解读分区域广域继电保护的结构与故障元件的判别

张文明（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）

解读分区域广域继电保护的结构与故障元件的判别

张文明
（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）

摘 要：在整个电网当中，继电保护肩负着十分重要的任务，它的可靠性及速动性对于电力系统的安全运行尤为重要。基于此点，本文首先简要分析了分区域广域继电保护系统的结构，并在此基础上对基于广域继电保护信息的故障元件判别进行论述。期望通过本文的研究能够对电力系统运行稳定性的提升有所帮助。

关键词：广域继电保护；结构；故障元件；判别

1　分区域广域继电保护系统的结构分析

就广域继电保护保护而言，其核心思想是借助电网当中的广域同步测量信息对故障元件进行识别，在此基础上对故障进行可靠切除。相关理论和实践表明，在广域继电保护模式下，测量信息并不是越多越好，为此，构建广域继电保护系统时，并不需要进行信息交换，只要对有限的广域范围内的相关信息进行充分利用，便可有效提高电力系统的继电保护水平。在电网保护无死区原则的前提下，可将广域电网划分为保护对象相对独立、故障信息共享的分区域保护体系，其结构可采取蜂窝式结构，如图1所示。其中●表示区域间的信息交换；○表示区域间的保护交互区。

这种分区域的结构具有如下特点：各个区域之间的保护判断均为独立，保护范围相互交互，两个相邻保护区域之间仅需要交换有限的信息，如后备保护启动信息、故障决策信息等。在对电网进行分区域的保护及控制后，不但能够显著降低系统的通信量，而且还有助于广域继电保护系统的实现。

2　基于广域继电保护信息的故障元件判别

对于广域继电保护而言，其实现的关键是基于广域信息的故障元件判别原理，这也是业内近年来研究的重点课题之一。具体包括以下两个方面的内容：一方面是故障元件判别的原理，较为典型的有电流差动、方向比较原理等；另一方面是借助广域信息融合增强故障元件判别的可靠性，即对广域范围内存在的开关量、电气量等指标加以利用，来获取更加精确的故障信息。

2.1 故障元件判别的原理

在传统的继电保护中，主保护通过对单元件双端或是多端信息的利用，来确保继电保护动作的快速性和选择性。虽然广域继电保护可以获取到更大范围内的电网信息，但从故障识别方面看，其仍然是以单一的元件作为核心。如果能够准确获取到单个元件的信息，基于故障元件判别原理，可借助最小范围的信息传输确保后备保护的动作准确、可靠，这进一步提高了故障元件识别的可靠性。在此需要特殊说明的一点是，基于单个元件的广域继电保护故障识别与传统继电保护主保护的功能复制完全不同。在电网当中，变电站是较为重要的组成部分之一，因变电站内的主要设备，如变压器、母线等的单元信息交互不需要广域通信的协助，故此，对故障元件判别原理的研究多集中在输电线路的故障判别上。现阶段，以单元件为基础的广域继电保护故障元件判别算法有两大类，其中一类因受到原理性的限制，只能对双端元件，即线路故障进行处理；另一类除了能够对线路故障进行识别外，还能对多端口故障元件及故障区域进行判别，如电流差动和方向比较原理等。

2.2 扩大范围条件下的故障元件判别

相关研究结果表明，在以下几种情况下，广域继电保护系统无法准确获取到单个元件故障识别所需的数据信息：信息采集单元出现故障、变电站通信故障等。在上述条件下，故障元件的识别范围应当从原本单一的元件扩大至包含多个元件的故障区域，这样才能保证故障的及时、有效切除。鉴于此，在扩大范围的条件下，可采取如下技术措施来确保广域继电保护故障元件判别的准确性。

2.2.1 合理确定信息交换范围。在广域继电保护系统中，按照后备保护的职能，可将故障元件判别的信息交换范围划分为以下三级：第一级是以单个元件的故障判别原理作为研究范畴；第二级主要包括待判别线路及其相邻母线；第三级为远后备范围。在以上三级当中，第二和第三级全都属于扩大范围条件下的故障元件判别范畴，它们的信息交换范围可按照网络拓扑结构进行实时获取，可采取的方法主要有关联矩阵、电网关联拓扑树等。此外，在实际运行的过程中，还应当对系统的信息采集状况予以充分考虑。

2.2.2 广域信息同步。在广域信息同步问题的解决中，利用GPS的同步时钟较为有效，但在实际应用中发现，由于受技术因素和自然条件的影响及限制，该方法在广域同步采样方面的效果欠佳。为了确保广域继电保护故障元件判别的准确性，需要在广域保护原理算法上选择对策，借此来减少故障元件判别原理对GPS同步时钟的依赖性。

2.2.3 距离方向比较。当方向元件为正序电压极化的超范围距离元件时，其保护范围可以按照线路总长度的180%进行整定。为了避免保护出口范围内存在故障死区，并确保距离元件的方向性，可将低压距离元件的极化电压确定为两周波前的记忆电压。

结语

总而言之，继电保护是确保电网安全、稳定、可靠运行的关键之所在，它的结构是否合理、运行是否稳定、故障判别是否准确对防止电力事故的发生和发展具有至关重要的作用。本文对分区域广域继电保护系统的结构进行了简要分析，随后又对基于广域继电保护信息的故障元件判别进行了研究，提出了确保广域继电保护在扩大范围条件下故障元件判别准确性的几点措施，期望能够对电力系统运行稳定性的提升起到一定的帮助。

图1广域继电保护系统的蜂窝式结构示意图

参考文献

[1]蔡运清.汪磊.广域保护（稳控）技术的现状及展望[J].电网技术，2012（11）. [2]张哲.适应智能电网的有限广域继电保护分区与跳闸策略[J].中国电机工程学报，2013（07）.

[3]赵建国.基于电流差动原理的广域继电保护系统[J].电力系统自动化，2013（08）.

中图分类号：TM77

文献标识码：A