廣域繼電保護(hù)與故障元件判別的探討

曹 偉

（新疆電力調(diào)控中心，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

在電力供應(yīng)過(guò)程中，繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全的第一道防線(xiàn)，能夠在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)快速做出反應(yīng)，起到保護(hù)電力系統(tǒng)的作用。如缺乏繼電保護(hù)裝置的參與，電網(wǎng)的安全運(yùn)行難以保障，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)電網(wǎng)的癱瘓。現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部或大面積停電的現(xiàn)象，給人們的工作和生活帶來(lái)諸多不便。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，難以正確區(qū)分智能化電網(wǎng)的建設(shè)和內(nèi)部故障，導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展。

1 廣域繼電保護(hù)研究現(xiàn)狀

隨著電子工業(yè)革命的到來(lái)，供電系統(tǒng)的重要性日益凸顯，任何高新技術(shù)的應(yīng)用都離不開(kāi)供電系統(tǒng)。比如，城市軌道交通的普及，在為城市的通行帶來(lái)便捷的同時(shí)也減少傳統(tǒng)汽油車(chē)產(chǎn)生的污染，但當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)大型故障時(shí)，這些設(shè)施會(huì)面臨癱瘓的危險(xiǎn)，給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大影響[1]。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可劃分為分布式、集中式與混合式，主要由電力企業(yè)的設(shè)備保護(hù)裝置組成，最終通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)連接。集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)中的變電站具備若干終端設(shè)備和中央處理元，中央處理元負(fù)責(zé)接收終端設(shè)備傳遞的消息。通過(guò)電力系統(tǒng)將控制指令傳送至終端設(shè)備執(zhí)行，從而快速切除電力故障點(diǎn)，達(dá)到系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。

2 傳統(tǒng)繼電保護(hù)的弊端

2.1 后備保護(hù)性能欠缺

對(duì)現(xiàn)代化電網(wǎng)而言，傳統(tǒng)的適應(yīng)性繼電保護(hù)裝置已不能滿(mǎn)足需求，裝置性能欠缺且存在整定配存局限性，運(yùn)行時(shí)一旦出現(xiàn)故障，便會(huì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

2.2 誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)

傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置存在誤動(dòng)作的弊端，會(huì)嚴(yán)重妨礙電網(wǎng)的正常運(yùn)行。繼電保護(hù)跳閘主要由電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的荷潮流轉(zhuǎn)移造成，相關(guān)人員需獲取被保護(hù)區(qū)域的各種信息，并對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析，避免繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作。

2.3 過(guò)于繁瑣的后備保護(hù)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代電網(wǎng)在運(yùn)行方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上皆不斷趨于復(fù)雜化，后備保護(hù)也變得日趨復(fù)雜。由于傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置基本原理的單一性，欲在短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障區(qū)域做出正確判斷，檢測(cè)形式不能僅限于延時(shí)或者就地，還需要在雙套組保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行，然而這仍然無(wú)法完全避免誤動(dòng)作。

3 廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

廣域繼電保護(hù)可為高科技設(shè)備提供基本的用電保障，同時(shí)這些高科技設(shè)備也會(huì)被應(yīng)用到電力系統(tǒng)，有助于各領(lǐng)域相互促進(jìn)、同步發(fā)展。傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)通常依賴(lài)延時(shí)性開(kāi)展工作，但隨著電子工業(yè)革命時(shí)代的來(lái)臨，這種模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢(shì)，可以完全滿(mǎn)足日趨復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)需求[2]。它可以通過(guò)采集光域信息，及時(shí)分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而準(zhǔn)確判斷故障情況，及時(shí)實(shí)施保護(hù)手段以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。該裝置改進(jìn)了傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在大范圍內(nèi)施工的缺陷，將檢修期的停電范圍縮至最小，不僅減輕了工作量，也避免對(duì)社會(huì)大眾生活造成影響。

然而，廣域繼電保護(hù)具備一定的局限性，其在主保護(hù)方面收效極微，更適合采取改善后備保護(hù)的手段優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其矛盾集中體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的局限性，會(huì)嚴(yán)重制約電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。因此，相關(guān)人員需積極開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)和設(shè)備，全面推進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展。同時(shí)，針對(duì)繼電保護(hù)與安全控制方面的不足，人員應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式。智能化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活均有著積極的推進(jìn)作用，但其在電網(wǎng)企業(yè)中的運(yùn)用存在一定的局限性，需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

