層次化保護(hù)體系結(jié)構(gòu)

近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速更迭，新型互感器的出現(xiàn)和智能變電站的建設(shè)使區(qū)域電網(wǎng)的信息共享成為可能，為研究新的保護(hù)模式提供了物理層支撐。集成保護(hù)/集中式保護(hù)、系統(tǒng)保護(hù)、廣域保護(hù)/區(qū)域保護(hù)、站域保護(hù)等非傳統(tǒng)繼電保護(hù)方案相繼被提出，這些方案以信息共享為基礎(chǔ)，解決了傳統(tǒng)繼電保護(hù)方案局限于孤島信息所帶來的弊端，其利用電網(wǎng)中的多源信息，實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)間和空間作用坡下的保護(hù)。不同作用域的保護(hù)功能所保護(hù)的對象有所不同，各有優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也受到一定的限制，要實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)整體保護(hù)的可靠性，應(yīng)當(dāng)遵循層次化原則，同時(shí)配置多種保護(hù)，使不同層次和功能范圍的保護(hù)各司其職，上下級之間相互協(xié)調(diào)配合。

為改善繼電保護(hù)的性能，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展需求，一種由就地級、站城級和廣域級三層保護(hù)構(gòu)建的層次化保護(hù)系統(tǒng)被提出。層次化保護(hù)系統(tǒng)面向區(qū)域電網(wǎng)，通過多層次保護(hù)在時(shí)間、空間和功能上的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，同時(shí)兼顧局部和整體的保護(hù)性能、實(shí)現(xiàn)保護(hù)和控制從單點(diǎn)信息到多點(diǎn)信息的轉(zhuǎn)變，從面向元件到面向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)對電同全面、靈活的保護(hù)，典型的層次化的保護(hù)結(jié)構(gòu)分為就地層、站域?qū)�、廣域?qū)印?/span>

就地級保護(hù)對象為單個(gè)元件，基于現(xiàn)有的元件保護(hù)配置，利用被保護(hù)對象自身信息獨(dú)立決策。實(shí)現(xiàn)可靠、快速地切除故障;站城緩保護(hù)對象主要為站內(nèi)多個(gè)對象，布置上屬于間隔層，功能上屬于站控層，綜合站內(nèi)多個(gè)對象的電氣量、開關(guān)量和就地級保護(hù)設(shè)備狀態(tài)等信息，集中次策，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的冗余和優(yōu)化，完成并提升變電站層面的安全自動(dòng)控制功能，同時(shí)可作為廣域級保護(hù)控制的子站;廣域級保護(hù)范圍包括區(qū)域內(nèi)各站。綜合區(qū)城網(wǎng)絡(luò)或更廣的廣域網(wǎng)，恢一判別決策，實(shí)現(xiàn)相關(guān)后備保護(hù)及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。

三個(gè)層次中的繼電保護(hù)功能協(xié)調(diào)配合，提升縮電保護(hù)系統(tǒng)總體可靠性，選擇性、靈績性和速動(dòng)性，繼電保護(hù)與安全穩(wěn)定控制功能協(xié)調(diào)配合，加強(qiáng)了電網(wǎng)第一道防線與第二、三道防線之間的協(xié)作。有利于構(gòu)建更嚴(yán)密的電阿安全防護(hù)體系。

在動(dòng)作時(shí)限上，就地保護(hù)作為主保護(hù)必須快速動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間約為幾十豪秒;站域和廣城保護(hù)作為就地級主保護(hù)的后備，站域保護(hù)動(dòng)作時(shí)間約為幾百毫砂，實(shí)現(xiàn)快速后備功能;廣域保護(hù)在幾百毫砂到1s之間，完成系統(tǒng)級后備。廣域保護(hù)與站域保護(hù)酒過邏輯控制策略相互配合，井利用站域保護(hù)彌補(bǔ)廣域保護(hù)的局限性。以最小的信息代價(jià)系統(tǒng)性地提高智能電網(wǎng)安全運(yùn)行的能力。

