層次化保護體系結(jié)構(gòu)

近年來計算機技術(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，為研究新的保護模式提供了物理層支撐。集成保護/集中式保護、系統(tǒng)保護、廣域保護/區(qū)域保護、站域保護等非傳統(tǒng)繼電保護方案相繼被提出，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，實現(xiàn)了不同時間和空間作用坡下的保護。不同作用域的保護功能所保護的對象有所不同，各有優(yōu)點。同時也受到一定的限制，要實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)整體保護的可靠性，應(yīng)當遵循層次化原則，同時配置多種保護，使不同層次和功能范圍的保護各司其職，上下級之間相互協(xié)調(diào)配合。

為改善繼電保護的性能，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構(gòu)建的層次化保護系統(tǒng)被提出。層次化保護系統(tǒng)面向區(qū)域電網(wǎng)，通過多層次保護在時間、空間和功能上的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，形成優(yōu)勢互補，同時兼顧局部和整體的保護性能、實現(xiàn)保護和控制從單點信息到多點信息的轉(zhuǎn)變，從面向元件到面向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)對電同全面、靈活的保護，典型的層次化的保護結(jié)構(gòu)分為就地層、站域?qū)�、廣域?qū)印?/span>

就地級保護對象為單個元件，基于現(xiàn)有的元件保護配置，利用被保護對象自身信息獨立決策。實現(xiàn)可靠、快速地切除故障;站城緩保護對象主要為站內(nèi)多個對象，布置上屬于間隔層，功能上屬于站控層，綜合站內(nèi)多個對象的電氣量、開關(guān)量和就地級保護設(shè)備狀態(tài)等信息，集中次策，實現(xiàn)保護的冗余和優(yōu)化，完成并提升變電站層面的安全自動控制功能，同時可作為廣域級保護控制的子站;廣域級保護范圍包括區(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，實現(xiàn)相關(guān)后備保護及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。

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

在動作時限上，就地保護作為主保護必須快速動作，動作時間約為幾十豪秒;站域和廣城保護作為就地級主保護的后備，站域保護動作時間約為幾百毫砂，實現(xiàn)快速后備功能;廣域保護在幾百毫砂到1s之間，完成系統(tǒng)級后備。廣域保護與站域保護酒過邏輯控制策略相互配合，井利用站域保護彌補廣域保護的局限性。以最小的信息代價系統(tǒng)性地提高智能電網(wǎng)安全運行的能力。

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

傳統(tǒng)的后備保護存在固有的缺點。線路、變壓器、母線各元件的后備保護已暴露出了弊端和危險性。主要表現(xiàn)在;①不同保護之間通過保護定值及動作延時的配合來整定，過程復雜;②電網(wǎng)拓撲結(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，動作時限較長;③當電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或運行工況發(fā)生改變時，需各級相互協(xié)調(diào)配合的裝置之間也無法實時修改整定值，保護性能無法得到保證;④傳統(tǒng)繼電保護的動作僅僅基于本地局部信息，不能根據(jù)全站信息統(tǒng)一決策并實施故障控制策略，也未考慮故障導致的潮流大范圍轉(zhuǎn)移，從而引起后備保護聯(lián)鎖誤動跳閘，釀成事故。

為解決以上問題，提出了廣域保護的方案，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)進行實時的保護與控制。廣域保護利用多點信息，能夠在全局角度把握電網(wǎng)的動態(tài)運行狀況，可避免傳統(tǒng)后備保護由于信息單一帶來的一系列缺陷，但也存在一定的缺點，如要求信息全面而可靠，應(yīng)用具有局限性。

站域保護將統(tǒng)一決策的范圍限制在變電站內(nèi)則較易實現(xiàn)。站域保護采集變電站內(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)一的標準共享，這為變電站綜合站內(nèi)信息統(tǒng)一決策提供了基礎(chǔ)。站域保護既可在變電站范圍內(nèi)統(tǒng)籌故障控制，又可為廣域保護提供底層的支撐，利用冗余的多信息及統(tǒng)一邏輯的站域保護原理和算法，可提高變電站運行的可靠性及安全性。站域保護的對象主要為站內(nèi)元件，信息量相時廣域保護少而必需，保護控制策略簡單靈活，理論上更易應(yīng)用于工程實際中。

層次化保護體系以通信網(wǎng)絡(luò)為平臺實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)間的信息共享�；钣糜谥悄茏冸娬�。就地保護和站域保護都可以直接或經(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。站域保護與廣域保護緊密關(guān)聯(lián)，通過信息交互實現(xiàn)各層的上下級任務(wù)，站域保護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。作為廣域保護層的子單元向上層傳遞測控信息，廣域保護經(jīng)站域保護控制系統(tǒng)向下級傳遞命令。就地保護相對獨立，不受站域級、廣域級保護的影響，就地級、站域級、廣域級的保護在時間、空間、功能的范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞增的趨勢，三個層次的保護相互協(xié)調(diào)配合，共同完成繼電保護的任務(wù)，保證電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。

層次化保護系統(tǒng)是對傳統(tǒng)保護模式的革新，在改善電力系統(tǒng)整體保護性能方面具有良好的應(yīng)用前景，目前對層次化保護的探索仍處于初級階段。同時，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的建設(shè)方式，在具體實踐中，對分散的新一代智能站站域保護控制進行了初步的布置，而對層次化保護系統(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

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

就地級間隔保護采用直采直跳，結(jié)合GOOSE 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)連閉鎖功能。保護裝置直接采樣，不依賴外部時鐘實現(xiàn)其保護功能，保證了就地間隔保護的可靠性;保護裝置直接跳閘，保證了保護的速動性;采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(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的性能。就地級保護宜靠近被保護設(shè)備安裝，縮短與被保護設(shè)備的距離，實現(xiàn)保護裝置的就地化布置。

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

2.站域保護控制

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

站域保護控制裝置可采用網(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)。站域保護控制功能可兼做廣域保護子站。站域保護控制裝置應(yīng)支持二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷功能。

3.廣域保護控制

21世紀初。將廣域信息應(yīng)用到繼電保護中，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，后備保護因線路過負荷發(fā)生誤動，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，保護四性之間矛盾不可調(diào)和，整定困難，保護失配，傳統(tǒng)后備保護已經(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)有保護性能，簡化后備保護的整定計算，解決保護失配等保護面臨的難題。

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

4.三個層次間的信息交換

廣域級保護控制采集站域級保護控制、測量信息，并經(jīng)站域保護控制系統(tǒng)下達指令;站域級保護控制采集就地級保護信息，不經(jīng)就地級保護，直接下達控制指令。部分廣域保護控制系統(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)過站域保護控制裝置轉(zhuǎn)接。就地級保護功能實現(xiàn)不依賴站域、廣域保護控制系統(tǒng)，但會有必要的信息交換。

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