基于縱聯比較原理的廣域繼電保護算法研究

閆旭斌

【摘 ?要】傳統繼電保護只能判斷本地的保護設備元件、遠后備保護延時特別長、系統的自適應能力缺乏、有潛在的誤動作風險。廣域繼電保護是電力系統繼電保護一個新的研究領域，它是以計算機、通信來保護和穩定控制電網，使電網不會穩定破壞、連鎖跳閘以及崩潰。

【關鍵詞】廣域繼電保護;傳統繼電保護;研究

1 現代傳統繼電保護的現狀

繼電保護是一種有保障的自動保護裝置，它是由繼電器和一些其他電氣元件組成的，它能檢測出線路的事故點，并給出故障信號或者作用于斷路器導致它跳閘。在電力系統中，繼電保護是其必不可少的一部分，對電網的安全性和穩定性有很大的保障。

（1）繼電保護系統是由主、后備保護組成的，電網后備保護用多段保護式對近后備、遠后備進行保護，形成比較完善的保護體系。而對后備保護是尤為重要的，在電氣系統中，雖然主保護在選擇上有很好的針對性、反應速度也非常快，但也只是對系統設備內部的保護，無法對系統內部以外的其他故障進行后備保護;

（2）傳統的后備保護區域雖然很寬廣，但它要用動作的快速性來換取自身的選擇性，一旦它動作的時長過于大就會影響它們的保護作功能。除此之外，后備保護在非故障（過負荷）影響下會發生誤動，影響系統的正常運行;

（3）能檢測本地工作信息的繼電保護和能夠保障自動化裝置對電網多變的運行控制欠缺自適應力，難以在系統不斷的運行中達到穩定，易使系統運行和控制的方式不合理而致使發生停電跳閘事故;

（4）繼電保護系統主要任務是系統故障的切除，但不管切除后的系統運行是否會達到運行的穩定性，這樣的繼電保護就達不到切除故障后保護系統的穩定效果。有可能還會在故障切除后，造成系統其他元部件的損傷，而導致保護裝置對故障的連續性的切除，出現系統崩潰的狀況。

2 廣域繼電保護原理

廣域繼電保護系統是對信息的利用和保護系統安全性的落實，它的保護基本是強于傳統繼電保護弱于SCADA/EMS 的保護。而廣域繼電保護就是控制著電網的安全性和穩定性，規定了它的動作范圍時間在100ms 到100s之間。

2.1 自適應整定

隨著電力系統的運行方式和系統故障狀態性能的改變，繼而改善繼電保護性能和特性，改變系統定值的保護，提高系統的安全性和穩定性。系統狀況的改變主要是發電機、變壓器等設備的投退以及線路故障引起的開關跳閘，還有發電機出力和負荷變化引起的潮流變化。如果電網線路的任意點發生開斷，就會引起其開斷點周圍相鄰小范圍線路短路電流發生變化，對該系統區域其他設備保護靈敏度和選擇性的影響。但除了斷開線路以外的區域，這些區域的短路電流非常的微小，不需要考慮整定計算。因此，提高在線整定的重要因素就是明確影響域的范圍。采用改進緊鄰集合，劃分正在運行系統的影響域，將該系統等價成一條支路，該系統運行方式的變化用其支路阻抗變化表示。因此，在該系統運行方式下，大于門檻值的系統運行方式值就是影響域，通過影響域確定需要刷新定值的保護后，即可對保護進行在線整定計算。

2.2 潮流轉移識別

潮流轉移是過負荷和距離（距離Ⅲ段）保護的不合理保護，引起后備保護。若故障線路的潮流轉移到其他線路，將有可能導致這些線路過載，發生連鎖跳閘。因此，通過閉鎖保護的跳閘信號，允許被保護設備合理的短時過負荷，在其熱穩定極限前切除受端負荷或送端機組來消除或減輕過負荷，達到防止保護誤動繼而引起電網連鎖跳閘的目的。

2.3 廣域后備保護

廣域后備保護是系統后備保護對對象實施保護的，只要了解該對象的故障信息，就可以對該對象進行保護。廣域后備保護系統是電網內許多智能電網設備相互輔助通過電子信息達到通信的效果，從而共同實現后備保護功能的復雜性電網系統。對于實際工程而言，廣域后備保護系統必要的兩個條件：（1）在信息傳遞方面，要求系統安全、快速、可靠、穩定;（2）合理的利用目前現有的成熟通信裝置和通信技術。

3 廣域繼電保護算法

廣域繼電保護算法主要研究系統后備保護算法，有的學者提出獲取高電壓線路中多個故障點的整定結果，基于專家系統整體的做出決策的后備保護算法。有些知名研究員提出了廣域差動后備保護算法，這種算法減小后備保護系統的動作用時，它將故障差動保護范圍擴展到獨立電氣元件相鄰的區域，使得保護的區域寬廣，繼而達到廣域繼電保護的效果。

3.1專家系統的廣域繼電保護算法

專家系統是用專家推理方法設計保護方案，建立一個計算機模型，根據建立的模型來解決問題。基于專家系統的廣域繼電保護主要是對電氣故障元件的判別，繼而安全、快速地處理故障，系統獲得相鄰區域故障元件的判斷結果，運用專家系統的方法進行決策，判別出故障的精準位置;處理系統故障時繼電保護拒動給故障判別帶來了影響。它的作用就是快速的識別和隔離電網中的故障元件，加快繼電保護的動作，盡量減小停電區域。

3.2 廣域電流差動保護算法

由于電流差動保護結構的問題，電流差動保護能夠保護區域內部被保護元件以及被保護區域外的故障元件。因此，許多學者基于這些原因就將這種電流差動保護的原理應用到廣域繼電保護中，使它們更好地與繼電保護將結合，已達到更好的保護效果。廣域電流差動保護是采用分布式結構的保護算法，提出一種用于圖論方法的專家系統，它是根據設備狀態的信息和拓撲結構，確定各設備的主、后備的在線保護區。繼而根據在線拓撲結構的變化，自適應的調整保護區。

3.3 廣域縱聯保護算法

廣域縱聯保護算法是比較出故障相鄰區域多測點故障方向信息，以及準確地判斷出它的故障位置，采取相應的保護策略。利用縱聯比較原理。廣域縱聯保護是將能夠測量故障方向的電子智能裝置（IED）安裝在被保護系統的每一個斷路器或電流互感器處;首先，先要明確每一個IED 各自保護領域，方便IED之間的信息交流;然后，匯總出每個IED 與被保護設備之間的關系;最后，從IED 內獲取被保護元件的信息，根據IED 與被保護設備之間的關系進行運算，對比，準確地判斷出故障發生的區域。

結束語

隨著智能電力的不斷增加，電網的發展也越來越大，經濟效益的運行也得到了提高，故障影響覆蓋的區域和用電量也增加了許多。然而，由于自然環境不斷地惡化，導致電力系統故障和事故不斷發生，這樣使電力系統的安全性和穩定性沒有很好的保障，因此積極研究廣域繼電保護具有積極的現實意義。

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（作者單位：國網太原供電公司）