广域继电保护与故障元件判别的探讨

曹 伟

（新疆电力调控中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引 言

在电力供应过程中，继电保护是保障电网安全的第一道防线，能够在电网出现故障时快速做出反应，起到保护电力系统的作用。如缺乏继电保护装置的参与，电网的安全运行难以保障，严重时甚至引发电网的瘫痪。现实生活中经常会出现局部或大面积停电的现象，给人们的工作和生活带来诸多不便。传统的继电保护系统已经无法适应现代电网的发展，难以正确区分智能化电网的建设和内部故障，导致跳闸现象时有发生，严重影响电网的稳定发展。

1 广域继电保护研究现状

随着电子工业革命的到来，供电系统的重要性日益凸显，任何高新技术的应用都离不开供电系统。比如，城市轨道交通的普及，在为城市的通行带来便捷的同时也减少传统汽油车产生的污染，但当电力系统出现大型故障时，这些设施会面临瘫痪的危险，给人们生产生活带来巨大影响[1]。广域继电保护系统按照系统结构可划分为分布式、集中式与混合式，主要由电力企业的设备保护装置组成，最终通过光纤环网连接。集中式广域保护系统中的变电站具备若干终端设备和中央处理元，中央处理元负责接收终端设备传递的消息。通过电力系统将控制指令传送至终端设备执行，从而快速切除电力故障点，达到系统安全运行的目的。

2 传统继电保护的弊端

2.1 后备保护性能欠缺

对现代化电网而言，传统的适应性继电保护装置已不能满足需求，装置性能欠缺且存在整定配存局限性，运行时一旦出现故障，便会影响电网的正常运行。

2.2 误动作风险

传统继电保护装置存在误动作的弊端，会严重妨碍电网的正常运行。继电保护跳闸主要由电网结构的荷潮流转移造成，相关人员需获取被保护区域的各种信息，并对电网故障进行准确分析，避免继电保护装置产生误动作。

2.3 过于繁琐的后备保护设计

现代电网在运行方式、结构设计上皆不断趋于复杂化，后备保护也变得日趋复杂。由于传统继电保护装置基本原理的单一性，欲在短时间内对故障区域做出正确判断，检测形式不能仅限于延时或者就地，还需要在双套组保护状态下进行，然而这仍然无法完全避免误动作。

3 广域继电保护系统的优缺点

广域继电保护可为高科技设备提供基本的用电保障，同时这些高科技设备也会被应用到电力系统，有助于各领域相互促进、同步发展。传统继电保护系统通常依赖延时性开展工作，但随着电子工业革命时代的来临，这种模式已经无法满足实际需要。广域继电保护系统相较于传统继电保护系统具有很多优势，可以完全满足日趋复杂的电网结构需求[2]。它可以通过采集光域信息，及时分析系统的运行状态，从而准确判断故障情况，及时实施保护手段以确保电网的安全运行。该装置改进了传统继电保护装置在大范围内施工的缺陷，将检修期的停电范围缩至最小，不仅减轻了工作量，也避免对社会大众生活造成影响。

然而，广域继电保护具备一定的局限性，其在主保护方面收效极微，更适合采取改善后备保护的手段优化电网结构，其矛盾集中体现在网络通信技术及计算机硬件设备的局限性，会严重制约电网系统的发展。因此，相关人员需积极开发实时通信系统和设备，全面推进电网的发展。同时，针对继电保护与安全控制方面的不足，人员应优化系统运行方式。智能化技术和自动化技术的应用，对社会生产生活均有着积极的推进作用，但其在电网企业中的运用存在一定的局限性，需要进一步的优化。

4 广域继电保护的发展前景及实现途径

现有高压电网的后备保护存在可靠性与安全性较弱的问题。相关人员需注重广域继电保护的发展，进一步提高传统继电保护装置的稳定性与兼容性。广域继电保护系统的工作原理是对夏季广域同步测量多点信息进行融合计算，进而完成对故障元件的判断。利用逻辑计算精确排除故障点，对信息和逻辑计算形式有较高要求。

基于在线自适应整定原理的广域继电处理装置，通过在线分析与处理运行定值实现保护功能，即OAS保护途径，可以有效解决广域继电保护中的适配问题。当处于电网跟踪工作状态时，系统会通过触发电保护装置开启运行。

OAS途径的继电保护装置通过分析电网运行系统中传送的信息进行故障判断，电网运行时选择装置的作用在于有效确定原件故障点及故障状态。实现该目标的原因主要在于该装置具备极高的敏感度，可测量元件广域多点信息并开展最为有效的处理。广域继电保护省去了整定计算过程，能够在较短时间内控制广域后备保护。

5 相关故障元件判别

5.1 对电压故障的判别

对电压故障的判别主要基于故障元件分布情况。以单一线路为例，与之相对应的故障原理涉及诸方面内容，其中包含纵连方向与纵连距离，要求人员特别注意电流差动过程。在发生故障，但并不能明确其反应过程时，人员应着重解决较大的缺陷，分析故障电压状况，开展合理的估算处理，保证该线路状态估算下所测状态对应的数据大体上保持分量统一。

故障元件判别主要指分析与线路其中一侧对应的分量，并辅以测定电压值的故障分量。通过比较广域后备，得出估算的参数，将两端的电压电流一并获取，获得所对应的测量值与估算结果，比较电压故障分量估算值与线路电压故障分量测定值，为故障元件的判别提供依据。需要注意的是，应保证两侧启动特征保持同步，顺利识别故障线路，消除潮流因素的影响。线路内外部故障状态如图1所示。

图1 线路内外部故障状态图

5.2 对广域阻抗的判别

由于广域电流相较于普通电流更易受到分布电容指标的影响，对该方面的研究已成为一项重点的工作内容，也是加强广域继电保护的重要途径。通过实现综合阻抗与广域继电保护的有机结合，能够在研究仿真算法的过程中，对元件判别的故障性和实用性开展科学勘察，并通过具体的发生概率加以验证。

5.3 以概率识别为核心的新型故障处理技术

传统意义上对广域继电保护技术的融合，不需要庞大的计算量，也易产生结果的偏差现象，难以对电力系统开展控制和保护。而新型故障处理技术的引进可以提高故障计算识别概率，为故障元件配备相对应的故障处理方式，最终实现对其故障处理的保证。

6 结 论

运用广域继电保护系统可以有效预防大规模互联网事故的发生。通过对计算机通信技术的融合运用，广域机电保护系统日趋自动化与智能化，大大提高元件故障识别与切除效率，为电网系统的运行提供保障。