對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行而言，安全是永恒的主題。作為電網(wǎng)安全第一道防線中的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)擔(dān)負(fù)著第一時(shí)間快速切除故障的重任，是電網(wǎng)和各類電氣設(shè)備的“貼身保鏢”。但隨著電網(wǎng)形態(tài)日趨復(fù)雜，運(yùn)行控制難度增大，“貼身保鏢”也亟需升級(jí)。如何讓這位“貼身保鏢”更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)地保護(hù)大電網(wǎng)。由南瑞集團(tuán)牽頭的“復(fù)雜電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)給出了“升級(jí)方案”。
電網(wǎng)日趨復(fù)雜，“貼身保鏢”亟需升級(jí)
隨著“西電東送”戰(zhàn)略實(shí)施，清潔能源大規(guī)模開發(fā)和外送，我國(guó)逐步建成世界上電壓等級(jí)最高、輸送距離最遠(yuǎn)、交直流混聯(lián)的特大型復(fù)雜電網(wǎng)。
大電網(wǎng)快速建設(shè)發(fā)展，電網(wǎng)故障形態(tài)也日趨復(fù)雜。隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)不斷提升、規(guī)模和復(fù)雜度持續(xù)加大，呈現(xiàn)線路分布電容電流成倍增長(zhǎng)、大容量變壓器勵(lì)磁涌流與故障電流波形更趨相似、故障暫態(tài)電流幅值大衰減慢等特征，多次造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)或慢動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)事故擴(kuò)大和設(shè)備損壞，差動(dòng)保護(hù)精準(zhǔn)快速辨識(shí)故障難度愈加凸顯，面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
因此，快速、靈敏、可靠切除故障成為保障復(fù)雜電網(wǎng)安全最迫切的要求。
突破核心技術(shù)，“保鏢”靈敏1.5倍，快了一半
一名合格的“貼身保鏢”要做到“眼觀六路、耳聽八方”，首先要正確判斷任何危險(xiǎn)。所以差動(dòng)保護(hù)的第一要義是要精準(zhǔn)識(shí)別線路故障。
但是分布電容電流經(jīng)常會(huì)影響到差動(dòng)保護(hù)識(shí)別故障的靈敏度，對(duì)其造成干擾。在電壓等級(jí)低、線路短的情況下，分布電容很小，對(duì)線路兩端的電流影響不大，可以忽略其對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響；但在高壓長(zhǎng)線輸電或者電纜線路上，分布電容的等值容抗大大減小，因而其對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響就不能再被忽略。針對(duì)這一問題，項(xiàng)目組突破線路保護(hù)傳統(tǒng)技術(shù)思路，提出了不受分布電容電流影響的線路差動(dòng)保護(hù)技術(shù)、電氣和通信參量協(xié)同辨識(shí)信道對(duì)稱性技術(shù)。他們解決了線路電容電流影響保護(hù)性能、信道異常伴隨線路故障同步發(fā)生導(dǎo)致線路差動(dòng)保護(hù)不正確動(dòng)作的難題。南瑞集團(tuán)電網(wǎng)應(yīng)用研發(fā)中心副主任吳通華向記者介紹。“我們的方法不受電容電流的影響。內(nèi)外部故障區(qū)分度更明顯，靈敏度也更高，大概是以前的1.5倍左右，高阻故障動(dòng)作時(shí)間相較之前也縮減了50%。”
同樣的，在變壓器中也會(huì)有“干擾分子”影響差動(dòng)保護(hù)識(shí)別故障——勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流與變壓器內(nèi)部故障電流相似，會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)錯(cuò)誤識(shí)別，進(jìn)而實(shí)施誤動(dòng)作。所以，正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流問題，是實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)動(dòng)作正確率提高的根本。對(duì)此，項(xiàng)目組提出鐵芯飽和快速判別、不經(jīng)勵(lì)磁涌流閉鎖的差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建解耦相-相影響、強(qiáng)化波形間斷特征的涌流按相判別方法。