基于故障录波信息的输电线路继电保护内部故障在线检测探索

王喜燕　潘秋萍　郭丽娜

摘 要：基于故障录波信息的输电线路继电保护故障在线检测提出了一种方法，并对故障录波装置的启动方式进行了分析，将故障录波装置记录的动态信息作为了故障检测的途径，并利用实例说明了此种方法实施的有效性。

关键词：继电保护；内部故障；在线故障检测；故障录波信息

中图分类号：TM77 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.075

继电保护是保证电力系统正常运行的基础，对电网的稳定发展的意义重大。现阶段，继电保护装置中故障检测的方法较落后，主要利用固定化程序或离线抽样检测方式完成。但这样无法保证电力系统运行的稳定，必须利用一种新型的方法完成检测。本文主要在故障录波装置启动方式的基础上，实现了输电线路中保护装置内部故障的在线检测，以期为电力系统的安全运行提供参考。

1 电网故障信息检测方法探索

1.1 故障录波信息的动态特性

故障录波信息是有电力系统发生故障后系统在动态作用下记录的各项用电参数，利用这些参数可及时分析继电保护和自动装置存在的问题。在实际检测中，该检测方法易出现误动和拒动两种行为。

针对保护装置在运行状态下不易暴露的特点，可以利用动态信息回放详细记录保护装置发生的动态变化，并记录保护装置前后变化信息，展现运行过程中继电保护系统的内部动态信息。

1.2 电网常规故障检测技术的特点

现阶段，电网故障信息的检测主要对广域测量系统的异常数据、故障录波信息分析和继电保护管理细细系统进行故障识别和分析。目前，很多故障录波系统只有在发生较大的变化时才会录波，无法满足时段检测的需求，且内部未建立完善的判断机制，无法完成内部故障检测。而使用WAMS可以详细记录发电机的电压和传输功率等的变化，并发现扰动或振荡；RPMIS可以在存在故障的环境中对保护装置进行识别和记录，从而帮助电力系统完成应用。

2 继电保护故障检测

2.1 监测原理

当电力系统受到严重撞击或碰撞时，继电保护装置中的端子、连接电缆、滤波电路、A/D转动模块、储存器都会发生误动或拒动行为。现阶段的检测技术只能简单完成一些程序逻辑错误和CT故障等的检测。如果误差增大，则无法精确掌握系统当前的运行状况，难以发现装置内部存在的故障。本次提出的新方法可以在系统运行中根据保护装置的内部信息和保护原理，在网络拓扑不同位置的保护装置中寻找某种关系，并利用其相互间的关系实现对内部故障保护装置的检测。当保护装置出现故障时，可以利用虚拟故障信息处理系统完成故障处理相关信息的归纳，并根据测量信息对保护装置的内部故障进行检测，发送故障报告，判断故障装置。

将P1～P3作为线路配备的某种保护，内部测量值表示采集电参数，比如P1（if，uf）距离保护P（ifuf）为测量电阻抗值，且为两侧电流采集的数值。如果P点发生短路故障，其他设置依然工作，则可以得到：

Pi（ifuf）=H（f）Pi （ifuf）+T（Pi，Pj）. （1）

式（1）中：i，j∈（1，2，3）；H（f）为故障点根据保护相对位置确定的方向函数；T（Pi，Pj）为保护测量数值之间对应的函数关系。

设备运行正常时，故障录波装置与保护装置在同一电路位置获得的电参数采样值一致，可以将故障录波测量值表示为 Pr（if，uf），从而得到：

|Pr（if，uf）-Pr（if，uf）| =△εR. （2）

式（2）中：i∈（1，2，3）；△εR为保护装置和故障录波装置由测量元件产生的测量误差。

对P1和P2的测量电流I（if，uf）进行了研究。由于P1与P2的电流方向一致，可以将H（f）取为1，T（Pi，Pj）取为0，得到I1（if，uf）=I2（if，uf）。在P2和P3位置测量了阻抗值Z（if，uf），由于此时故障在P2与P3之间，可以将H（f）取为-1，T（Pi，Pj）取为P2与P3之间的阻抗差值ZON，可以得到：

Z3（if，uf）=-Z2（if，uf）+ZON. （3）

利用上述方法计算时，必须满足以下2个条件：①继电器必须开放，保证装置测量和计算的所有过程都能及时上传，实现资源共享。此外，还应采用数字智能电子装置。②故障录波装置的启动方式必须不断丰富，可以将故障录波信息反映的内部动态状况作为判断根据，为故障录波提供自动启动方式。此外，还可采用WAMS系统完成电网检测识别，为故障录波建立辅助启动信号，实现RPMIS数据信息库的共享，并对故障区域启动周期性故障录波。该方式可提供录波装置启动所需的信息，从而实现对故障测试所需数据信息的保护。

2.2 监测实例分析

根据上述分析建立的条件，可以实现继电保护装置内部故障在线分析。输电线路是故障点到保护地点距离的装置，以其为例进行分析。根据系统的建立，对母线两侧的M和N装置的保护装置P1和P2进行了检测。如果P点发生故障，则可以得到量测量Z1与Z2之间的关系，可表示为：

Z1=Z2+ZMN+εZ. （4）

式（4）中：ZMN为M和N位置的阻抗；εZ为容许误差。

由式（4）可以得到两侧装置的阻抗差值。两侧保护装置乘以电流量IMN，可以得到：

△U=|U1-U2|=IMN·|ZMN+εZ|. （5）

此时，可以直接将电参数采集A/D转化成数字量比较。此种状况下，录波装置已经启动，可以得到M和N位置的电流参数采样值。对保护装置与故障录入中的测量值进行对比，将故障录入波装置与装置测量产生的误差表示为△εZ，可以得到相对应的关系。报警电压阀值的计算公式为：

△εU=KS·△εR. （6）

式（6）中：KS为灵敏系数。

根据上述分析可知，M和N两侧的保护装置分析也可以应用于其他装置保护。简而言之，该计算方式不受距离的限制。当某装置的故障并不符合上述情况，但依然出现拒动和误动行为时，则必须对保护装置之间的配合关系进行分析，并对跳闸命令的连接电缆、跳闸命令的端子等进行判断。

3 结束语

本文研究的方法在故障和扰动情况下应用时，如果仅仅电网发生扰动，则保护装置不会动作。此外，如果内部流程进展一致，则可以对暂态信息进行跟踪和检测。本文主要提出了继电保护内部故障的在线检测方法，根据目前电网的运行状态进行了分析和改进，并对此种方式进行了验证，以期为相关研究人员提供参考。

参考文献

[1]翟进乾.配电线路在线故障识别与诊断方法研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[2]杨帅雄.基于故障暂态分量的高压输电线路继电保护方法研究[D].长沙：湖南大学，2011.

〔编辑：张思楠〕