电网供电系统中广域继电保护的故障判定

摘 要：本文分析了广域继电保护系统结构，针对广域继电保护系统的故障识别方法进行论述。期望通过本文的研究能够对提高广域继电保护系统的性能有所帮助。

关键词：电网供电系统；广域继电保护；故障判定

中图分类号：F407 文献标识码： A

前言：随着我国经济实力的不断发展，国民的生活水平在不断提高，对电力的需求量也越来越大，所以电力系统的运行水平也需要提高，继电保护装置成为电网安全运行的保障。传统的继电保护以离线环境为基础进行整定，在故障计算时采用固定定值的方式，这种方式已经不能适应复杂的电网环境，所以需要采用广域继电保护来保障电网正常运行。

一、广域继电保护系统结构

按照广域继电保护系统所实现功能的不同以及相关功能对动作延时、范围和可靠性要求的差别，可将广域继电保护系统分为以下三种结构。

1、集成式结构

这种系统结构具体是指在一个变电站当中只设置一台 IED（数字保护继电器），其主要负责站内相关信息的采集、与其它 IED 进行信息交互、保护算法执行、控制策略生成、跳闸命令执行等功能。具体而言，就是将站内所有的保护及控制功能全部集中至一台 IED 上，由其负责变电站运行的保护与控制。虽然这种结构可以显著降低前期投资成本，并且还能使站内接线得以简化，但必须确保IED 的运行稳定可靠且具备足够快的运算速度。

2、集中式结构

这种系统结构是在变电站的每个测点位置处安装一台终端，并在区域主站内设置中央控制单元，终端设备主要负责实现以下功能：信息采集和简单处理；与中央控制单元通信，并按照指令完成跳合闸操作。该结构形式仅在决策环节实现集中，如果从信息采集的角度上看，可将其归入分层分布式结构的范畴。

3、IED 全部设置在站内测点位置处，

在整个系统结构中，所有 IED 的地位是平等的，每个 IED 所需实现的基本功能为：安装点信息的采集；与其它IED通信；依据相关信息执行跳合闸操作。在该结构当中，IED 是保护与控制的核心，若是有特殊需要的话，也可设置上位PC机，它的作用是对分布在系统中 IED 进行监管，但却并不参与保护控制策略的形成。

二、传统继电保护存在的问题

1、定值整定

我国电力系统的结构日益复杂，运行方式在不断增多，所以继电保护中各个数据之间的关系也更加复杂。 在这种环境下，运用传统继电保护进行就地检验测量就失去了选择性。 根据经验，在进行继电保护的过程中，有一种方式最为常见，就是简化后备保护和加强主保护，在大电网出现高阻故障时，使用双套主

保护。 但是以我国目前电网结构的情况来看，双套主保护也不能满足电网运行的需求， 电网运行存在隐患。

2、远后备保护延长时间

在传统继电保护中，当电网处于多阶梯延时配合的状态时， 远后备保护延时常常会超过既定的范围。即延长的时间没有范围约束，可以无限延长，这会影响电网运行的可靠性和安全性，使电网出现故障的可能性变大。

3、缺乏应变能力

在传统继电保护中， 电网的运行方式非常有限，需要后备保护的配合才能达到整定的目标。 一旦在电网运行过程中，运行方式和电网结构多次出现问题或者大面积改变，很容易使后备保护与之相对应的动作特征失去联系，导致大型事故或者连环事故。

4、潜在问题

在电网的运行过程中，电网运行情况和电网结构会发生突变。 在这种环境下，电网中大负荷潮流会出现大规模定向移动， 导致电网中接连出现跳闸现象，影响电网的正常使用，严重时会导致整个电力系统处于瘫痪状态。 现阶段，继电保护都是根据安装设备本身的信息来进行设置，在这种设置方式下，电网继电保护的完整性被破坏，这也是电力系统出现故障最常见的原因。 如果我国电力系统的信息具备多角度、全面性的特点， 就可以在很大程度上避免常见的故障，也能提高系统处理故障的能力。

