智能變電站層次化繼電保護跳閘協(xié)調(diào)機制研究

周 卉

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

近年來，為了建設(shè)智能電網(wǎng)，提出了由間隔層保護、站域?qū)颖Ｗo和廣域?qū)颖Ｗo組成的層次化保護的概念[1]。每一層的保護都是相互隔離的，也就是說每一層保護均具備保護判斷邏輯，且均具備跳開斷路器的能力[2]。為了能滿足保護選擇性與速動性，層次化保護各層之間的保護跳閘協(xié)調(diào)機制具有極高的研究價值。

1 各層繼電保護動作時間配合關(guān)系

當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時，一般會由間隔層保護中的主保護完成對故障的快速切除。如果主保護發(fā)生拒動，則會由站域?qū)颖Ｗo會同廣域?qū)颖Ｗo一起完成對故障的判斷。站域?qū)颖Ｗo可以立馬完成保護的動作跳閘出口，但是廣域?qū)颖Ｗo決策只有通過站域?qū)颖Ｗo的輔助判斷邏輯才能完成保護的動作跳閘出口[3]。比較兩者發(fā)現(xiàn)，廣域?qū)颖Ｗo需要使用廣域范圍內(nèi)的通信信息，而獲得的信息大部分是來自站域?qū)颖Ｗo，且覆蓋區(qū)域廣、延時相較站域?qū)颖Ｗo長。如果主保護失去效果，站域保護會馬上根據(jù)站域信息中的保護判斷完成對故障的切除，之后才由廣域?qū)颖Ｗo完成后備保護的判斷以達成對故障的切除。此外，站域?qū)颖Ｗo和廣域?qū)颖Ｗo都對通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性有較高要求，如果通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，則需要由間隔層保護的簡化后備保護完成一個較長延時后切除故障，實現(xiàn)最終必需切除故障的根本要求。綜上所述，可以得到以保證各層繼電保護動作時間關(guān)系：從故障開始，0～0.1 s內(nèi)間隔層主保護動作切除故障；0.1～2.0 s內(nèi)由站域?qū)颖Ｗo與廣域?qū)颖Ｗo配合動作切除故障；1～5 s內(nèi)如果上述保護均為切除故障，則由間隔層保護的簡化后備保護來動作切除故障。

2 廣域?qū)颖Ｗo下行決策的輔助判據(jù)

廣域?qū)颖Ｗo需要接收廣域信息，將眾多信息結(jié)合以完成故障元件的判別，同時具備較高的容錯能力。但是，廣域?qū)颖Ｗo的容錯只能實現(xiàn)對上行信息的容錯，缺乏針對站域?qū)颖Ｗo收到的下行信息相對應(yīng)的容錯能力[4]。通?？梢詫⑿畔㈠e誤分類成以下兩類：信息決策錯誤與信息傳輸錯誤。需按照信息錯誤的分類，采取相應(yīng)的解決措施。

2.1 信息決策錯誤

廣域?qū)永^電保護作為后備保護的一部分，在主保護拒動時具有極其重要的責任。一方面希望廣域?qū)颖Ｗo可以快速切除故障，另一方面又擔心由于決策錯誤帶來的擴大故障面積的嚴重結(jié)果。所以，當站域?qū)颖Ｗo實現(xiàn)廣域?qū)颖Ｗo發(fā)出的下行決策信息時，必須經(jīng)由輔助判據(jù)進行判斷才能出口，以提升下行決策命令的可靠性。

針對具體情況，將站域?qū)颖Ｗo實現(xiàn)廣域?qū)颖Ｗo發(fā)出的下行決策信息方式分為兩類：

（1）在線路接地距離II段保護、相間距離II段保護或者零序III段保護動作時，如果收到廣域?qū)颖Ｗo所發(fā)出的跳閘命令，站域?qū)颖Ｗo才會出口三相跳閘。

