分析当前广域继电保护的保护原理

兰浩

摘 要：随着我国科技的不断发展，电网建设规模也在不断地扩大，并且电网的运行方式和结构都在逐渐变得更加多样和复杂。在这期间越来越凸显出继电保护的重要性，尤其是在电网管理和运行、建设方面。相较于存在较多问题且不适应电网建设未来发展的传统继电保护来说，当前的广域继电保护才是未来电网保护的一大关键。本文将对广域继电保护如今存在的问题进行浅要分析，对其故障元件的判别方法和原理做出探讨，为电网建设的未来的更好发展提供参考和建议。

关键词：广域继电保护；保护原理；故障元件；判别

所谓继电保护指的是是电网正常运行、保障电网安全的第一道防线。近几年，科技不断发展，电网建设规模也在不断扩大，在如今这个日益复杂、多样化的电网环境之下，广域继电保护已经面临着新的问题，需要进行调整。由于传统的继电保护并不能将如今的问题完美解决，这就需要我们研究出能够快速进行识别故障和隔离故障的方案，并且还需要我们将保护广域保护的配置方案和保护原理不断简化、优化，为电网安稳运行提供保障。下文是对现代电网中传统继电保护中存在问题的简单介绍。

1 现代电网中传统继电保护中存在的问题

1.1 定值整定和配合困难

现代电网普遍存在运行方式复杂、结构多变的特点，并且其后备保护之间的动作值的配合以及其复杂多样，很多情况之下延时实现配合和就地检测量这两种方式已经不能确保选择性了。“加强主保护、简化后备保护”是人们在继电保护中经常采取的一种措施，并且这种措施可以让继电保护形成简化，并且还能将后备保护配置的趋向放弃。当大电网发生高阻故障时，已经不能光凭双套主保护将其发生拒动的情况给阻止，定值整定和配合困难是现代网络中传统继电保护存在的最为明显的问题。

1.2 远后备保护延时过长

所谓远后备保护是指在元件出现故障时，其开关或者保护装置拒绝动作时，各个电源侧的相邻元件保护装置动作将故障切除的一种保护。而远后备保护延时过长是由于多级阶梯延时的出现，从而导致远后备保护延迟的时间可能变得非常长，这对于整个系统的运行、和这个系统的安全很不利。远后备保护延时过长也是在传统继电保护中存在的对系统安全不利的主要问题，这个问题需要我们及时解决。

1.3 缺乏自动适应应变能力

传后备保护的整定配合在电网网架结构发生故障的原因就是缺乏自动适应应变能力，这会直接导致后备保护动作特性发生失配的情况，并且很有可能出现扩大事故的情况。

2 广域继电保护的基本途径

基本故障元件判别原理和在线自动适应整定原理是广域继电保护的两种基本功能，也是两种完全不同的途径。

2.1 基于FEI的广域继电保护

按照后备保护区域来形成差动保护范围，基于故障元件判别原理的广域继电保护的研究可以将后备保护动作区域确定，并且将故障元件准确判定。基于故障元件判别原理的优越性主要是其只需要通过简单的逻辑配合和时序就能将后备保护的选择性保证，不需要整定计算。并且其还可以将后备保护的动作时间缩短，并且对于全电网的实时变化信息没有要求。对于后备保护非预期连锁动作的风险问题，同样也可以充分利用广域信息对于电网潮流转移状况的判别，以此达到系统安全的保障。

2.2 基于OAS的广域继电保护

国内为提高在线自适应整定的灵敏度，防止保护失配，国内学者将20世纪80年代的研究采用。近20年对于在线自适应整定方法的研究工作围绕着故障后最小断点的快速短路计算。基于在线自适应整定原理的广域继电保护的研究取得了许多成果，其研究时间也相对较长一点，但是由于该方法并没有在根本上将传统后备保护整定配合复杂困难的情况改善，在实用化方面却一直受阻，这也是后备保护目前存在威胁系统安全、易引发连锁跳闸的主要原因。

3 新型故障元件判别原理

3.1 基于保障电压分布的故障元件判别原理

纵联方向、电流差动、纵联距离等都可以作为单一元件的故障判别原理。如今出现了两方面的问题，其一是同步采样要求非常严格，因此我们在广域保护时仍然存在着难处；其二是在相对复杂的条件之下，仍然没有足够完善的性能支撑。这两方面问题可以被基于线路故障电压分布的故障元件判别原理同时解决掉，而这个解决掉两大问题的原理主要是利用线路一测的电流、电压故障分量的测量值，然后再用一测的测量值对另一侧的电压故障分量进行估算。这种情况之下就可以使得广域后备保护可以将电压故障分量的估算值获得，并且其测量值也会一并获得。外侧出现故障时，其线路中的任意一侧的电压故障分量的两值都是一致的（两值包括测量值和估算值），但是如果内部出现故障其一测电压的故障分量的两值就会有比较大的差别了，这也是故障元件识别的一大判据，并且如果出现以上的问题，只需要线路两端根据故障时的路线对其启动特征进行校正就好（此处校正可同时）。这一原理也能将转换性故障、高阻接地和振荡中在故障灯情况之下出现的故障路线正确识别，而且，在识别的时候没有潮流转移对其产生影响。

3.2 基于广域综合阻抗的故障元件判别原理

比起普通电流差动保护，广域电流差动更容易受线路分布电容的影响，并且广域电流差动保护会在受影响之后降低灵敏度，这其中的原因主要是在不同运行方式之下，区域差动范围之内的线路数量不太一样，并且其电容电流的分布也有了一定的变化，补偿和估计在广域条件之下也有很大的难度。基于广域综合阻抗的故障元件判别原理可以将电容的影响克服，并且其灵敏度也相较之下更高一点。在广域继电保护中引入综合阻抗概念，可以形成一种故障元件的判别原理（基于广域综合阻抗），同时也将广域电流差动保护的缺陷克服。这个原理主要是对区域多端电流和电压构造综合阻抗的利用。

3.3 基于遗传信息融合技术的故障元件判别方法

为了能将广域保护信息的可靠性不断提高，一种基于遗传信息融合技术的故障元件的判断方法被提出，其主要的处理对象是以故障方向的遗传算法，并且将多种保护判据信息和其他状态融合，将数据传输过程中出现的信息错误或者信息缺失为电网保护带来的影响克服掉。这种方法也是一种基于遗传算法的信息融合的数学模型，可以在最短时间内搜索判定的运算方式，也可以将最优解的故障元件的判别实现。

3.4 基于概率识别的信息的融合技术

为了将遗传算法的广域继电保护的计算量降低，为了能将过早收敛致使的判断错误避免，不断将信息容错能力提高，我们提出了一套简化和改进的概率识别信息融合技术，这种技术也可以将搜索的范围减小，对同时发生的多处故障的可能性不大的问题进行假设，同时也将遗传算法的收敛判断避免。

4 结语

作为我国电力系统保护和建设研究的一大重要课题，广域继电保护是将电力系统广域继电保护的可靠性、高效性、灵敏性和信号的发送等安全可靠性实现，我们要将电力系统的规划、检测和维护加强，主要是从系统全局角度出发，然后将故障元件的判断能力提高。随着我国综合国力的不断提升，电网建设不断扩大，国家对于电力系统的建设也更加关注，我们应该将电力系统的规划不断加强，促进电网的不断发展。

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（作者单位：国网四川省电力公司绵阳供电公司）