側連接一次設備—J側連接一次設備—斷路器ID.ID一般按照方向IED設備的安裝位置進行劃分，例如安裝在普通斷路器位置的方向IED設備、安裝在母線斷路器位置的方向IED設備等。I側連接一次設備和J側連接一次設備表示的是方向IED設備的I側和J側所連接的一次設備。斷路器ID表示的是方向IED設備所連接的斷路器的ID號，如果沒有，則取值0.

2.2 故障定位

在方向比較原理框架模式下，廣域繼電保護系統中的所有方向的IED設備的方向均定義為：流出母線為正，流入母線為負。當方向IED設備安裝在兩個母線之間時，則按照“流出ID數值小一方的母線為正，流入ID數值小一方為負”的原則來判定方向元件的方向。因此，所有方向的IED設備的輸出值可能出現三種情況：1，0，-1.當輸出值為1時，則表示故障方向為正方向；當輸出值為0時，則表示沒有檢測到故障；當輸出值為-1時，則表示故障方向為反方向。

當系統檢測到方向IED設備啟動時，整個系統中所有方向的IED設備都會把動作信息傳遞給廣域繼電保護決策系統，決策系統會根據輸出值給一次設備和方向IED設備組成的關聯矩陣合適的賦值，由此形成一個完整的關聯矩陣。在賦值的過程中，需要注意的是：如果一次設備對應的方向IED設備輸出值有正數時，則將輸出值對應到關聯矩陣中的對應元素即可；如果沒有，則給關聯矩陣對應的元素賦值為0.將方向IED元件指示的故障方向信息的完整性作為定位故障的依據和門檻，并根據方向IED設備的綜合方向信息判斷故障發生的位置。

3 結束語

變電站級別的廣域繼電保護系統依靠方向IED設備的輸出值來定位故障。系統先對變電站的拓撲結構、方向IED設備的安裝位置和一次設備與方向IED設備的連接關系形成關聯矩陣，檢測到故障信息后，只需要對關聯矩陣賦值，就可以形成完整的故障關聯矩陣，進而可以準確地定位故障元件。廣域繼電保護系統不僅能夠快速診斷出一次設備發生的故障位置，而且對變電站的接線方式適應性好，因此值得在電力領域被推廣。

參考文獻

[1]金恩淑，汪有成，王紅艷，等.基于負序功率方向比較原理的廣域繼電保護算法[J].電力系統保護與控制，2013（22）.

〔編輯：王霞〕