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电力系统集成保护技术谈

摘 要：传统的保护及安全自动装置及其xx独立的整定原则，已经不能更好的适应系统发展的要求，在很多情况下甚至是造成系统崩溃的助力。因此，需要探索保护电网的新方法来满足系统稳定运行的要求。本论提出电力系统集成保护的概念，并对相关技术方案进行探讨。

关键词：电力 系统 集成 保护 通信 网路

一、集成保护的概念及构成

“集成保护”是指将变电站全部信息集成于一个计算机系统中，形成可靠、灵活、多样互补的集中式保护系统，保护变电站内多个独立设备的同时，集成保护还可包括控制功能，是保护控制一体化装置。变电站内的所有设备、进线出线的保护集中由一个计算机保护系统实现，为保护系统的安全可靠性，计算机保护系统采用xx的双冗余配置。

集成保护系统主要由三大部分构成：①接口单元：接口单元可按变电站内二次系统的集中情况集中或分布设置，通过大容量的光纤网络将测量控制单元的数据实时传送至集成保护单元。②光纤网：应用光纤以太网作为集成保护的通信网络，为保证可靠性采用环网或双冗余结构，同时可使用标准的网络通讯协议，使接口单元或合并单元、集成保护与系统间实现无缝通信。③集成计算机继电保护单元：集成继电保护的功能在大型机上实现，通过网络接收到来自变电站各地的测量信息，并通过通信网与各相关变电站交换信息。

集成保护通过各种传感设备，采用软硬件相结合的方法，同时获取变电站内的多处信息，在实现各独立保护功能的基础上，各保护功能之间易于协调配合，集成保护可以集成传统保护原理，也可产生新的保护功能，提高保护的整体性能。

二、电力系统的集成保护与控制方案

1、基于过电流原理的配电系统集成保护方案

基于过电流原理的配电系统集成保护安装于变电站，与该变电站所有母线的进出线上各CT相连，该保护还与连接母线的PT相连接以便于进行方向的测量。该方案以过电流原理为基础，既有传统保护功能，又赋以新的保护功能特性，包括了瞬时跳闸单元，相继加速跳闸单元以及分别直接跳闸单元等多个环节，从而构成新型的三阶段保护，构成新型的三阶段保护，其中{dy}、二阶段做主保护，第三阶段作后备保护。

基于电流原理的集成保护系统包括故障线路选择单元、基于过电流定值的瞬时跳闸单元、纵联通道跳闸单元、无通道加速跳闸单元和INP直接跳闸单元，以及两个通信接口I、II。IOR继电保护安装于变电站，其中的“故障线路选择单元”确定与母线相连的故障线路，对于小电流接地系统该单元应具有单相接地故障选线功能，可利用传统的选线方法或新的暂态技术，由于集成保护信息较多，可产生新的方法更有利于寻找故障线路。

2、基于电流差动原理的集成保护方案

电流差动保护已经成为高压输电线的主要保护形式。电流差动保护只需要检测流入和流出保护区的不平衡电流，原理简单，选择性好，特别是随着光纤通信技术的发展，使得电流差动保护性能提高并得以广泛应用。目前，以GPS信号同步采样的数字电流差动保护在动作判据、通信系统等方面己基本满足保护系统的要求。在基于电流差动原理的集成保护方案中，输电线路主要有两大电流差动保护技术，分别是：电流纵差保护(LCD)和电流横差保护(TCD)。TCD技术可以由两个保护算法组成：电流平衡和横差方向算法，它能够为线路上的速断保护范围外发生的故障提供加速跳闸。LCD能够xx故障以保护整个输电线路，但需要昂贵的通信通道；TCD不需要通信通道，但不能为整个保护线路提供快速跳闸。因此对于双回线路，融合两种技术的继电保护装置能够为输电线路提供更好的保护方式。

集成电流差动继电器(ICD)安装在网络中的各个变电站的母线上，与包含变电站各出线CT的测控单元通过网络联接，并与远端线路末端的相邻变电站通信。保护执行纵差保护算法，并通过多个整定值的设置覆盖所有被保护线路，负责保护连接于变电站母线上的每条线路：由于能够测量到与母线相连的所有电流，那么该集成保护装置同时也可以保护母线。整个方案有先进的通信网络和协议的支持，每个ICD通过通信单元的多个通信通道与所有相关线路另一端的集成保护通信，以实现每条线路的电流差动保护。针对双回路或平行线路的保护，可在集成电流差动保护中包括TCD保护算法。集成保护装置中配以快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，而当与远端联系的通信信道不可用时，则采用横差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路，还可以集成由电流平衡和横差方向两个保护算法组成的TCD技术，为在被保护线路上的速断保护范围外发生的故障提供加速跳闸。ICD保护的电流差动算法负责完成所有相关的线路两端的差动计算。该方案基于先进的光纤通信网络的支持。变电站的测量、控制和通信单元等都通过以太网与集成保护连接，并可使用IEC61850标准通信协议。

3、基于多功能保护技术的集成保护方案

①瞬时跳闸阶段。保护的功能主要包括电流保护、电流差动保护(当通信通道可用时)和距离保护。集成保护继电器装置中设置多重整定值以保护其相应的所有线路段和设备。如果故障发生在保护线路段的I段范围内，电流差动就会发出瞬时跳闸命令，对于在距离段范围内的故障，距离保护也会发出瞬时跳闸命令。对于电流差动保护而言，当通信通道不可用，实现电流差动保护有困难，而距离保护的设置又存在问题时，电流方向保护也能够作为快速跳闸的主保护。与此同时，如果通信通道可用，继电器会发送方向信息给远端集成保护和集成网络保护单元。

②联锁跳闸和加速跳闸阶段。以整定值为基准，如果相应的保护功能并未瞬时动作。例如，当故障位置在距离I段保护范围之外时，那么保护方案的第二阶段将投入运行。该阶段主要由两大保护功能组成，它的运行取决于保护线路两端集成保护的通信通道可用与否。当要进行联锁跳闸的通信通道可用时，可通过方向比较功能模块判断故障方向，并发送方向信息给对侧，从而实现线路两端联锁跳闸；若通信通道不可用时，可应用无通道保护技术，使得保护进入加速跳闸单元。

③直接跳闸阶段。在第三阶段中，集成网络保护单元会收集故障信息，尤其是网络内的所有IR继电器发出的方向信息，通过比较收到的各方向信息判断出故障线路。作为后备，INP根据所获得的来自于网络中的各IR继电器发来的信息进行计算判断，发送直接跳闸命令给故障线路的集成继电保护装置。

三、结语

本文根据集成保护的概念，提出了基于电流原理、基于差动原理以及基于多功能保护技术等几种集成保护方案。随着计算机网络技术和光纤以太网通信技术在电力系统中的广泛应用，IEC61850标准协议的发展和应用，信号处理技术、新式传感器技术以及继电保护通用硬件技术的发展，为集成保护的实现奠定了基础，集成保护将有广阔的研究应用前景。(转自)

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参考文献：

[1]陈德树.大电网安全保护技术初探[J].电网技术,2004(9):14-17.

[2]项洪印,高会生,杜晓晖.基于工业以太网技术的IEC61850协议应用分析网络与信[J].2006(18)