（2）如果上述線路保護皆未動作，則需要判斷此時線路接地距離III段保護、相間距離III段保護或者零序IV段保護有無動作。以上保護一旦動作，站域?qū)颖Ｗo會將此刻的故障判據(jù)信息上傳至廣域?qū)颖Ｗo，廣域?qū)颖Ｗo會再次對其進行判斷。如果此時收到廣域?qū)颖Ｗo發(fā)出跳閘命令，且線路接地距離II段保護、相間距離III段保護或者零序III段保護未動作，線路接地距離III段保護、相間距離III段保護或者零序IV段保護任何一個動作未返回，則經(jīng)過一段延時出口三相跳閘?？紤]到廣域?qū)颖Ｗo歷經(jīng)了2次通信以及決策判斷所用時間，廣域?qū)颖Ｗo又需增快后備保護的動作速度，則整定延時時需要整定為小于任一III段保護所需動作時間一個時間階梯。

2.2 信息傳輸錯誤

目前，所用通信技術(shù)較為發(fā)達，裝置所收誤碼率相對較低，存在信息傳輸錯誤的可能性極小。但是，顧慮廣域?qū)颖Ｗo范圍相對較大，誤動作帶來影響較為嚴重，因此當站域?qū)颖Ｗo接收廣域?qū)颖Ｗo的跳閘命令時，一方面需要依據(jù)針對決策錯誤設(shè)置的容錯機制，另一方面又應(yīng)該對傳輸機制使用一些提高其可靠性的辦法，例如命令重復傳輸機制，針對跳閘命令重復發(fā)出多次，僅當在固定時間內(nèi)的多次結(jié)果一致才會采取該命令。此外，可以使用特殊編碼模式和校驗數(shù)據(jù)包來保障所接收信息的正確。

3 復雜情況下的跳閘判據(jù)

由各層繼電保護的動作時間配合關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，站域?qū)颖Ｗo與廣域?qū)颖Ｗo需要一方面采集各自劃分區(qū)域的信息，另一方面需要對信息完成保護判斷，實現(xiàn)各自的故障判斷[5]。當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障，如果存在以下幾種復雜情況，應(yīng)根據(jù)輔助方案進行判斷，以實現(xiàn)對故障元件判斷可靠性的提升。

（1）站域?qū)颖Ｗo和廣域?qū)颖Ｗo有多個元件判斷故障；

（2）站域?qū)颖Ｗo和廣域?qū)颖Ｗo元件判斷結(jié)果不同。

當出現(xiàn)以上兩種情況時，需要站域?qū)颖Ｗo收集站域信息，根據(jù)新判據(jù)實現(xiàn)二次判斷來完成對故障的真實決策。二次判斷的對象相對一次判斷沒有變化，因此可以直接使用一次判斷的部分有用數(shù)據(jù)。

當環(huán)網(wǎng)中支路出現(xiàn)故障時，如果各站之間的通信保持正常，通過各變電站之間的站間通信，根據(jù)故障方向的比較判斷易得出有效故障元件。但是，一旦站間通信發(fā)生故障，此時只能使用站內(nèi)信息，應(yīng)該根據(jù)多種判據(jù)進行綜合決策。

（1）比較故障支路的故障電流。理論上，當系統(tǒng)內(nèi)故障時，故障支路的故障電流最大，其余支路的電流相對較小。單電源網(wǎng)絡(luò)中，將各序電流突變量相互比較，可有效實現(xiàn)對故障元件的判斷。

（2）比較故障方向。樹形網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)故障方向可直接判斷故障元件，環(huán)網(wǎng)和雙回路網(wǎng)絡(luò)中需要添加額外判據(jù)綜合判斷。

（3）比較測量阻抗。離故障點越近，獲得的測量阻抗越小。

4 結(jié) 論

針對層次化保護的保護特點，確定各層繼電保護的動作時間配合關(guān)系，并針對站域?qū)颖Ｗo與廣域?qū)颖Ｗo之間跳閘決策的配合要求，研究廣域?qū)颖Ｗo下行決策的輔助判據(jù)和復雜情況下的跳閘判據(jù)，提高層次化保護的跳閘可靠性。