智能變電站層次化繼電保護跳閘協調機制分析

徐健 周宏宇

摘要：在智能電網建設過程中，對于智能變電站系統的的研究，為了確保系統安全穩定運行，現在已經進行了層次化保護的研究，這就需要繼電保護裝置具有較強的性能，需要對繼電保護跳閘協調機制進行研究，處理各種情況下的跳閘現象，這樣通過有效的協調處理，才會保證系統穩定。為了提高層次化繼電保護跳閘的可靠性，本文主要研究了智能變電站層次化繼電保護跳閘協調機制，分析跳閘判據，希望對電力相關人員工作提供有價值的參考。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護挑戰;協調機制

引言

近年來，為了建設智能電網，提出了由間隔層保護、站域層保護和廣域層保護組成的層次化保護的概念。每一層的保護都是相互隔離的，也就是說每一層保護均具備保護判斷邏輯，且均具備跳開斷路器的能力。為了能滿足保護選擇性與速動性，層次化保護各層之間的保護跳閘協調機制具有極高的研究價值。

1 各層繼電保護動作時間配合關系

在智能變電站運行的過程中，如果發生系統中的故障問題，此時間隔層保護中的主保護就會發揮作用，實現對故障的及時解決，但如果主保護不能發揮作用，那么站域層保護和廣域層保護就會共同發揮作用，達到對故障的判斷與處理效果。其中，站域層保護可以立刻實現保護功能，廣域層則需要通過站域層保護的輔助判斷邏輯才可實現保護。比較兩者發現，廣域層保護需要使用廣域范圍內的通信信息，而獲得的信息大部分是來自站域層保護，且覆蓋區域廣、延時相較長。如果主保護失去效果，站域保護會馬上根據站域信息中的保護判斷完成對故障的切除，之后才由廣域層保護完成后備保護的判斷以達成對故障的切除。此外，站域層保護和廣域層保護都對通信網絡的可靠性有較高要求，如果通信網絡發生故障，則需要由間隔層保護的簡化后備保護完成一個較長延時后切除故障，實現最終必需切除故障的根本要求。具體來說：從故障開始，0～0.1 s 內間隔層主保護動作切除故障;0.1～2.0 s 內由站域層保護與廣域層保護配合動作切除故障;1～5 s 內如果上述保護均為切除故障，則由間隔層保護的簡化后備保護來動作切除故障[1]。

2 廣域層保護下行決策的輔助判據

廣域層保護需要接收廣域信息，將眾多信息結合以完成故障元件的判別，同時具備較高的容錯能力。但是，廣域層保護的容錯只能實現對上行信息的容錯，缺乏針對站域層保護收到的下行信息相對應的容錯能力。需按照信息錯誤的分類，采取相應的解決措施。

2.1信息決策錯誤

廣域層繼電保護作為后備保護的一部分，在主保護拒動時具有極其重要的責任。當站域層保護實現廣域層保護發出的下行決策信息時，必須經由輔助判據進行判斷才能出口，以提升下行決策命令的可靠性。廣域層保護發出的下行決策信息方式分為兩類：（1）在線路接地距離 II 段保護、相間距離 II 段保護或者零序 III 段保護動作時，如果收到廣域層保護所發出的跳閘命令，站域層保護才會出口三相跳閘。（2）如果上述線路保護皆未動作，則需要判斷此時線路接地距離 III 段保護、相間距離 III 段保護或者零序 IV 段保護有無動作。以上保護一旦動作，站域層保護會將此刻的故障判據信息上傳至廣域層保護，廣域層保護會再次對其進行判斷。如果此時收到廣域層保護發出跳閘命令，且線路接地距離 II 段保護、相間距離 III 段保護或者零序 III 段保護未動作，線路接地距離 III 段保護、相間距離 III 段保護或者零序 IV 段保護任何一個動作未返回，則經過一段延時出口三相跳閘。考慮到廣域層保護歷經了 2 次通信以及決策判斷所用時間，廣域層保護又需增快后備保護的動作速度，則整定延時時需要整定為小于任一 III 段保護所需動作時間一個時間階梯[2]。

2.2信息傳輸錯誤

目前，所用通信技術較為發達，裝置所收誤碼率相對較低，存在信息傳輸錯誤的可能性極小。但是，顧慮廣域層保護范圍相對較大，誤動作帶來影響較為嚴重，因此當站域層保護接收廣域層保護的跳閘命令時，一方面需要依據針對決策錯誤設置的容錯機制，另一方面又應該對傳輸機制使用一些提高其可靠性的辦法，例如命令重復傳輸機制，針對跳閘命令重復發出多次，僅當在固定時間內的多次結果一致才會采取該命令。此外，可以使用特殊編碼模式和校驗數據包來保障所接收信息的正確[3]。

3 復雜情況下的跳閘判據

當系統內發生故障，如果存在以幾種復雜情況，應根據輔助方案進行判斷，以實現對故障元件判斷可靠性的提升。（1）站域層保護和廣域層保護有多個元件判斷;（2）站域層保護和廣域層保護元件判斷結果不同。當出現以上兩種情況時，需要站域層保護收集站域信息，根據新判據實現二次判斷來完成對故障的真實決策。二次判斷的對象相對一次判斷沒有變化，因此可以直接使用一次判斷的部分有用數據。

當環網中支路出現故障時，如果各站之間的通信保持正常，通過各變電站之間的站間通信，根據故障方向的比較判斷易得出有效故障元件。但是一旦站間通信發生故障，此時只能使用站內信息，應該根據多種判據進行綜合決策[4]。（1）比較故障支路的故障電流。理論上，當系統內故障時，故障支路的故障電流最大，其余支路的電流相對較小。單電源網絡中，將各序電流突變量相互比較，可有效實現對故障元件的判斷。（2）比較故障方向。樹形網絡中，根據故障方向可直接判斷故障元件，環網和雙回路網絡中需要添加額外判據綜合判斷。（3）比較測量阻抗。離故障點越近，獲得的測量阻抗越小。

結語

本文通過對智能變電站層次化繼電保護跳閘協調機制進行相關分析，電力相關人員需要引起高度關注，對于繼電保護跳閘進行更深入的理論和實踐探索，從而確保智能變電站系統的穩定運行，為社會經濟提供穩定的電力能源支撐。

參考文獻：

[1]李維.智能變電站層次化繼電保護配置優化的探討[J].低碳世界，2019，9（1）：41-42.

[2]潘一飛，付強，郭良，等.廣域保護條件下電網初始故障的快速定位[J].高技術通訊，2018，28（Z2）：997-1001.

[3]胡仁杰，蔣宜軍.通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響研究[J].中國新通信，2018，20（15）：26.

[4]張堯，陳福鋒，陳實.智能變電站層次化繼電保護配置優化的探討[J].四川電力技術，2017，40（2）：66-70.