区域电网继电保护的系统结构与故障识别

武奋前

【摘 要】区域电网继电保护是在广域继电保护的基础上对整个系统进行马蜂窝式的分区，并以区域为单位实施继电保护，是对广域继电保护系统的拓展和优化。区域电网继电保护系统在故障判断与处理及系统结构上均具有较大优势。每个分区继电保护系统即具有优越的分析故障和制定决策的独立性，同时与其它分区还具有必要的协调性和互联性。本文在传统的广域继电保护系统的基础上，结合区域继电保护的特征与功能，重点研究了区域电网继电保护的功能特性、系统构成及故障的分析与判断等问题。

【关键词】继电保护；系统结构；故障识别

0.引言

在电网的安全运行过程中，继电保护起着至关重要的作用。继电保护在隔离故障并将事故消灭在萌芽状态的过程中，充分发挥了其速动性及可靠性。有关统计数据表明，因后备系统保护操作误动引起的电力系统扰动占1/4。过去以就地检测信息的后备保护常会因无法实现良好的整定配合而存在较大缺陷，特别是在现代电网系统的高度智能化和互联的运行模式下表现的更加突出。因潮流转移而引发的整定配合错误及连锁跳闸故障均可能会造成电网系统扰动失稳。

近些年，随着现代科学技术的不断发展，WAMS（广域测量）技术实现了在智能信息化电网中突破上述有关继电保护瓶颈的应用。参考国际电网会议（CIGRE）内容，对电网广域保护功能可从两个层面上进行理解：一是监测、评估和分析电网系统的运行的安全稳定状态，从而实现对电网广域信息的安全控制；二是基于广域信息对传统的继电保护进行工作性能的提高和改进。在现代电网系统中，主保护通常多采用纵联保护，其特点是动作响应快，正确率高，不受负载的影响，整定简单等，而对广域信息的在线检测、采样过程中，信息的传递存在延时，使得其安全性及可靠性降低，所以，基于广域信息提高继电保护性能的过程中要注重后备保护的研究。

1.广域电网的分区域继电保护

电网系统中的广域继电保护主要是通过采集广域电网的同步监测信息，通过整合上述信息，计算并判断电网系统的故障区域和部位，同时还可利用逻辑整合将故障有效排除。电网中所采用的广域继电保护按其结构形式通常可分为三种：集中式、分布式、分布集中式。其中，前两种存在一定优势，但同时也具有一些不足之处，这时就不另行阐述，下面重点就分布集中式继电保护进行分析。

电网系统中的分布式广域继电保护是指将整个电网系统通过分区来实现对整个区域网络电流、电压稳定性及安全性的管理，其结构形式如同蜂窝，同时将整个系统分成多个区域，每个区域的信息独立成一个系统，拥有独立的保护系统，区域之间仅有一小部分的信息可以实现互联，但互联的信息量相对减少，其独立性更为突出。采用该结构形式不但可以做到对各区域的独立保护，而且避免了大量系统信息的传输，同时以必要的少量互联信息来实现对整个系统的控制和协调，使电网的每个区域及电网系统整体均具有较高的稳定性及安全性。在区域电网继电保护系统的构建过程中，应重点考虑以下几点。

1.1各区域的决策中心。

首先在分好的每个区域内设定出信息中心，主要负责对该区域的信息收集和分析，同时进行计算和做出决策，从而确保该区域系统的安全稳定运行。选择信息中心时应对各方面因素进行充分的综合考虑和分析，主要包括输电系统的地理位置、环境因素及气候条件，线路间的连通关系，与其它区域的连接关系等。通常，应将电网拓扑节点较多、线路较密集的位置设定为继电保护的信息中心。

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。

1.3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。

2.分区域继电保护的故障识别

分区域继电保护主要通过继电保护部件状态的自测自检、综合识别及区域比较判断等方式来判断识别广域电网系统所存在的问题及故障。

2.1各区域比较识别

每个区域的信息中心对所属区域的当期数据进行收集，将收集到的数据与系统给定的参数及过去同系统的数据进行对比分析，若所采集的数据未偏离给定参数或以往数据，则说明该区域电网系统正常，此时继电保护无需采取任何执行动作，并继续监测后续系统状态。若所采集到的数据与给定参数或以往数据出现了较大偏差，则说明系统处于不良状态或发生了故障，信息中心要分析和判断故障的性质是整体性的还是区域性的，若为区域性故障，继电保护则迅速做出保护动作，若为整体性故障，信息中心则会将信息交予整个电网系统的决策中心来处理。

2.2综合识别

电网系统的决策中心主要负责采集其下属区域信息中心的综合信息，通过在宏观层面上对综合信息的观测，并对故障进行综合判断，从而对整个电网系统的安全稳定运行进行控制。决策中心的主要任务是监测和控制各区域远程保护的安全高效运行，确保整个电网系统的稳定性。

2.3继电保护设备状态自检自评

继电保护设备在对电网系统实施检测控制的过程中，还可以通过对自身工作状态的检测与控制进行系统自身功能及效率的评估，从而确保其功能的稳定性。

3.结语

随着科学技术的进步，故障录波器及微型继电保护器已广泛应用于电网系统当中，在现代电力系统中，系统一旦发生故障，故障录波器及微型继电保护器均可以实现故障信息以数据的形式传输至电网调度中心。文中研究区域电网继电保护与故障识别的目的在于建立电网智能化、信息化的调度系统，当系统发生故障时，能够为调度系统提供详细有效的数据信息，并为电力的快速恢复提供保障。在分区域继电保护的有效控制保护下，我们有理由相信未来的输电系统将会功率更高、系统更加安全、稳定。

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