基于縱聯原理的廣域繼電保護算法研究

潘侃

摘 要：目前我國繼電保護中廣泛采用多重化主保護聯合后備保護配置方式，基于縱聯原理能夠迅速確定出故障的區域。文章提出了基于縱聯原理的廣域繼電保護算法，通過對繼電保護故障的確定和算法研究，分析了繼電保護系統在廣域的運行狀況和保護策略，表現了算法的準確性，能夠克服運行的狀況影響，提高繼電保護性能。

關鍵詞：縱聯原理；廣域；繼電保護算法

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0080-02

為了改善現階段繼電保護中的不足，在追求更高性能的繼電保護方法的同時對新的繼電保護概念進行研究。在繼電保護中不同位置的IED能夠通過互感器獲得信息同時也能獲得其他IED的信息，在實現主保護的同時提供后備保護的功能。

1 廣域繼電保護中的問題

廣域既定保護有分布式和集中決策式兩種結構。因為集中決策結構主要靠決策主機進行運作，且對通信系統的依賴性較大，因此本文著重延吉分布式決策的結構。決策結構中不采用決策主機，而是通過在斷路器處設IED，使IED在執行故障定位判斷的同時對安裝點進行信息采集、運算、傳輸。而每個IED都會通過和其他IED交換信息以預算出故障位置，由此進行與之對應的操作。分布式決策機構中的廣域繼電保護的算法中存在兩個問題：①通過廣域繼電保護的保護范圍的確定來避免盲目獲取測點信息，增加通訊壓力。因而當信息交換范圍被劃定后IED能夠和其相關范圍的IED進行信息交換，避免盲目的交換。②交換信息內容及故障判斷等信息的利用。

2 廣域繼電保護范圍的劃分

廣域繼電保護分為兩個部分，在快速主保護的同時要對相鄰的設備故障進行后備保護。

2.1 快速主保護區域（最小保護區域）

與常規繼電保護中的線路主保護和母線主保護相同，包括背側母線和IED所在線路。快速主保護區域與傳統繼電保護相比優勢在于有兩套主保護，其繼電保護只要跳開一個斷路器并且只需要通過一個IED完成。

2.2 后備保護區域

它也稱為最大保護區域在常規工作下IED及其相鄰線路提供后備保護作用，可以通過設定確定最大保護區域的范圍。

如圖1所示，數字對應IED和斷路器的編號，L為線路，B為母線。如IEDL3最小保護范圍是L2、B2。最大的保護范圍為L1、L3、L4、L5及母線B3，當LEDL3故障發生時只能在這一范圍內交換信息。

3 基于縱聯原理的廣域繼電保護算法

3.1 廣域縱聯比較故障定位算法

快速繼電保護功能實現取決于判斷故障所在的區段。基于縱聯原理對廣域繼電保護進行研究，應當在系統內每個斷路器、電流互感器出設IED來測量故障方向。其中沒個IED都要事先規劃其保護區域，同時列出最大保護區域內的被保護設備與IED的對應關系。通過研究IED內部中故障方向的信息計算出故障的發生區段，確保在故障時周圍的IED能夠準確判斷區段且執行相關操作。

在故障定位算法介紹前要確定兩個系數的定義。

3.1.1 動作系數AF

AF表示為IED故障方向的原件動作情況，其取值為：

AFi=i=1時代表方向元件i為正向故障i=-1時代表方向元件i為反向故障i=0時代表方向元件i無輸出

3.1.2 關聯系數

AF為其它IED相對于被研究的IED關聯程度值，表現不同位置的IED輸出結果對判斷故障的影響程度，其取值為

RFi=n1 IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內線路故障n1IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內母線故障n2 IEDi和相關IED的關聯系數在最大保護范圍內其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED輸出對故障定位的不同影響，目的是刻畫量度，其本身沒有特殊含義。當n2=1時，n1、n2取值和網絡結構有關，定義為：

①計算最小保護區域線路故障時，IED的取為n1。IED的線路接線為I接線，在正常情況下n1=2，與自身RF值也是n1；

②計算最小保護區域內母線故障時，IED的RF為n1。n1等于被研究的IED最大保護區域內母線帶出線條的最大值，此時IED自身RF值也是n1。

在節點系統結構圖中，IED3最下保護區域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判斷故障是否在線路L2中發生，IED4相對于IED3關聯系數RF為n1=2；在IED3和IED2、IED7中判斷故障是否在母線B2上，IED2、IED7相對于IED3關聯系數RF為n=3；在IED2和IED1中判斷故障是否在線路L1，IED2相對于IED3關聯系數RF為n2=1。

