自适应技术在220kV地区性电网继电保护中的应用
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摘要：自适应继电保护以其优越的性能，在当今复杂的电网机构中备受青睐，它将取代传统继电保护而成为主流保护。本文论及自适应继电保护的优越性能，及其应用，同时分析了220kV地区性电网存在的一些风险，由此提出了自适应继电保护对地区性电网的一些问题的解决方案。
关键词：自适应继电保护电网地区电网
1、引言
电网结构日趋复杂，给电网安全运行带来了更多问题，同时也向继电保护提出了更深的研究方向；在地区电网中，220kV系统是电力输送主网架，220kV线路多数都是环网运行，经过近几年大规模的电网改造，220 kV变电站布点日趋紧密，继电保护配置如不能很好配合当地电网结构会严重破坏原本合理、坚强的电网结构，甚至使电网瓦解，因此对继电保护配置与运行方案进行深入分析，合理地安排继电保护设备的运行方式，对电网的安全、稳定运行具有重要的意义。
2、220kV电网继电保护配置的一般原则及配合的矛盾
为保障电网安全可靠运行，220kV及以上电压等级的电网必须满足可靠性、速动性、选择性及灵敏性等基本要求。可靠性由继电保护装置本身的技术性能和质量及装置的合理配置、正常的运行维护保证；速动性由配置的全线速动保护、相间、接地故障的速动段保护及电流速断保护保证；通过继电保护运行整定，由相间和接地故障的延时段后备保护实现选择性、灵敏性的要求；对联系不强的220 kV电网，在保证继电保护可靠动作的前提下，重点应防止继电保护装置的非选择性动作；对于联系紧密的220kv电网，重点应保证继电保护装置的可靠动作。
而在运行的电网各设备的运行状态是复杂多变的，所以电网的联系方式也会随设备的状态而改变。采用传统的继电保护定值维护方式，对继电保护工作人员来说，无疑是个巨大的挑战。所以自适应技术在现代复杂的电网中的应用被提到了一个新的高度。
3.自适应继电保护技术发展的条件具备
3.1微机式继电保护技术为其打下坚实基础
微机保护技术的进步是自适应继电保护发展的基础,没有计算机的应用, 自适应继电保护只能是空谈。自适应继电保护技术最主要的特点就是它的自学习能力，而这种自学习能力离不开它的记忆能力，所以需要较为先进的存储技术和查找算法才能保证系统的稳定和反应的快速性。现在，微机保护技术在不断发展完善，软硬件技术的得到了不同程度的发展，各类传感终端也在不断完善；这些无疑为自适应继电保护技术的发展提供了肥沃的土壤。
3.2电网调度自动化技术为其提供平台
电网调度自动化技术在60年代开始由模拟式向数字式进军。70年代中期由SCADA、AGC和网络分析汇集成为能量管理系统(EMS),80年代中期又借鉴EMS技术,由SCADA网络分析和负荷控制汇集成配电管理系统(DMS)。这一切都说明了，电网调度自动化技术在快速地完善和提升；这将是一个不可抵挡的趋势。
由于电力工业的发展和电网运行的迫切需要,在“八五”期间我国已卓有成效地建设发展了电力专用通信网和电网调度自动化系统[3 ]。到现在为止，在我国所有地区电网基本上实现了电力调度自动化，这为自适应继电保护技术的发展提供了平台。
3.3电力系统自动化技术发展自身需要
继电保护技术是电力系统自动化技术的一个分支, 随着电力系统自动化中电网调度自动化系统的应用, 采用变电站综合自动化技术和实现无人值守运行方式[1]在全国如火如荼进行着。继电保护是一门综合性的学科, 它不断吸纳新的技术来完善自身，每一次电子界的革命基本上都为它创造一次新的机遇；所以在未来它还将有更大的发展空间。
4.自适应继电保护的优越性及其应用
4.1自适应电流速断保护[2]
4.1.1基本原理
自适应电流速断保护的定值应随系统运行方式和短路类型的实际情况而改变,克服了传统电流速断的缺点,其电流整定值可表示为:
要使电流速断的定值按式(1) 整定, 必须实时测定故障类型系数和保护装设点到系统等效电源之间的阻抗。此时, 令式(1) 与传统电流速断保护短路电流(2) 相等，可以得出自适应电流速断的保护范围