構(gòu)建層次化保護(hù)體系。即在原有就地主保護(hù)的基礎(chǔ)上新建站域?qū)雍蛷V域?qū)觾蓪印?/span>

傳統(tǒng)的后備保護(hù)存在固有的缺點(diǎn)。線路、變壓器、母線各元件的后備保護(hù)已暴露出了弊端和危險(xiǎn)性。主要表現(xiàn)在;①不同保護(hù)之間通過保護(hù)定值及動(dòng)作延時(shí)的配合來整定，過程復(fù)雜;②電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨虎大，同一條母線連接的線路長短相差很大，使整定過程越加繁瑣，通常為保證選擇性而犧牲快速性，動(dòng)作時(shí)限較長;③當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或運(yùn)行工況發(fā)生改變時(shí)，需各級相互協(xié)調(diào)配合的裝置之間也無法實(shí)時(shí)修改整定值，保護(hù)性能無法得到保證;④傳統(tǒng)繼電保護(hù)的動(dòng)作僅僅基于本地局部信息，不能根據(jù)全站信息統(tǒng)一決策并實(shí)施故障控制策略，也未考慮故障導(dǎo)致的潮流大范圍轉(zhuǎn)移，從而引起后備保護(hù)聯(lián)鎖誤動(dòng)跳閘，釀成事故。

為解決以上問題，提出了廣域保護(hù)的方案，即通過采集變電站內(nèi)的電氣信息量至廣域控制中心，經(jīng)統(tǒng)一決策后對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的保護(hù)與控制。廣域保護(hù)利用多點(diǎn)信息，能夠在全局角度把握電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況，可避免傳統(tǒng)后備保護(hù)由于信息單一帶來的一系列缺陷，但也存在一定的缺點(diǎn)，如要求信息全面而可靠，應(yīng)用具有局限性。

站域保護(hù)將統(tǒng)一決策的范圍限制在變電站內(nèi)則較易實(shí)現(xiàn)。站域保護(hù)采集變電站內(nèi)的電氣量和非電量，對變電站內(nèi)部及出線進(jìn)行全局分析決策，從而定位并切除故障。IEC 61850 的制定使變電站內(nèi)的信息能以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)共享，這為變電站綜合站內(nèi)信息統(tǒng)一決策提供了基礎(chǔ)。站域保護(hù)既可在變電站范圍內(nèi)統(tǒng)籌故障控制，又可為廣域保護(hù)提供底層的支撐，利用冗余的多信息及統(tǒng)一邏輯的站域保護(hù)原理和算法，可提高變電站運(yùn)行的可靠性及安全性。站域保護(hù)的對象主要為站內(nèi)元件，信息量相時(shí)廣域保護(hù)少而必需，保護(hù)控制策略簡單靈活，理論上更易應(yīng)用于工程實(shí)際中。

層次化保護(hù)體系以通信網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)間的信息共享。活用于智能變電站。就地保護(hù)和站域保護(hù)都可以直接或經(jīng)過 SV網(wǎng)絡(luò)采集合并單元的電壓電流信息，并接收或傳送GOOSE的開關(guān)信息給智能終端。站域保護(hù)與廣域保護(hù)緊密關(guān)聯(lián)，通過信息交互實(shí)現(xiàn)各層的上下級任務(wù)，站域保護(hù)裝置采集過程層信息，決策后直接向過程層發(fā)送控制命令。作為廣域保護(hù)層的子單元向上層傳遞測控信息，廣域保護(hù)經(jīng)站域保護(hù)控制系統(tǒng)向下級傳遞命令。就地保護(hù)相對獨(dú)立，不受站域級、廣域級保護(hù)的影響，就地級、站域級、廣域級的保護(hù)在時(shí)間、空間、功能的范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞增的趨勢，三個(gè)層次的保護(hù)相互協(xié)調(diào)配合，共同完成繼電保護(hù)的任務(wù)，保證電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

層次化保護(hù)系統(tǒng)是對傳統(tǒng)保護(hù)模式的革新，在改善電力系統(tǒng)整體保護(hù)性能方面具有良好的應(yīng)用前景，目前對層次化保護(hù)的探索仍處于初級階段。同時(shí)，電力部門以新一代智能變電站工程為依托提出了層次化保護(hù)的建設(shè)方式，在具體實(shí)踐中，對分散的新一代智能站站域保護(hù)控制進(jìn)行了初步的布置，而對層次化保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)并未形成完整詳盡的方案，在理論和技術(shù)方面也存在許多問題亟待解決。

1.就地級保護(hù)

保護(hù)按間隔獨(dú)立分散配置，其正確性已為長期的運(yùn)行實(shí)踐所證實(shí)，在智能變電站建設(shè)實(shí)踐中也得到廣大繼電保護(hù)工作者的認(rèn)同。繼電保護(hù)不應(yīng)集中配置，保護(hù)（尤其是主保護(hù)）必須按被保護(hù)對象配置。