故障方向其原件動作系數和IED關聯系數R作為廣域繼電保護的算法基礎，其中每個IED內部都會對故障進行定位計算。當故障時其中每個IED都應當按照如表所示的算法進行故障判斷，其結果作為，將其與事先確定的RF相乘能夠作為IED輸出的結果。將被保護的單元采用式1，同時將相互對應的IED輸出值進行相加，將其結果作為判斷的結果。根據式2、3再綜合考慮判斷結果能夠判斷出故障的發生位置。

其中，F為對保護對象i的故障判斷結果，N為被保護元件i的IED數量。

當線路i故障時，對應線路的值為正且滿足以下條件，則F為線路i的故障線路判斷結果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi為線路i的故障判斷結果門檻值，線路都存在門檻值，設定依據線路的故障對應的IED拒動之后，采用式1能夠得出門檻值。

當故障發生在母線，故障的母線對應的值是負數且滿足以下幾個條件，則F為母線故障時的判斷結果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母線的故障判斷結果門檻值，原則同式（2）。

3.2 廣域繼電保護策略

在運行故障時的IED通過故障定位算法來確定故障位置，且通過故障位置來判斷機電保護策略，廣域繼電保護策略，如圖2所示。

在故障中如果故障在最小保護范圍，IED會迅速發出跳閘的信息來控制斷路器，以此檢測斷路器的故障，在斷路器失靈時應當向相鄰的IED發送信號進行斷路器的跳閘。

當故障在最大保護區域時，IED通過檢測相鄰斷路器等方法來確定是否跳開IED的控制斷路器，進行后備保護。這種繼電保護的算法可以在短時間內同時完成主保護同時提供后備保護功能。因此后備保護不需要依靠整定值及動作的延時配合，只需要信息斷路器和IED來進行后備保護，能夠使故障切除的范圍達到最小。

4 結 語

本文基于縱聯原理對廣域繼電保護進行分析，提出了一種包括廣域信息故障判斷和繼電保護的算法。這種算法緊跟時代步伐，更好地服務于電力運行和繼電保護，其不但能夠在短時間內對元件進行主保護，也能為相鄰設備提供后備保護，確保繼電保護的正常作用，為日后的研究發展提供參考和論述，也為廣域繼電保護提供了活力。

參考文獻：

[1] 叢偉，潘貞存，趙建國.基于縱聯比較原理的廣域繼電保護算法研究[J].中國電機工程學報，2006，（21）.

[2] 叢偉.廣域保護系統結構及故障判別算法研究[D].濟南：山東大學，2005.

[3] 尹項根，李振興，劉穎彤，等.廣域繼電保護及其故障元件判別問題的探討[J].電力系統保護與控制，2012，（5）.

[4] 劉柱，王凱，劉杰.廣域繼電保護研究綜述[J].廣東電力，2009，（8）.

摘 要：目前我國繼電保護中廣泛采用多重化主保護聯合后備保護配置方式，基于縱聯原理能夠迅速確定出故障的區域。文章提出了基于縱聯原理的廣域繼電保護算法，通過對繼電保護故障的確定和算法研究，分析了繼電保護系統在廣域的運行狀況和保護策略，表現了算法的準確性，能夠克服運行的狀況影響，提高繼電保護性能。

關鍵詞：縱聯原理；廣域；繼電保護算法

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0080-02

為了改善現階段繼電保護中的不足，在追求更高性能的繼電保護方法的同時對新的繼電保護概念進行研究。在繼電保護中不同位置的IED能夠通過互感器獲得信息同時也能獲得其他IED的信息，在實現主保護的同時提供后備保護的功能。

1 廣域繼電保護中的問題

廣域既定保護有分布式和集中決策式兩種結構。因為集中決策結構主要靠決策主機進行運作，且對通信系統的依賴性較大，因此本文著重延吉分布式決策的結構。決策結構中不采用決策主機，而是通過在斷路器處設IED，使IED在執行故障定位判斷的同時對安裝點進行信息采集、運算、傳輸。而每個IED都會通過和其他IED交換信息以預算出故障位置，由此進行與之對應的操作。分布式決策機構中的廣域繼電保護的算法中存在兩個問題：①通過廣域繼電保護的保護范圍的確定來避免盲目獲取測點信息，增加通訊壓力。因而當信息交換范圍被劃定后IED能夠和其相關范圍的IED進行信息交換，避免盲目的交換。②交換信息內容及故障判斷等信息的利用。

