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摘要：文章总结了广域继电保护和传统继电保护的特点，对它们的功能做出定性区分。结果表明：传统继电保护在保护对象、适应能力等方面有很大不足，而广域继电保护以其自身在电力、计算机和通信方面的优点正在逐步成为电网保护的新宠。
关键词：传统继电保护；广域继电保护；保护原理；系统结构；保护算法
1现代传统继电保护的现状
继电保护是一种有保障的自动保护装置，它是由继电器和一些其他电气元件组成的，它能检测出线路的事故点，并给出故障信号或者作用于断路器导致它跳闸。在电力系统中，继电保护是其必不可少的一部分，对电网的安全性和稳定性有很大的保障。
(1)继电保护系统是由主、后备保护组成的，电网后备保护用多段保护式对近后备、远后备进行保护，形成比较完善的保护体系。而对后备保护是尤为重要的，在电气系统中，虽然主保护在选择上有很好的针对性、反应速度也非常快，但也只是对系统设备内部的保护，无法对系统内部以外的其他故障进行后备保护；
(2)传统的后备保护区域虽然很宽广，但它要用动作的快速性来换取自身的选择性，一旦它动作的时长过于大就会影响它们的保护作功能。除此之外，后备保护在非故障(过负荷)影响下会发生误动，影响系统的正常运行；
(3)能检测本地工作信息的继电保护和能够保障自动化装置对电网多变的运行控制欠缺自适应力，难以在系统不断的运行中达到稳定，易使系统运行和控制的方式不合理而致使发生停电跳闸事故；
(4)继电保护系统主要任务是系统故障的切除，但不管切除后的系统运行是否会达到运行的稳定性，这样的继电保护就达不到切除故障后保护系统的稳定效果。有可能还会在故障切除后，造成系统其他元部件的损伤，而导致保护装置对故障的连续性的切除，出现系统崩溃的状况。
以上几点均是关于后备保护的问题。导致这些状况主要因素是继电保护只保护安装处自己的故障，没有对故障设备以外的线路进行保护。若要准确地判断出故障继以及对它们做出故障保护，那就要了解系统后备保护运行方式的变化情况和远后备的状况。传统的继电保护就是就地的故障保护，主要是根据本地信息变化状况，保护自身系统的故障点，而不能与电力系统其他的元件进行信息交流，这样就没办法了解到系统的整体情况。这样的继电保护局限性强，无法实现系统的后备保护，容易使系统产生误动而无法正常安全的运行。若要快速识别并切除系统内的故障，就要将传统的后备保护应用在线路的保护中，使系统达到稳定运行，也为广域继电保护的发展做出了铺垫。
2广域继电保护原理
广域继电保护系统是对信息的利用和保护系统安全性的落实，它的保护基本是强于传统继电保护弱于SCADA/EMS的保护。而广域继电保护就是控制着电网的安全性和稳定性，规定了它的动作范围时间在100ms到100s之间。
广域继电保护的实质就是制止潮流在系统内大面积的转移，广域继电保护就是当潮流在系统中大面积的转移时，防止后备保护因线路过负荷发生动作而引起的跳闸；使电网的安全性和稳定性有了保障，简化了传统继电保护后备保护的整定计算。对于以上的目的，很多知名的国内外继电保护专家对广域继电保护展开了深入的研究。
2.1自适应整定
随着电力系统的运行方式和系统故障状态性能的改变，继而改善继电保护性能和特性，改变系统定值的保护，提高系统的安全性和稳定性。系统状况的改变主要是发电机、变压器等设备的投退以及线路故障引起的开关跳闸，还有发电机出力和负荷变化引起的潮流变化。
如果电网线路的任意点发生开断，就会引起其开断点周围相邻小范围线路短路电流发生变化，对该系统区域其他设备保护灵敏度和选择性的影响。但除了断开线路以外的区域，这些区域的短路电流非常的微小，不需要考虑整定计算。因此，提高在线整定的重要因素就是明确影响域的范围。采用改进紧邻集合，划分正在运行系统的影响域，将该系统等价成一条支路，该系统运行方式的变化用其支路阻抗变化表示。因此，在该系统运行方式下，大于门槛值的系统运行方式值就是影响域，通过影响域确定需要刷新定值的保护后，即可对保护进行在线整定计算。
2.2潮流转移识别潮流转移是过负荷和距离(距离Ⅲ段)保护的不合理保护，引起后备保护。若故障线路的潮流转移到其他线路，将有可能导致这些线路过载，发生连锁跳闸。因此，通过闭锁保护的跳闸信号，允许被保护设备合理的短时过负荷，在其热稳定极限前切除受端负荷或送端机组来消除减轻过负荷，达到防止保护误动继而引起电网连锁跳闸的目的。
2.3广域后备保护广域后备保护是系统后备保护对对象实施保护的，只要了解该对象的故障信息，就可以对该对象进行保护。广域后备保护系统是电网内许多智能电网设备相互辅助通过电子信息达到通信的效果，从而共同实现后备保护功能的复杂性电网系统。对于实际工程而言，广域后备保护系统必要的两个条件：
(1)在信息传递方面，要求系统安全、快速、可靠、稳定；
