智能變電站層次化繼電保護(hù)跳閘協(xié)調(diào)機(jī)制分析

徐健 周宏宇

摘要：在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于智能變電站系統(tǒng)的的研究，為了確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了層次化保護(hù)的研究，這就需要繼電保護(hù)裝置具有較強(qiáng)的性能，需要對(duì)繼電保護(hù)跳閘協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行研究，處理各種情況下的跳閘現(xiàn)象，這樣通過(guò)有效的協(xié)調(diào)處理，才會(huì)保證系統(tǒng)穩(wěn)定。為了提高層次化繼電保護(hù)跳閘的可靠性，本文主要研究了智能變電站層次化繼電保護(hù)跳閘協(xié)調(diào)機(jī)制，分析跳閘判據(jù)，希望對(duì)電力相關(guān)人員工作提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù)挑戰(zhàn);協(xié)調(diào)機(jī)制

引言

近年來(lái)，為了建設(shè)智能電網(wǎng)，提出了由間隔層保護(hù)、站域?qū)颖Ｗo(hù)和廣域?qū)颖Ｗo(hù)組成的層次化保護(hù)的概念。每一層的保護(hù)都是相互隔離的，也就是說(shuō)每一層保護(hù)均具備保護(hù)判斷邏輯，且均具備跳開斷路器的能力。為了能滿足保護(hù)選擇性與速動(dòng)性，層次化保護(hù)各層之間的保護(hù)跳閘協(xié)調(diào)機(jī)制具有極高的研究?jī)r(jià)值。

1 各層繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合關(guān)系

在智能變電站運(yùn)行的過(guò)程中，如果發(fā)生系統(tǒng)中的故障問題，此時(shí)間隔層保護(hù)中的主保護(hù)就會(huì)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的及時(shí)解決，但如果主保護(hù)不能發(fā)揮作用，那么站域?qū)颖Ｗo(hù)和廣域?qū)颖Ｗo(hù)就會(huì)共同發(fā)揮作用，達(dá)到對(duì)故障的判斷與處理效果。其中，站域?qū)颖Ｗo(hù)可以立刻實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，廣域?qū)觿t需要通過(guò)站域?qū)颖Ｗo(hù)的輔助判斷邏輯才可實(shí)現(xiàn)保護(hù)。比較兩者發(fā)現(xiàn)，廣域?qū)颖Ｗo(hù)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(lái)自站域?qū)颖Ｗo(hù)，且覆蓋區(qū)域廣、延時(shí)相較長(zhǎng)。如果主保護(hù)失去效果，站域保護(hù)會(huì)馬上根據(jù)站域信息中的保護(hù)判斷完成對(duì)故障的切除，之后才由廣域?qū)颖Ｗo(hù)完成后備保護(hù)的判斷以達(dá)成對(duì)故障的切除。此外，站域?qū)颖Ｗo(hù)和廣域?qū)颖Ｗo(hù)都對(duì)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(hù)的簡(jiǎn)化后備保護(hù)完成一個(gè)較長(zhǎng)延時(shí)后切除故障，實(shí)現(xiàn)最終必需切除故障的根本要求。具體來(lái)說(shuō)：從故障開始，0～0.1 s 內(nèi)間隔層主保護(hù)動(dòng)作切除故障;0.1～2.0 s 內(nèi)由站域?qū)颖Ｗo(hù)與廣域?qū)颖Ｗo(hù)配合動(dòng)作切除故障;1～5 s 內(nèi)如果上述保護(hù)均為切除故障，則由間隔層保護(hù)的簡(jiǎn)化后備保護(hù)來(lái)動(dòng)作切除故障[1]。

2 廣域?qū)颖Ｗo(hù)下行決策的輔助判據(jù)

廣域?qū)颖Ｗo(hù)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(shí)具備較高的容錯(cuò)能力。但是，廣域?qū)颖Ｗo(hù)的容錯(cuò)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)上行信息的容錯(cuò)，缺乏針對(duì)站域?qū)颖Ｗo(hù)收到的下行信息相對(duì)應(yīng)的容錯(cuò)能力。需按照信息錯(cuò)誤的分類，采取相應(yīng)的解決措施。