4 廣域繼電保護(hù)的發(fā)展前景及實(shí)現(xiàn)途徑

現(xiàn)有高壓電網(wǎng)的后備保護(hù)存在可靠性與安全性較弱的問(wèn)題。相關(guān)人員需注重廣域繼電保護(hù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定性與兼容性。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理是對(duì)夏季廣域同步測(cè)量多點(diǎn)信息進(jìn)行融合計(jì)算，進(jìn)而完成對(duì)故障元件的判斷。利用邏輯計(jì)算精確排除故障點(diǎn)，對(duì)信息和邏輯計(jì)算形式有較高要求。

基于在線(xiàn)自適應(yīng)整定原理的廣域繼電處理裝置，通過(guò)在線(xiàn)分析與處理運(yùn)行定值實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，即OAS保護(hù)途徑，可以有效解決廣域繼電保護(hù)中的適配問(wèn)題。當(dāng)處于電網(wǎng)跟蹤工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)觸發(fā)電保護(hù)裝置開(kāi)啟運(yùn)行。

OAS途徑的繼電保護(hù)裝置通過(guò)分析電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中傳送的信息進(jìn)行故障判斷，電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)選擇裝置的作用在于有效確定原件故障點(diǎn)及故障狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的原因主要在于該裝置具備極高的敏感度，可測(cè)量元件廣域多點(diǎn)信息并開(kāi)展最為有效的處理。廣域繼電保護(hù)省去了整定計(jì)算過(guò)程，能夠在較短時(shí)間內(nèi)控制廣域后備保護(hù)。

5 相關(guān)故障元件判別

5.1 對(duì)電壓故障的判別

對(duì)電壓故障的判別主要基于故障元件分布情況。以單一線(xiàn)路為例，與之相對(duì)應(yīng)的故障原理涉及諸方面內(nèi)容，其中包含縱連方向與縱連距離，要求人員特別注意電流差動(dòng)過(guò)程。在發(fā)生故障，但并不能明確其反應(yīng)過(guò)程時(shí)，人員應(yīng)著重解決較大的缺陷，分析故障電壓狀況，開(kāi)展合理的估算處理，保證該線(xiàn)路狀態(tài)估算下所測(cè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)大體上保持分量統(tǒng)一。

故障元件判別主要指分析與線(xiàn)路其中一側(cè)對(duì)應(yīng)的分量，并輔以測(cè)定電壓值的故障分量。通過(guò)比較廣域后備，得出估算的參數(shù)，將兩端的電壓電流一并獲取，獲得所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值與估算結(jié)果，比較電壓故障分量估算值與線(xiàn)路電壓故障分量測(cè)定值，為故障元件的判別提供依據(jù)。需要注意的是，應(yīng)保證兩側(cè)啟動(dòng)特征保持同步，順利識(shí)別故障線(xiàn)路，消除潮流因素的影響。線(xiàn)路內(nèi)外部故障狀態(tài)如圖1所示。

圖1 線(xiàn)路內(nèi)外部故障狀態(tài)圖

5.2 對(duì)廣域阻抗的判別

由于廣域電流相較于普通電流更易受到分布電容指標(biāo)的影響，對(duì)該方面的研究已成為一項(xiàng)重點(diǎn)的工作內(nèi)容，也是加強(qiáng)廣域繼電保護(hù)的重要途徑。通過(guò)實(shí)現(xiàn)綜合阻抗與廣域繼電保護(hù)的有機(jī)結(jié)合，能夠在研究仿真算法的過(guò)程中，對(duì)元件判別的故障性和實(shí)用性開(kāi)展科學(xué)勘察，并通過(guò)具體的發(fā)生概率加以驗(yàn)證。

5.3 以概率識(shí)別為核心的新型故障處理技術(shù)

傳統(tǒng)意義上對(duì)廣域繼電保護(hù)技術(shù)的融合，不需要龐大的計(jì)算量，也易產(chǎn)生結(jié)果的偏差現(xiàn)象，難以對(duì)電力系統(tǒng)開(kāi)展控制和保護(hù)。而新型故障處理技術(shù)的引進(jìn)可以提高故障計(jì)算識(shí)別概率，為故障元件配備相對(duì)應(yīng)的故障處理方式，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)其故障處理的保證。

6 結(jié) 論

運(yùn)用廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)可以有效預(yù)防大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)事故的發(fā)生。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的融合運(yùn)用，廣域機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)日趨自動(dòng)化與智能化，大大提高元件故障識(shí)別與切除效率，為電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行提供保障。