2 廣域繼電保護范圍的劃分

廣域繼電保護分為兩個部分，在快速主保護的同時要對相鄰的設備故障進行后備保護。

2.1 快速主保護區域（最小保護區域）

與常規繼電保護中的線路主保護和母線主保護相同，包括背側母線和IED所在線路。快速主保護區域與傳統繼電保護相比優勢在于有兩套主保護，其繼電保護只要跳開一個斷路器并且只需要通過一個IED完成。

2.2 后備保護區域

它也稱為最大保護區域在常規工作下IED及其相鄰線路提供后備保護作用，可以通過設定確定最大保護區域的范圍。

如圖1所示，數字對應IED和斷路器的編號，L為線路，B為母線。如IEDL3最小保護范圍是L2、B2。最大的保護范圍為L1、L3、L4、L5及母線B3，當LEDL3故障發生時只能在這一范圍內交換信息。

3 基于縱聯原理的廣域繼電保護算法

3.1 廣域縱聯比較故障定位算法

快速繼電保護功能實現取決于判斷故障所在的區段。基于縱聯原理對廣域繼電保護進行研究，應當在系統內每個斷路器、電流互感器出設IED來測量故障方向。其中沒個IED都要事先規劃其保護區域，同時列出最大保護區域內的被保護設備與IED的對應關系。通過研究IED內部中故障方向的信息計算出故障的發生區段，確保在故障時周圍的IED能夠準確判斷區段且執行相關操作。

在故障定位算法介紹前要確定兩個系數的定義。

3.1.1 動作系數AF

AF表示為IED故障方向的原件動作情況，其取值為：

AFi=i=1時代表方向元件i為正向故障i=-1時代表方向元件i為反向故障i=0時代表方向元件i無輸出

3.1.2 關聯系數

AF為其它IED相對于被研究的IED關聯程度值，表現不同位置的IED輸出結果對判斷故障的影響程度，其取值為

RFi=n1 IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內線路故障n1IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內母線故障n2 IEDi和相關IED的關聯系數在最大保護范圍內其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED輸出對故障定位的不同影響，目的是刻畫量度，其本身沒有特殊含義。當n2=1時，n1、n2取值和網絡結構有關，定義為：

①計算最小保護區域線路故障時，IED的取為n1。IED的線路接線為I接線，在正常情況下n1=2，與自身RF值也是n1；

②計算最小保護區域內母線故障時，IED的RF為n1。n1等于被研究的IED最大保護區域內母線帶出線條的最大值，此時IED自身RF值也是n1。

在節點系統結構圖中，IED3最下保護區域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判斷故障是否在線路L2中發生，IED4相對于IED3關聯系數RF為n1=2；在IED3和IED2、IED7中判斷故障是否在母線B2上，IED2、IED7相對于IED3關聯系數RF為n=3；在IED2和IED1中判斷故障是否在線路L1，IED2相對于IED3關聯系數RF為n2=1。

故障方向其原件動作系數和IED關聯系數R作為廣域繼電保護的算法基礎，其中每個IED內部都會對故障進行定位計算。當故障時其中每個IED都應當按照如表所示的算法進行故障判斷，其結果作為，將其與事先確定的RF相乘能夠作為IED輸出的結果。將被保護的單元采用式1，同時將相互對應的IED輸出值進行相加，將其結果作為判斷的結果。根據式2、3再綜合考慮判斷結果能夠判斷出故障的發生位置。

其中，F為對保護對象i的故障判斷結果，N為被保護元件i的IED數量。

當線路i故障時，對應線路的值為正且滿足以下條件，則F為線路i的故障線路判斷結果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi為線路i的故障判斷結果門檻值，線路都存在門檻值，設定依據線路的故障對應的IED拒動之后，采用式1能夠得出門檻值。

當故障發生在母線，故障的母線對應的值是負數且滿足以下幾個條件，則F為母線故障時的判斷結果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母線的故障判斷結果門檻值，原則同式（2）。

3.2 廣域繼電保護策略

在運行故障時的IED通過故障定位算法來確定故障位置，且通過故障位置來判斷機電保護策略，廣域繼電保護策略，如圖2所示。

在故障中如果故障在最小保護范圍，IED會迅速發出跳閘的信息來控制斷路器，以此檢測斷路器的故障，在斷路器失靈時應當向相鄰的IED發送信號進行斷路器的跳閘。

當故障在最大保護區域時，IED通過檢測相鄰斷路器等方法來確定是否跳開IED的控制斷路器，進行后備保護。這種繼電保護的算法可以在短時間內同時完成主保護同時提供后備保護功能。因此后備保護不需要依靠整定值及動作的延時配合，只需要信息斷路器和IED來進行后備保護，能夠使故障切除的范圍達到最小。