2.1信息決策錯(cuò)誤

廣域?qū)永^電保護(hù)作為后備保護(hù)的一部分，在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)具有極其重要的責(zé)任。當(dāng)站域?qū)颖Ｗo(hù)實(shí)現(xiàn)廣域?qū)颖Ｗo(hù)發(fā)出的下行決策信息時(shí)，必須經(jīng)由輔助判據(jù)進(jìn)行判斷才能出口，以提升下行決策命令的可靠性。廣域?qū)颖Ｗo(hù)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(hù)、相間距離 II 段保護(hù)或者零序 III 段保護(hù)動(dòng)作時(shí)，如果收到廣域?qū)颖Ｗo(hù)所發(fā)出的跳閘命令，站域?qū)颖Ｗo(hù)才會(huì)出口三相跳閘。（2）如果上述線路保護(hù)皆未動(dòng)作，則需要判斷此時(shí)線路接地距離 III 段保護(hù)、相間距離 III 段保護(hù)或者零序 IV 段保護(hù)有無(wú)動(dòng)作。以上保護(hù)一旦動(dòng)作，站域?qū)颖Ｗo(hù)會(huì)將此刻的故障判據(jù)信息上傳至廣域?qū)颖Ｗo(hù)，廣域?qū)颖Ｗo(hù)會(huì)再次對(duì)其進(jìn)行判斷。如果此時(shí)收到廣域?qū)颖Ｗo(hù)發(fā)出跳閘命令，且線路接地距離 II 段保護(hù)、相間距離 III 段保護(hù)或者零序 III 段保護(hù)未動(dòng)作，線路接地距離 III 段保護(hù)、相間距離 III 段保護(hù)或者零序 IV 段保護(hù)任何一個(gè)動(dòng)作未返回，則經(jīng)過(guò)一段延時(shí)出口三相跳閘?？紤]到廣域?qū)颖Ｗo(hù)歷經(jīng)了 2 次通信以及決策判斷所用時(shí)間，廣域?qū)颖Ｗo(hù)又需增快后備保護(hù)的動(dòng)作速度，則整定延時(shí)時(shí)需要整定為小于任一 III 段保護(hù)所需動(dòng)作時(shí)間一個(gè)時(shí)間階梯[2]。

2.2信息傳輸錯(cuò)誤

目前，所用通信技術(shù)較為發(fā)達(dá)，裝置所收誤碼率相對(duì)較低，存在信息傳輸錯(cuò)誤的可能性極小。但是，顧慮廣域?qū)颖Ｗo(hù)范圍相對(duì)較大，誤動(dòng)作帶來(lái)影響較為嚴(yán)重，因此當(dāng)站域?qū)颖Ｗo(hù)接收廣域?qū)颖Ｗo(hù)的跳閘命令時(shí)，一方面需要依據(jù)針對(duì)決策錯(cuò)誤設(shè)置的容錯(cuò)機(jī)制，另一方面又應(yīng)該對(duì)傳輸機(jī)制使用一些提高其可靠性的辦法，例如命令重復(fù)傳輸機(jī)制，針對(duì)跳閘命令重復(fù)發(fā)出多次，僅當(dāng)在固定時(shí)間內(nèi)的多次結(jié)果一致才會(huì)采取該命令。此外，可以使用特殊編碼模式和校驗(yàn)數(shù)據(jù)包來(lái)保障所接收信息的正確[3]。

3 復(fù)雜情況下的跳閘判據(jù)

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障，如果存在以幾種復(fù)雜情況，應(yīng)根據(jù)輔助方案進(jìn)行判斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障元件判斷可靠性的提升。（1）站域?qū)颖Ｗo(hù)和廣域?qū)颖Ｗo(hù)有多個(gè)元件判斷;（2）站域?qū)颖Ｗo(hù)和廣域?qū)颖Ｗo(hù)元件判斷結(jié)果不同。當(dāng)出現(xiàn)以上兩種情況時(shí)，需要站域?qū)颖Ｗo(hù)收集站域信息，根據(jù)新判據(jù)實(shí)現(xiàn)二次判斷來(lái)完成對(duì)故障的真實(shí)決策。二次判斷的對(duì)象相對(duì)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(dāng)環(huán)網(wǎng)中支路出現(xiàn)故障時(shí)，如果各站之間的通信保持正常，通過(guò)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(shí)只能使用站內(nèi)信息，應(yīng)該根據(jù)多種判據(jù)進(jìn)行綜合決策[4]。（1）比較故障支路的故障電流。理論上，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)故障時(shí)，故障支路的故障電流最大，其余支路的電流相對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)量阻抗。離故障點(diǎn)越近，獲得的測(cè)量阻抗越小。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)智能變電站層次化繼電保護(hù)跳閘協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行相關(guān)分析，電力相關(guān)人員需要引起高度關(guān)注，對(duì)于繼電保護(hù)跳閘進(jìn)行更深入的理論和實(shí)踐探索，從而確保智能變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)提供穩(wěn)定的電力能源支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]李維.智能變電站層次化繼電保護(hù)配置優(yōu)化的探討[J].低碳世界，2019，9（1）：41-42.

[2]潘一飛，付強(qiáng)，郭良，等.廣域保護(hù)條件下電網(wǎng)初始故障的快速定位[J].高技術(shù)通訊，2018，28（Z2）：997-1001.

[3]胡仁杰，蔣宜軍.通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響研究[J].中國(guó)新通信，2018，20（15）：26.

[4]張堯，陳福鋒，陳實(shí).智能變電站層次化繼電保護(hù)配置優(yōu)化的探討[J].四川電力技術(shù)，2017，40（2）：66-70.