三、故障元件判断

1、在电压分布的基础上分析故障元件。

以单一元件为例。 在电力系统中，单一元件出现故障的可能性非常高，故障多种多样，所以涉及的判定故障原理也具备多样化特点，如纵联方向、电流差动等。

电流差动原理对同步采样的要求比较高，特别是对采样精准度的要求， 将其运用到广域继电保护中，会存在一定的使用难度。纵联方向的判定原理在广域继电保护的实际运用过程中，其使用性能不够完善。 但依据纵联方向的判定原理可以对故障区域某一个元件的电流和电压进行分量测试，可以同时获取整个广域继电后备保护两侧的位置、电压电流的估算值和实际值，从而判定电网中故障的种类和故障程度。在实际使用过程中，当检测出来的故障表现为外部故障时（如图 1 所示），这条线路两侧的电压故障分量估算值和测试值的差距不大，业界通常将这种状况下的两个数值看成一致；当检测出来的故障表现为内部故障时（如图 2 所示），这条线路两侧的电压故障分量估算值和测试值具有明显的差异特点，这种差异可以作为判定故障的重要依据。

在判定故障元件的过程中，判定原理参考的数据包括：判定零序分量元件、判定正序分量元件和判定负序分量元件。 其优势在于可以掌握元件内部的数

据，当出现内外部故障时，可以检测出负接地的故障问题、相间短路故障问题和三相短路故障问题。在故障电压分布的前提下进行故障元件的判定，只对远方电压的数值数据有明确要求，对于使用广域同步的准确性没有明确要求，所以只需要保障故障两侧同时开启特征校正即可。 所以，运用这类判定原理可以排除潮流转移的干扰因素，保证识别故障线路的准确性。

2、在广域综合阻抗的基础上分析故障元件。

当供电电网处于广域综合阻抗的模式下，电网中的实际电流与普通电流量存在一定程度上的差异，并且在线路数量方面，两者也存在明显的差异。 这就导致普通电流保护对电流的灵敏度不如广域差动电流保护，广域电流差能更准确地体现故障问题。 这主要是因为电网中线路的数量不同，所以相对应的电容电

流的分布具有明显的差异性特点。 在线路中的电容指标常常会受到线路数量的影响，两者数值之间的差异越明显，电容分布的差距就越大。在广域组合阻抗的基础上， 对故障元件进行判定，使用的判定原理可以解决对这种分布电容的影响问题，可以精准地判定故障元件，提高故障元件判断的精准性和科学性。

3、在遗传信息融合技术的基础上分析故障元件。

广域继电保护中包括了遗传信息融合技术，这种技术可以提高广域继电保护过程中信息的精准性。 其使用原理是将故障方向看作是需要处理的目标，将电网运行的其他状态和继电保护的判定信息相结合，对故障元件的位置进行确定。 这种方式可以降低检测信息出现错误的概率， 从而降低对电网正常运行的影响。

4、在概率识别信息融合技术的基础上分析故障元件。

广域继电保护的传统方法计算量巨大、判断故障保护电路准确性较低，为了有效解决这个问题，可以将概率识别信息融合技术应用于实践中，以提升信息容错的能力。 在整个有限的广域范围之内，同一时间出现了多个概率非常低的不同类型的故障，在这种情况下，对有限广域范围内单个元件的故障编码进行识别，可以简化后期计算的步骤，有效控制搜索范围。 正常运行状态下的分组识别编码适应度减去实际运行状态下的分组识别编码适应度，其数值与正常运行状态下的分组识别编码适应度相比，得出的比值就是识别故障的概率。 所得出的数值越大，表示识别故障的概率越大，相对应元件出现故障的可能性越高，这样工作人员就容易找到问题， 并针对问题设计检修方案。

四、结束语

随着电能需求的逐渐提高，电力行业的发展也将越来越快，电网的安全运行也将日益被社会各界和电力企业所重视，而继电保护目前在电网系统的科学、平稳运行中正越来越发挥了重要的支撑作用。本文分析了传统继电保护装置存在的局限性，阐述了实现广域继电保护的基本形式和判别元件故障的主要措施，对进一步推广应用广域继电保护设备，科学、准确地分析判断元件故障的实际情况，确保电力系统安全运行，促进电力行业健康协调快速发展具有一定的借鉴意义。

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