为保护装设处到系统等效电源之间的实际阻抗; 为故障类型系数。
式(3) 表明, 也不是常数, 随系统的的变化而变化, 它根据电流速断动作原理的基本要求调整到最优。只要知道故障分量和就可求出系统阻抗。
令自适应电流速断的保护范围等于零，可得：
4.1.2保护范围
传统保护在实际运行方式下电流速断的保护范围：
将式(3) 与式(5) 进行比较可得:
实践表明自适应电流速断保护比普通电流速断保护有明显的优越性。
4.2自适应过电流保护的基本原理
自适应过电流保护的电流保护的定值和特性能够实时自动调整或状态改变, 以适应电网运行多样性的要求。下面以反时限过电流保护为例说明自适应过电流保护的基本原理。设最大负荷电流为IHmax , 过电流保护的启动电流整定值可用下式表示:
式中k 为系数, 通常取k > 1.5。
根据式(8) , 可选用保护装置对应的一条反时限特性:
线路故障时,当 短路电流小于, 按上述特性动作的过电流保护不能检出故障,但是通过对负荷电流实时监视,系统根据实际负荷电流IH 自动改变为灵敏更高的另一条反时限特性:
当保护装置的时间―电流特性由式(9)变为式(10) 后, 过电流保护装置便可更快地切除故障。自适应电流保护装置已在部分电网中应用。
4.3自适应继电保护成果
目前为止，自适应继电保护技术已经在部分应用；特别是针对地方性电网的稳定性做了大量研究。
文献[3]通过对电力系统振荡和短路所呈现的不同特征分析,从故障特征入手,利用模糊集合理论识别振荡过程中发生的短路。文献利用模糊模式识别原理建立了相应的模糊数学模型,它使在许多不利于识别的情况下,包括两机系统功角为180°时于振荡中心处发生的三相短路都能迅速准确地识别出来。
文献[4]提出了一种基于人工神经网络识别永久性故障和瞬时性故障的方法。在瞬时性故障情况下,能够确定熄弧时间,实现自适应单相重合闸。根据瞬时性故障与永久性故障电压的波形不同,作为判别故障类型的依据。作者利用EMTP 仿真对系统参数、故障位置、故障前负荷分量和断路器断开时刻等不同的组合情况进行了故障电压波形的仿真分析,提取最具有代表性特征作为神经网络的输入,并选择了输入节点为6,隐含节点为5,输出节点为1的非全连BP 神经网络。
文献[5]提出了一种基于人工神经网络实现自适应单相重合闸的设计细节,提出了如何利用故障数据训练神经网络的特殊方法及在硬件上的实现方式。
5.220kV地区电网存在的风险及其解决方法
现在部分地区220kV仍以环网形式对地区电网供电；由于220kV等级线路出故障而导致的地区全局性失压时有发生。今年在广东某地区就发生过由于施工造成地区全局性失压的事故。可见，目前以220kV等级为主联络线的地区性电网还相当薄弱；提高继电保护水平就提到了新的高度。
电网的事故是多样的，由于电网，特别是变电站设备的多样化。所以传统的继电保护技术显得有心无力。在这里，我们提出采用对220kV地区性自适应继电保护技术，当故障发生时有选择性跳开某些环节，从而保护其它设备的正常运行。由于自适应继电保护具有学习能力，我们可以通过模拟各类型故障，得出一个专家库，然后输入给自适应继电保护各环节；当事故发生时，它就会有选择性地跳开部分环节。在220kv地区性电网日趋复杂，配网自动化提出的大环境下。地区电网定值的配合及保护灵敏度等向继电保护技术提出了挑战。自适应继电保护技术以其智能化和记忆性能当能挑起这个重任。
6.结束语
自适应继电保护的研究内容主要集中在2个方面:利用适当的故障信息实现自适应保护和应用适当的信息处理方式提高保护动作性能。自适应继电保护今后的主要研究方向是利用通信网络更加灵活地获取和应用故障信息,将人工智能技术应用注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看于继电保护,将使保护装置获得更强的自适应能力,从而显著提高其动作性能。