4 結 語

本文基于縱聯原理對廣域繼電保護進行分析，提出了一種包括廣域信息故障判斷和繼電保護的算法。這種算法緊跟時代步伐，更好地服務于電力運行和繼電保護，其不但能夠在短時間內對元件進行主保護，也能為相鄰設備提供后備保護，確保繼電保護的正常作用，為日后的研究發展提供參考和論述，也為廣域繼電保護提供了活力。

參考文獻：

[1] 叢偉，潘貞存，趙建國.基于縱聯比較原理的廣域繼電保護算法研究[J].中國電機工程學報，2006，（21）.

[2] 叢偉.廣域保護系統結構及故障判別算法研究[D].濟南：山東大學，2005.

[3] 尹項根，李振興，劉穎彤，等.廣域繼電保護及其故障元件判別問題的探討[J].電力系統保護與控制，2012，（5）.

[4] 劉柱，王凱，劉杰.廣域繼電保護研究綜述[J].廣東電力，2009，（8）.

摘 要：目前我國繼電保護中廣泛采用多重化主保護聯合后備保護配置方式，基于縱聯原理能夠迅速確定出故障的區域。文章提出了基于縱聯原理的廣域繼電保護算法，通過對繼電保護故障的確定和算法研究，分析了繼電保護系統在廣域的運行狀況和保護策略，表現了算法的準確性，能夠克服運行的狀況影響，提高繼電保護性能。

關鍵詞：縱聯原理；廣域；繼電保護算法

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0080-02

為了改善現階段繼電保護中的不足，在追求更高性能的繼電保護方法的同時對新的繼電保護概念進行研究。在繼電保護中不同位置的IED能夠通過互感器獲得信息同時也能獲得其他IED的信息，在實現主保護的同時提供后備保護的功能。

1 廣域繼電保護中的問題

廣域既定保護有分布式和集中決策式兩種結構。因為集中決策結構主要靠決策主機進行運作，且對通信系統的依賴性較大，因此本文著重延吉分布式決策的結構。決策結構中不采用決策主機，而是通過在斷路器處設IED，使IED在執行故障定位判斷的同時對安裝點進行信息采集、運算、傳輸。而每個IED都會通過和其他IED交換信息以預算出故障位置，由此進行與之對應的操作。分布式決策機構中的廣域繼電保護的算法中存在兩個問題：①通過廣域繼電保護的保護范圍的確定來避免盲目獲取測點信息，增加通訊壓力。因而當信息交換范圍被劃定后IED能夠和其相關范圍的IED進行信息交換，避免盲目的交換。②交換信息內容及故障判斷等信息的利用。

2 廣域繼電保護范圍的劃分

廣域繼電保護分為兩個部分，在快速主保護的同時要對相鄰的設備故障進行后備保護。

2.1 快速主保護區域（最小保護區域）

與常規繼電保護中的線路主保護和母線主保護相同，包括背側母線和IED所在線路。快速主保護區域與傳統繼電保護相比優勢在于有兩套主保護，其繼電保護只要跳開一個斷路器并且只需要通過一個IED完成。

2.2 后備保護區域

它也稱為最大保護區域在常規工作下IED及其相鄰線路提供后備保護作用，可以通過設定確定最大保護區域的范圍。

如圖1所示，數字對應IED和斷路器的編號，L為線路，B為母線。如IEDL3最小保護范圍是L2、B2。最大的保護范圍為L1、L3、L4、L5及母線B3，當LEDL3故障發生時只能在這一范圍內交換信息。

3 基于縱聯原理的廣域繼電保護算法

3.1 廣域縱聯比較故障定位算法

快速繼電保護功能實現取決于判斷故障所在的區段。基于縱聯原理對廣域繼電保護進行研究，應當在系統內每個斷路器、電流互感器出設IED來測量故障方向。其中沒個IED都要事先規劃其保護區域，同時列出最大保護區域內的被保護設備與IED的對應關系。通過研究IED內部中故障方向的信息計算出故障的發生區段，確保在故障時周圍的IED能夠準確判斷區段且執行相關操作。