就地級間隔保護(hù)采用直采直跳，結(jié)合GOOSE 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連閉鎖功能。保護(hù)裝置直接采樣，不依賴外部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能，保證了就地間隔保護(hù)的可靠性;保護(hù)裝置直接跳閘，保證了保護(hù)的速動(dòng)性;采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連閉鎖功能，充分發(fā)揮了IEC 61850的信息共享優(yōu)勢。站控層網(wǎng)絡(luò)及區(qū)域通信系統(tǒng)故障，均不影響就地級間隔保護(hù)的性能。就地級保護(hù)宜靠近被保護(hù)設(shè)備安裝，縮短與被保護(hù)設(shè)備的距離，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的就地化布置。

新一代智能變電站就地級間隔保護(hù)，可適當(dāng)優(yōu)化集成，但不應(yīng)"為了集成而集成"，不能犧牲保護(hù)的可靠性。優(yōu)化集成后應(yīng)提升保護(hù)裝置的性能，減少占地面積，降低成本和減少運(yùn)維工作量。就地級保護(hù)裝置應(yīng)支持二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷功能。

2.站域保護(hù)控制

站域保護(hù)控制可以獲取多個(gè)間隔或全站信息，比間隔保護(hù)得到的信息更多，有可能對現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化。對 110kV及以下電壓等級沒有配置雙重化保護(hù)的系統(tǒng)，可做集中冗余保護(hù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)全站備用電源自動(dòng)投入、低頻低壓減載、斷路器失靈等安全自動(dòng)控制功能。

站域保護(hù)控制裝置可采用網(wǎng)絡(luò)采樣、網(wǎng)絡(luò)跳閘方式，接人變電站過程層SV與GOOSE網(wǎng)。站域保護(hù)控制功能可兼做廣域保護(hù)子站。站域保護(hù)控制裝置應(yīng)支持二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷功能。

3.廣域保護(hù)控制

21世紀(jì)初。將廣域信息應(yīng)用到繼電保護(hù)中，定位并消除故障，防止電力系統(tǒng)的連鎖跳閘，避免電力系統(tǒng)大停電，可以防止發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移時(shí)，后備保護(hù)因線路過負(fù)荷發(fā)生誤動(dòng)，引發(fā)電網(wǎng)連鎖跳閘事故，側(cè)重于安穩(wěn)控制功能。

隨著系統(tǒng)發(fā)展，保護(hù)四性之間矛盾不可調(diào)和，整定困難，保護(hù)失配，傳統(tǒng)后備保護(hù)已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定需求，利用廣域信息可以改善現(xiàn)有保護(hù)性能，簡化后備保護(hù)的整定計(jì)算，解決保護(hù)失配等保護(hù)面臨的難題。

廣域保護(hù)由布置在某變電站的主機(jī)和其他多個(gè)變電站的子站經(jīng)電力通信網(wǎng)絡(luò)連接組成，通過獲取故障關(guān)聯(lián)信息實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)功能。以變電站為基本單元構(gòu)成分布式廣域保護(hù)，站域主站完成站域保護(hù)功能，同時(shí)作為廣域保護(hù)子站分布式實(shí)現(xiàn)廠廣域保護(hù)功能，也可通過廣域子站匯集區(qū)域信息實(shí)現(xiàn)保護(hù)關(guān)聯(lián)控制功能。

4.三個(gè)層次間的信息交換

廣域級保護(hù)控制采集站域級保護(hù)控制、測量信息，并經(jīng)站域保護(hù)控制系統(tǒng)下達(dá)指令;站域級保護(hù)控制采集就地級保護(hù)信息，不經(jīng)就地級保護(hù)，直接下達(dá)控制指令。部分廣域保護(hù)控制系統(tǒng)子站，如穩(wěn)控執(zhí)行站，也可能直接連接到SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)，而不經(jīng)過站域保護(hù)控制裝置轉(zhuǎn)接。就地級保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)不依賴站域、廣域保護(hù)控制系統(tǒng)，但會(huì)有必要的信息交換。

就地化間隔保護(hù)、站域保護(hù)和廣域保護(hù)控制，三者有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成完整的層次化保護(hù)系統(tǒng)，既保證了間隔保護(hù)功能的獨(dú)立性和可靠性，又提高了站域保護(hù)和廣域保護(hù)的安全性，可改善現(xiàn)有繼電保護(hù)性能和安全穩(wěn)定控制水平，提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。