“這就是我們本項(xiàng)發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵所在，我們打破了傳統(tǒng)的基于勵(lì)磁涌流波形特征的判別方式，從勵(lì)磁涌流產(chǎn)生機(jī)理的本質(zhì)出發(fā)進(jìn)而識(shí)別故障。”南瑞集團(tuán)資深專家潘書燕介紹。這一技術(shù)攻克了困擾國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)多年變壓器勵(lì)磁涌流影響保護(hù)精準(zhǔn)快速辨識(shí)故障的難題，大大縮短了識(shí)別時(shí)間。
除了要“又準(zhǔn)又快”，提升差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的可靠性也是項(xiàng)目組一直在攻克的目標(biāo)。針對(duì)電流互感器飽和對(duì)各類電氣設(shè)備差動(dòng)保護(hù)造成的不利影響,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過飽和軌跡包絡(luò)逼近、超短數(shù)據(jù)窗線性區(qū)判別、故障相制動(dòng)非故障相等差動(dòng)保護(hù)等技術(shù)，解決了互感器飽和導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的難題，同時(shí)又不犧牲內(nèi)部故障時(shí)的快速性和靈敏性。“打個(gè)比方，像樹枝放電這樣的高阻故障和區(qū)外故障互感器飽和這兩種場(chǎng)景，都會(huì)產(chǎn)生差流，很容易混淆?？赡軙?huì)導(dǎo)致‘不應(yīng)該跳的故障跳掉了，應(yīng)該跳的沒跳’這種情況出現(xiàn)。傳統(tǒng)保護(hù)方法一般將故障分為兩區(qū)——制動(dòng)區(qū)和動(dòng)作區(qū)，但對(duì)于有些不容易明確識(shí)別的故障，我們?cè)谥苿?dòng)區(qū)和動(dòng)作區(qū)中間又加了一個(gè)模糊區(qū)，將不好處理的故障進(jìn)行二次判斷。”吳通華說(shuō)道，“以前那種方法比較硬，現(xiàn)在更柔性化、精細(xì)化。”
項(xiàng)目構(gòu)建了復(fù)雜電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)體系，自適應(yīng)于不同保護(hù)對(duì)象、不同應(yīng)用場(chǎng)景、不同故障演化過程，解決了差動(dòng)保護(hù)快速性、靈敏性、可靠性難以兼顧的難題。
保鏢助力“不停電”，批量替代進(jìn)口產(chǎn)品
基于上述成果，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制的系列繼電保護(hù)裝置通過德國(guó)技術(shù)監(jiān)督協(xié)會(huì)等5家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲授權(quán)發(fā)明專利59 項(xiàng)，出版專著4部，發(fā)表SCI/EI 論文97 篇。牽頭制定《1000千伏電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
目前，項(xiàng)目成果已廣泛應(yīng)用于我國(guó)220千伏~1000千伏各電壓等級(jí)電網(wǎng)，涵蓋新一代調(diào)相機(jī)組工程、海上風(fēng)電工程以及川藏聯(lián)網(wǎng)等重要工程。目前，不滿足我國(guó)復(fù)雜電網(wǎng)要求的進(jìn)口保護(hù)裝置已經(jīng)被批量替換，帶動(dòng)我國(guó)高壓電網(wǎng)新投運(yùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)配置，產(chǎn)品出口至數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
多年來(lái)我國(guó)未發(fā)生類似美國(guó)、印度等國(guó)家影響千萬(wàn)至數(shù)億人口的大停電。這項(xiàng)項(xiàng)目成果在其中發(fā)揮了重要作用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)、新能源的規(guī)?；掷m(xù)開發(fā)利用、“一帶一路”建設(shè)的深入推進(jìn)，這項(xiàng)成果將會(huì)具有更廣闊的應(yīng)用前景。
感謝：袁仲偉 吳通華 潘書燕 王中浪
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