在故障定位算法介紹前要確定兩個系數的定義。

3.1.1 動作系數AF

AF表示為IED故障方向的原件動作情況，其取值為：

AFi=i=1時代表方向元件i為正向故障i=-1時代表方向元件i為反向故障i=0時代表方向元件i無輸出

3.1.2 關聯系數

AF為其它IED相對于被研究的IED關聯程度值，表現不同位置的IED輸出結果對判斷故障的影響程度，其取值為

RFi=n1 IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內線路故障n1IEDi和相關IED的關聯系數在最小保護范圍內母線故障n2 IEDi和相關IED的關聯系數在最大保護范圍內其他原件故障

其中，（n1）（n1）>n2

n的取值代表的是不同IED輸出對故障定位的不同影響，目的是刻畫量度，其本身沒有特殊含義。當n2=1時，n1、n2取值和網絡結構有關，定義為：

①計算最小保護區域線路故障時，IED的取為n1。IED的線路接線為I接線，在正常情況下n1=2，與自身RF值也是n1；

②計算最小保護區域內母線故障時，IED的RF為n1。n1等于被研究的IED最大保護區域內母線帶出線條的最大值，此時IED自身RF值也是n1。

在節點系統結構圖中，IED3最下保護區域包括L2和B2。在IED3和IED4中，判斷故障是否在線路L2中發生，IED4相對于IED3關聯系數RF為n1=2；在IED3和IED2、IED7中判斷故障是否在母線B2上，IED2、IED7相對于IED3關聯系數RF為n=3；在IED2和IED1中判斷故障是否在線路L1，IED2相對于IED3關聯系數RF為n2=1。

故障方向其原件動作系數和IED關聯系數R作為廣域繼電保護的算法基礎，其中每個IED內部都會對故障進行定位計算。當故障時其中每個IED都應當按照如表所示的算法進行故障判斷，其結果作為，將其與事先確定的RF相乘能夠作為IED輸出的結果。將被保護的單元采用式1，同時將相互對應的IED輸出值進行相加，將其結果作為判斷的結果。根據式2、3再綜合考慮判斷結果能夠判斷出故障的發生位置。

其中，F為對保護對象i的故障判斷結果，N為被保護元件i的IED數量。

當線路i故障時，對應線路的值為正且滿足以下條件，則F為線路i的故障線路判斷結果。

Fouti≥Fthi>Foutj （2）

式中，Fthi為線路i的故障判斷結果門檻值，線路都存在門檻值，設定依據線路的故障對應的IED拒動之后，采用式1能夠得出門檻值。

當故障發生在母線，故障的母線對應的值是負數且滿足以下幾個條件，則F為母線故障時的判斷結果。

Foutm≤Fthm

其中，Foutm是母線的故障判斷結果門檻值，原則同式（2）。

3.2 廣域繼電保護策略

在運行故障時的IED通過故障定位算法來確定故障位置，且通過故障位置來判斷機電保護策略，廣域繼電保護策略，如圖2所示。

在故障中如果故障在最小保護范圍，IED會迅速發出跳閘的信息來控制斷路器，以此檢測斷路器的故障，在斷路器失靈時應當向相鄰的IED發送信號進行斷路器的跳閘。

當故障在最大保護區域時，IED通過檢測相鄰斷路器等方法來確定是否跳開IED的控制斷路器，進行后備保護。這種繼電保護的算法可以在短時間內同時完成主保護同時提供后備保護功能。因此后備保護不需要依靠整定值及動作的延時配合，只需要信息斷路器和IED來進行后備保護，能夠使故障切除的范圍達到最小。

4 結 語

本文基于縱聯原理對廣域繼電保護進行分析，提出了一種包括廣域信息故障判斷和繼電保護的算法。這種算法緊跟時代步伐，更好地服務于電力運行和繼電保護，其不但能夠在短時間內對元件進行主保護，也能為相鄰設備提供后備保護，確保繼電保護的正常作用，為日后的研究發展提供參考和論述，也為廣域繼電保護提供了活力。

參考文獻：

[1] 叢偉，潘貞存，趙建國.基于縱聯比較原理的廣域繼電保護算法研究[J].中國電機工程學報，2006，（21）.

[2] 叢偉.廣域保護系統結構及故障判別算法研究[D].濟南：山東大學，2005.

[3] 尹項根，李振興，劉穎彤，等.廣域繼電保護及其故障元件判別問題的探討[J].電力系統保護與控制，2012，（5）.

[4] 劉柱，王凱，劉杰.廣域繼電保護研究綜述[J].廣東電力，2009，（8）.