- 頭條實現遠方保護與就地保護有效配合的新方案，可提升配網保護可靠性2021-04-20 作者：金能 梁宇 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語在配電網中，線路保護一般僅采用單套配置的電流三段式保護，因此存在可靠性低、易受采樣環節影響等問題。另外，大量分布式電源的接入，使得其中的瞬時速動過電流Ⅰ段保護范圍顯著縮小。為解決以上問題，強電磁工程與新技術國家重點實驗室（華中科技大學）、國網鄂州供電公司、國網山東電力科學研究院的研究人員金能、梁宇、邢家維、戎子睿、林湘寧，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文，提出了具備抗采樣異常能力的高可靠遠方保護冗余跳閘邏輯，并設計了遠方保護與就地保護最優配合方案。
在超高壓/高壓系統中，由于保護的動作后果牽一發而動全身，其線路保護一般按雙重化配置，具有較高的可靠性。但是，在35kV及以下的低壓配電系統中，考慮經濟成本及占地等問題，線路保護一般按單套配置，在保護裝置因故障或檢修而退出運行后，線路將面臨無主保護及近后備保護的風險。此時，線路上發生的故障只能依靠遠后備保護動作切除，然而，遠后備保護不僅動作時間長，還存在選擇性差、動作易失配的問題。
另外，在配網中還存在大量的環網結構，加上可能有大量分布式電源（Distributed Generator, DG）饋入，其遠后備保護的速動性以及選擇性更加無法得到保障，必將擴大故障影響范圍。此外，線路保護的任一采樣環節出現異常，如電流互感器（TA）飽和、干擾、斷線以及合并單元異常等均直接導致保護誤動或拒動，保護可靠性較低。
為解決上述問題，繼電保護工作者已經做了較多的研究工作。在應對保護單套配置可靠性低方面，提出充分利用廣域冗余信息實現高可靠的廣域保護，進而實現保護的間接“雙重化”。有學者提出一種廣域差動保護實現方法。有學者提出基于信息冗余的變電站集中式廣域后備保護系統。有學者從信息融合的角度出發，提出一種基于信息融合技術的高容錯廣域繼電保護工作模式。
事實上，廣域可以作為準主保護（如果通信延時足夠短），但廣域多個附帶環節使其保護可靠性較低，例如，在就地存在的TA飽和、干擾和斷線等采樣數據異常問題，在廣域保護中同樣存在，并且在數據遠程傳送過程中，由于網絡擁塞、通信丟包等情況，數據異常的風險將進一步增大。另外，廣域保護還面臨遭受蓄意網絡攻擊等風險，且其與就地保護的配合問題并未得到較好的解決。因此，目前所研究的廣域保護一般僅作為后備保護。
在應對采樣環節異常導致保護誤動方面，針對數據干擾導致保護誤動問題上，傳統辨識方法往往只能識別部分干擾數據點，并且會導致保護動作速度變慢；在應對TA飽和問題上，現有辨識方法在TA深度快速飽和的情況下將喪失選擇性，并且采用識別TA飽和后閉鎖保護、經一定時延后再開放保護的方案，無法應對保護閉鎖時延內再發生的區內故障；TA斷線將直接導致對應的差動保護誤動，在應對TA斷線問題上，主要采用有電流/無電流檢測方案，然而由于檢測門檻值較難設定，該方案存在識別不準確、易受潮流影響等問題。
綜上分析可知，若能有效地解決采樣及通信環節異常對廣域保護帶來的影響，并實現廣域保護與就地保護的最優配合，則能極大地提高配電網保護可靠性。
廣域保護一般涉及到對多個變電站（一般大于等于3）信息的采集，信息彼此等待與互鎖將延長保護的動作時間。事實上，對于任意一回站間線路的保護，僅需線路首尾兩端所連變電站的信息，即可構造出高性能的線路保護新原理。
強電磁工程與新技術國家重點實驗室（華中科技大學）、國網鄂州供電公司、國網山東電力科學研究院的研究人員，基于SDH通信環網，充分利用采集到的本站與對側變電站的母線背側所有進出線電流，提出了一種高可靠遠方保護冗余跳閘邏輯。另外，充分考慮通信延時以及端子誤碰或網絡攻擊帶來的影響，提出了基于智能斷路器的保護跳閘邏輯，并在此基礎上設計了就地保護與遠方保護最優配合方案。
為與常規的廣域保護相區分，研究者將基于線路兩端變電站信息的保護命名為遠方保護。目前，利用SDH光纖自愈通信環網傳輸繼電保護信號以及實施縱聯差動保護已有較多相關研究和現場應用。為此，研究者基于SDH光纖自愈通信環網，獲取線路所連接的母線背側各進出線電流信息，構造“虛擬”TA采樣信息，結合線路上原有物理TA形成雙重化冗余電流信息。
圖2 單套遠方保護情況下的跳閘邏輯配合
圖3 兩套遠方保護情況下的跳閘配合邏輯
在此基礎上，構造“四重化”遠方保護判據，并提出了具備抗采樣異常能力的高可靠遠方保護冗余跳閘邏輯，其中，遠方保護采用超快速縱聯波形比較保護算法以縮短保護判據動作時間，為信息上傳、下達及處理環節留有足夠的時間裕度，實現就地保護與遠方保護的有效配合。另外，充分考慮通信延時以及端子誤碰或網絡攻擊帶來的影響，提出了基于智能斷路器的保護跳閘邏輯，并在此基礎上設計了遠方保護與就地保護最優配合方案。
理論分析和仿真結果表明，與傳統單套保護相比，研究者所提的就地-遠方保護冗余跳閘邏輯能顯著地降低保護的誤動率及拒動率，同時對單個互感器出現干擾、飽和、斷線等采樣環節異常以及網絡攻擊的極端場景具有較強的免疫能力。
研究者得出基本結論如下：
- 1）理論分析證明了相比于單套保護，遠方保護“4取3”冗余跳閘邏輯較大程度降低了誤動和拒動概率。與就地保護配合后，無論采用何種配合方案，都能一定程度提升保護安全性與可信賴性。
- 2）在遠方通過引入超高速保護判據，提高遠方保護動作速度，進而為就地-遠方通信預留足夠的時間來實現遠方保護與就地保護的配合。
- 3）該策略天然具備優異的抗TA異常能力，能夠在單個TA發生異常的情況下，保證保護的正確動作。
相關研究成果已發表在2019年第24期《電工技術學報》上，論文標題為“提升配電網線路保護可靠性的遠方保護及其與就地保護優化配合方案研究”，作者為金能、梁宇、邢家維、戎子睿、林湘寧。
