層次化保護體系結構

近年來計算機技術、網絡技術和通信技術的快速更迭，新型互感器的出現和智能變電站的建設使區域電網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、系統保護、廣域保護/區域保護、站域保護等非傳統繼電保護方案相繼被提出，這些方案以信息共享為基礎，解決了傳統繼電保護方案局限于孤島信息所帶來的弊端，其利用電網中的多源信息，實現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，各有優點。同時也受到一定的限制，要實現對電網系統整體保護的可靠性，應當遵循層次化原則，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，上下級之間相互協調配合。

為改善繼電保護的性能，適應現代電網的發展需求，一種由就地級、站城級和廣域級三層保護構建的層次化保護系統被提出。層次化保護系統面向區域電網，通過多層次保護在時間、空間和功能上的協調和統一，形成優勢互補，同時兼顧局部和整體的保護性能、實現保護和控制從單點信息到多點信息的轉變，從面向元件到面向系統的轉變，最終實現對電同全面、靈活的保護，典型的層次化的保護結構分為就地層、站域層、廣域層。

就地級保護對象為單個元件，基于現有的元件保護配置，利用被保護對象自身信息獨立決策。實現可靠、快速地切除故障;站城緩保護對象主要為站內多個對象，布置上屬于間隔層，功能上屬于站控層，綜合站內多個對象的電氣量、開關量和就地級保護設備狀態等信息，集中次策，實現保護的冗余和優化，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域內各站。綜合區城網絡或更廣的廣域網，恢一判別決策，實現相關后備保護及系統的安全穩定控制。

三個層次中的繼電保護功能協調配合，提升縮電保護系統總體可靠性，選擇性、靈績性和速動性，繼電保護與安全穩定控制功能協調配合，加強了電網第一道防線與第二、三道防線之間的協作。有利于構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，實現快速后備功能;廣域保護在幾百毫砂到1s之間，完成系統級后備。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性地提高智能電網安全運行的能力。

構建層次化保護體系。即在原有就地主保護的基礎上新建站域層和廣域層兩層。

傳統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電網拓撲結構日趨虎大，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當電網結構或運行工況發生改變時，需各級相互協調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傳統繼電保護的動作僅僅基于本地局部信息，不能根據全站信息統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移，從而引起后備保護聯鎖誤動跳閘，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的電氣信息量至廣域控制中心，經統一決策后對電網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的動態運行狀況，可避免傳統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，應用具有局限性。

站域保護將統一決策的范圍限制在變電站內則較易實現。站域保護采集變電站內的電氣量和非電量，對變電站內部及出線進行全局分析決策，從而定位并切除故障。IEC 61850 的制定使變電站內的信息能以統一的標準共享，這為變電站綜合站內信息統一決策提供了基礎。站域保護既可在變電站范圍內統籌故障控制，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，理論上更易應用于工程實際中。

層次化保護體系以通信網絡為平臺實現區域電網間的信息共享�；钣糜谥悄茏冸娬�。就地保護和站域保護都可以直接或經過 SV網絡采集合并單元的電壓電流信息，并接收或傳送GOOSE的開關信息給智能終端。站域保護與廣域保護緊密關聯，通過信息交互實現各層的上下級任務，站域保護裝置采集過程層信息，決策后直接向過程層發送控制命令。作為廣域保護層的子單元向上層傳遞測控信息，廣域保護經站域保護控制系統向下級傳遞命令。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、功能的范圍內呈現遞增的趨勢，三個層次的保護相互協調配合，共同完成繼電保護的任務，保證電力系統的可靠穩定運行。

層次化保護系統是對傳統保護模式的革新，在改善電力系統整體保護性能方面具有良好的應用前景，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的建設并未形成完整詳盡的方案，在理論和技術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，在智能變電站建設實踐中也得到廣大繼電保護工作者的認同。繼電保護不應集中配置，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，結合GOOSE 網絡實現連閉鎖功能。保護裝置直接采樣，不依賴外部時鐘實現其保護功能，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網絡實現連閉鎖功能，充分發揮了IEC 61850的信息共享優勢。站控層網絡及區域通信系統故障，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備安裝，縮短與被保護設備的距離，實現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，可適當優化集成，但不應"為了集成而集成"，不能犧牲保護的可靠性。優化集成后應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。就地級保護裝置應支持二次設備狀態監測和智能診斷功能。

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，有可能對現有保護系統進行補充和優化。對 110kV及以下電壓等級沒有配置雙重化保護的系統，可做集中冗余保護，同時可實現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絡采樣、網絡跳閘方式，接人變電站過程層SV與GOOSE網。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支持二次設備狀態監測和智能診斷功能。

3.廣域保護控制

21世紀初。將廣域信息應用到繼電保護中，定位并消除故障，防止電力系統的連鎖跳閘，避免電力系統大停電，可以防止發生潮流轉移時，后備保護因線路過負荷發生誤動，引發電網連鎖跳閘事故，側重于安穩控制功能。

隨著系統發展，保護四性之間矛盾不可調和，整定困難，保護失配，傳統后備保護已經無法滿足電力系統的安全穩定需求，利用廣域信息可以改善現有保護性能，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電力通信網絡連接組成，通過獲取故障關聯信息實現廣域保護功能。以變電站為基本單元構成分布式廣域保護，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廠廣域保護功能，也可通過廣域子站匯集區域信息實現保護關聯控制功能。

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，并經站域保護控制系統下達指令;站域級保護控制采集就地級保護信息，不經就地級保護，直接下達控制指令。部分廣域保護控制系統子站，如穩控執行站，也可能直接連接到SV、GOOSE網絡，而不經過站域保護控制裝置轉接。就地級保護功能實現不依賴站域、廣域保護控制系統，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，三者有機結合，構成完整的層次化保護系統，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，可改善現有繼電保護性能和安全穩定控制水平，提升電網運行的安全性和可靠性。