探讨分区域的继电保护的系统结构与故障识别技术

摘要：分区域的继电保护是广域继电保护的一大发展，其在广域继电保护的原有特征基础上采用类似马蜂窝的结构进行分区，实现了分区域的继电保护。这一继电保护在系统结构、故障识别功能方面都有了极大的改进。各分区的继电保护不仅能对故障进行独立的分析和决策，而且还能够和各分区协调实现整个系统层面的相互制衡，系统通过各分区的信息分析识别故障部件。分区域的继电保护极大地提高了广域继电保护的速度和效率，具有其独有的优势特征。

关键词：电力系统；继电保护；分区域；系统结构；故障识别

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0110-03

继电保护作为电网安全稳定运行的保障，其工作的关键是怎样能够迅速高效地对故障进行识别、隔离，使其能够最大限度地减少扩展，使故障的影响区域尽可能减小、损失尽可能降低。现在大部分电网系统都是由于继电保护的错误操作引发的扰动，这种情况在现在电网广域和线路高负荷运行的情况下尤其明显。电流在潮湿的环境下移动、继电保护错误操作很容易造成整个系统连环跳闸和系统扰动故障。

随着近年来广域电网的不断扩展，尤其是高压电网的不断扩大，广域电网的继电保护面临着诸多的问题。研究广域电网信息、改进和提高广域网继电保护的功能成为当下的一个重大议题。本文结合传统广域继电保护的功能和特征，从电力系统安全稳定地保障继电保护的需求和特点着手，在分析关于保护的基础上研究分区域继电保护的系统结构、功能特征和故障识别等问题。

1　广域电网的分区域继电保护

广域电网继电保护的主要原理是利用广域电网的同步测量信息，将这些信息进行整合计算，以此来识别系统中的故障部件，并且采用逻辑整合来有效地清除故障。广域电网的分区域继电保护常见的结构有三种形式：分布式、集中式、分布集中式。至于前两种形式的优势和不足在此不再一一赘述，本文主要分析分布集中式的系统结构及其

优点。

1.1　继电保护的系统结构

广域电网的分区域继电保护就是在整个电网范围内通过分区管理来实现整个网络电流的顺畅流通和整个电路的稳定、安全。分区域继电保护的结构类似蜂窝，它将整个电网划分为信息相互独立的部分，各部分分别受到应有的保护并且各部分间能够进行信息的交互，但信息的交互量仅是一小部分。这种结构不仅实现了各部分的独立保护，减少了系统信息的传输量，而且通过少量必要信息的交互实现了整体的控制，保证了整个电网从部分到整体的安全高效稳定运行。在构建广域电网分区域继电保护结构时，主要考虑了下面几个方面：

1.1.1　各区域的决策中心。分区域继电保护需要在每个小的区域内选定一个信息中心，该中心主要是进行区域信息的收集、分析以及进行决策，以保证本部分安全高效稳定的运行。在进行信息中心的选择时要综合考虑各方面的因素，包括输电系统间的连接关系、输电线路间的连接关系、通电系统所处的地理位置、气候条件等因素。分布集中式继电保护的决策中心一般会选在电网拓扑结构线路密集、节点较多的位置。

1.1.2　分区域的监控和保护范围。分区域继电保护不仅要实现本区域的近程保护功能，而且还要能通过少量的信息交互实现远程的保护功能。在进行继电保护设计时应尽最大可能使各部分能够解决掉自己部分的故障和问题，减少各部分的信息交互量，这样就要求各部分保护范围的设定能够覆盖整个电网范围。所以，在设定保护范围时，应以决策中心为起点，达到下一个线路的终点为宜。同时为了在后面电网的扩展中方便加入新的变电站，保护的范围可以适当大一些。

1.1.3　区域间的交互保护范围。我们知道分区域继电保护间要通过少量的信息传输来实现区域间的远程保护，虽然我们为了整个系统的效率要尽量减少这种信息传输量，但是为了保证整个电网系统的安全，这种信息的传输和远程的保护是十分必要的。在区域间为了确保信息的传输至少要有一条通信线路，这样才能够保证电流传输在通过区域边界发生故障时能够及时有效地得到解决。为了能够很好地解决边界故障问题，分区域间的远程保护范围应该尽量把所有进程保护范围的边界包含在内。同时还要结合各个电网系统的整体规划、运行方式、安全控制方式进行调整，以实现整体

最优。

1.2　继电保护的功能优势

分布集中式继电保护集合了分布式和集中式两种继电保护的功能优势于一体，能够更好地实现广域电网的稳定控制和安全保护。其各部分的功能优势我们可以从以下几个方面进行分析和研究：

1.2.1　智能电子设备。分区域继电保护所采用的智能电子保护设备主要的功能是对本区域的电流互感器、电压互感器以及短路器的运行状态和操作进行信息的采集、功能的分析、故障的检测和安全的控制。在分布集中式结构中，这种智能设备不仅能实现本区域的检测和保护，同时能够在互联网络中的其他区域实现整体的保护。这一功能是对分布式和集中式两种结构功能优势的结合。

1.2.2　区域集中决策功能。分布式继电保护只能够进行单一区域的信息收集、分析和决策，集中式的继电保护需要将整个网络的信息加以收集、分析然后决定这个故障部分应采取什么样的措施，这使系统的信息传输量大、效率低。而分布集中式继电保护集合了两者的优点，在各个区域能够针对部分采取高效的解决故障的措施，同时能够通过区域集中决策功能实现整个区域的信息互联，对整体层面的问题进行集中决策管理。

采用分区域分布集中式的继电管理，有效地解决了其他两种方式所面临的问题，实现了近程的准确高效的控制和远程的互联整体控制。使部分和整体的问题都能够得到高效精确的解决，使得今后范围更广、系统结构更加复杂的问题能够得到很好的解决。鉴于分布集中式继电保护的诸多功能优势，相信今后的电网会有更广阔的发展前景。

2　分区域继电保护的故障识别

分区域继电保护对于广域电网系统的问题故障识别主要的方式是各区域比较识别、综合识别、继电保护设备状态自检自评。

2.1　各区域比较识别

各个区域收集本区域当期的数据，并将这些数据与以往各期和给定的参考数据进行比较。如果本期的数据和以往各期及参考数据吻合说明系统的运行正常，继电保护只需对运行进行后续的检测而不用采取任何措施。如果数据出现了较大的误差说明该区域出现了故障，首先分析是区域内的故障还是整体的故障，针对区域内的故障保护器分析决定采取的措施，对于整个系统的故障保护器将信息传给集中决策中心。

2.2　综合识别

集中决策中心在整个层面上控制系统的运行，收集各区域中心传输过来的信息，通过分析收集的信息在整体层面上观测系统的故障从而制定整体决策。综合识别主要是确保各区域的远程保护能够得到高效的运行，确保整个系统的安全稳定。

2.3　继电保护设备状态自检自评

继电保护器在进行电网系统运行状况的检测控制时，还要通过自我运行状态的控制检测来评估系统自身的效率和功能，以确保其功能的发挥。

3　结语

分区域继电保护是广域电网保护系统的一大突破，在其控制保护下，相信更广更复杂的电网系统能够很好地运行，未来的电网将会是输送更快、功率更高的系统。

参考文献

[1]　Phadke　A　G，Thorp　J　S．Expose　hidden　failures　to　preventcascading　outages[J]．Computer　Applications　inPower，IEEE，1996，（3）：20-23．

[2]　张保会．加强继电保护与紧急控制系统的研究提高互联电网安全防御能力[J]．中国电机工程学报，2004，24（7）：1-6．