方向比较原理框架模式下的广域继电保护系统研究

付强

摘 要：从广域继电保护系统的结构和算法入手，分析方向比较原理下的系统结构和一次设备、方向IED的表示方法，并在此基础上分析系统故障定位功能的实现，旨在帮助人们更好地了解广域继电保护系统。

关键词：广域继电保护系统；方向比较原理；一次设备；方向IED

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）10-0007-02

继电保护系统是电网系统安全、稳定运行的重要保障，必须确保其动作的可靠性和速动性。近年来，各地频繁发生停电事故的主要原因是：某一元件的损坏或电力系统检修中误动作的发生，电力系统潮流转移，进而导致后备设备的误动作，最终出现电网大面积的崩溃和故障。随着智能电网的建立，人们对电网性能的要求越来越高，因此必须提高电网的稳定性、安全性和可靠性，减少大面积停电等大型故障。

随着广域测量技术和通信技术的发展，其在电网中的应用越来越广泛，这既能实现对电网安全运行的监测、控制和对故障的快速识别，又能对系统产生继电保护功能。

1 广域继电保护系统结构

继电保护系统能同时基于广域网和局域网，保护电网的某一特定区域。一般来说，将继电保护系统安装在变电站内，通过搜集所在变电站及其相邻变电站内方向IED设备的故障信息，能够准确地定位故障位置。广域继电保护系统的框架结构如图1所示。

变电站内的方向IED设备将故障方向信息传递给广域继电保护决策系统，相邻变电站内的方向IED设备将故障方向信息传递给广域继电保护决策系统，然后由系统根据电网的结构准确定位故障的位置，接着向有关终端发出跳闸指令，隔离故障元件，这就是集中式继电保护系统。集中式继电保护系统以变电站为中心，对广域继电保护决策系统的依赖性非常高，如果某套广域继电保护决策系统出现故障无法正常运行时，其必将会影响到广域继电保护系统运行的可靠性，因此，变电站级的广域继电保护决策系统可采用冗余的方式设计。另外，通信技术、电力技术、新型材料等的发展在很大程度上保证了广域继电保护系统的可靠性。

2 广域继电保护系统

2.1 一次设备、方向IED的表示方法

广域继电保护系统的保护对象包括变电站中的所有线路和一次设备，由于母线保护与变电站主接线方式联系紧密，使得一次设备的表示方法关系到广域继电保护系统的可靠性。另外，为实现系统的故障定位功能，应在断路器或电流互感器处安装方向IED设备。

对于一次设备而言，其表示方法为：ID—设备类型—接线方式—设备名称—设备上级变电站数组—设备状态。从广域继电保护系统的算法来说，ID表示的是方法中的关键字，它是对一次设备进行类型区分的关键。设备类型不仅是系统中的一次设备，同时还是虚拟母线中的一次设备，将虚拟母线作为一次设备，有利于方向IED设备更好地发挥定位作用。接线方式主要有T接线路、普通两端线路、单母接线和双母接线。设备名称就是广域继电保护系统中一次设备的名称。设备上级变电站数组则是指一次设备所连接的厂站。一般来说，如果一次设备为厂站内元件，则设备上级变电站数组取值1；如果为厂站间设备，则取值应该是该一次设备所连接的厂站数；如果为普通两端线路下的一次设备，则取值2；如果为T接线路下的一次设备，则取值3.最后一点为设备状态，一般有运行和停运两种状态。

方向IED设备的表示方法为：ID—I侧连接一次设备—J侧连接一次设备—断路器ID.ID一般按照方向IED设备的安装位置进行划分，例如安装在普通断路器位置的方向IED设备、安装在母线断路器位置的方向IED设备等。I侧连接一次设备和J侧连接一次设备表示的是方向IED设备的I侧和J侧所连接的一次设备。断路器ID表示的是方向IED设备所连接的断路器的ID号，如果没有，则取值0.

2.2 故障定位

在方向比较原理框架模式下，广域继电保护系统中的所有方向的IED设备的方向均定义为：流出母线为正，流入母线为负。当方向IED设备安装在两个母线之间时，则按照“流出ID数值小一方的母线为正，流入ID数值小一方为负”的原则来判定方向元件的方向。因此，所有方向的IED设备的输出值可能出现三种情况：1，0，-1.当输出值为1时，则表示故障方向为正方向；当输出值为0时，则表示没有检测到故障；当输出值为-1时，则表示故障方向为反方向。

当系统检测到方向IED设备启动时，整个系统中所有方向的IED设备都会把动作信息传递给广域继电保护决策系统，决策系统会根据输出值给一次设备和方向IED设备组成的关联矩阵合适的赋值，由此形成一个完整的关联矩阵。在赋值的过程中，需要注意的是：如果一次设备对应的方向IED设备输出值有正数时，则将输出值对应到关联矩阵中的对应元素即可；如果没有，则给关联矩阵对应的元素赋值为0.将方向IED元件指示的故障方向信息的完整性作为定位故障的依据和门槛，并根据方向IED设备的综合方向信息判断故障发生的位置。

3 结束语

变电站级别的广域继电保护系统依靠方向IED设备的输出值来定位故障。系统先对变电站的拓扑结构、方向IED设备的安装位置和一次设备与方向IED设备的连接关系形成关联矩阵，检测到故障信息后，只需要对关联矩阵赋值，就可以形成完整的故障关联矩阵，进而可以准确地定位故障元件。广域继电保护系统不仅能够快速诊断出一次设备发生的故障位置，而且对变电站的接线方式适应性好，因此值得在电力领域被推广。

参考文献

[1]金恩淑，汪有成，王红艳，等.基于负序功率方向比较原理的广域继电保护算法[J].电力系统保护与控制，2013（22）.

〔编辑：王霞〕