(2)合理的利用目前现有的成熟通信装置和通信技术。
3广域继电保护的系统结构
广域继电保护的结构主要为集中式和分布式。集中式保护系统由控制中心接收从通信系统传来的数据信息以及向通信系统发出的决策信息，如图1所示，控制中心集中对策可以对系统全局做出最优控制，这更能显示出广域保护的优势。而中心设备必须设置备用的，因为集中式结构对控制中心设备要求特别高。由于大量的信息采集不得不使控制中心的计算量大，而且要求通信系统的准确性、实时性以及可靠性都要特别高，它们决定着控制中心的分析结果，集中式结构图如图1所示。
图1集中式结构图
分布式结构对IED的要求非常高，它将系统的运行、控制功能都分部到各个终端设备IED，都在设备IED中完成，如图2所示。设备IED需要独立完成的功能：信息的获取、系统计算运行功能、策略的生成和跳合闸命令的执行。因为IED都是独立工作的，所以IED出问题对分布式结构系统的影响非常小。如果把系统各个IED之间的信息交流区域处理妥当，一般不会发生各个IED之间信息来回交流的现象，而它们通信的时间也不会有较长的延时，分布式结构图如图2所示。
图2分布式结构图
4广域继电保护算法
广域继电保护算法主要研究系统后备保护算法，有的学者提出获取高电压线路中多个故障点的整定结果，基于专家系统整体的做出决策的后备保护算法。有些知名研究员提出了广域差动后备保护算法，这种算法减小后备保护系统的动作用时，它将故障差动保护范围扩展到独立电气元件相邻的区域，使得保护的区域宽广，继而达到广域继电保护的效果。
4.1专家系统的广域继电保护算法
专家系统是用专家推理方法设计保护方案，建立一个计算机模型，根据建立的模型来解决问题。基于专家系统的广域继电保护主要是对电气故障元件的判别，继而安全、快速地处理故障，系统获得相邻区域故障元件的判断结果，运用专家系统的方法进行决策，判别出故障的精准位置；处理系统故障时继电保护拒动给故障判别带来了影响。它的作用就是快速的识别和隔离电网中的故障元件，加快继电保护的动作，尽量减小停电区域。
4.2广域电流差动保护算法
由于电流差动保护结构的问题，电流差动保护能够保护区域内部被保护元件以及被保护区域外的故障元件。因此，许多学者基于这些原因就将这种电流差动保护的原理应用到广域继电保护中，使它们更好地与继电保护将结合，已达到更好的保护效果。
广域电流差动保护是采用分布式结构的保护算法，提出一种用于图论方法的专家系统，它是根据设备状态的信息和拓扑结构，确定各设备的主、后备的在线保护区。继而根据在线拓扑结构的变化，自适应的调整保护区。
4.3广域纵联保护算法
广域纵联保护算法是比较出故障相邻区域多测点故障方向信息，以及准确地判断出它的故障位置，采取相应的保护策略。利用纵联比较原理。
广域纵联保护是将能够测量故障方向的电子智能装置(IED)安装在被保护系统的每一个断路器或电流互感器处；首先，先要明确每一个IED各自保护领域，方便IED之间的信息交流；然后，汇总出每个IED与被保护设备之间的关系；最后，从IED内获取被保护元件的信息，根据IED与被保护设备之间的关系进行运算，对比，准确地判断出故障发生的区域。
5广域继电保护与传统继电保护特点与区别
传统的继电保护既可以使用故障部分信息或各个线路端口的信息(母线差动保护和线路距离保护)，也能使用故障设备相邻节点的信息(线路相邻电站母线的纵联保护)。而其保护有一点也不是很全面，就是除了被保护线路远后备保护以外，其保护线路的状态和主保护的动作状况以及相关远后备保护都可以涉及远方线路的信息。但目前却只能与相连线路本地单独一处的测量信息进行判断，以上这些就是传统继电保护的关键性问题。
广域继电保护既有就地被保护设备的测量信息，也有远方区域的测量信息。既可以保护本地相关设备信息，也可以保护远处设备的信息。广域继电保护与传统继电保护相比，其优点在于：(1)它的选择性不依靠延时实现；(2)可以实现自适应协调机制；(3)有效避免连锁跳闸，可以防止停电范围扩大；(4)广域的继电保护在网络技术中不断发展，它的应用和性能具有坚实的基础。
6总结
传统继电保护只能判断本地的保护设备元件、远后备保护延时特别长、系统的自适应能力缺乏、有潜在的误动作风险。广域继电保护是电力系统继电保护一个新的研究领域，它是以计算机、通信来保护和稳定控制电网，使电网不会稳定破坏、连锁跳闸以及崩溃。
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论文作者:秦昌嵩,董腾
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：继电保护论文; 系统论文; 故障论文; 电网论文; 线路论文; 设备论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第29期论文;