胡源奇++张义++周晓娟++陈玉涛++杨辉++薛建民

摘要：区域层次化保护体系是对现有就地保護、站域保护、区域保护的整合和改进，使之成为有效的统一的整体，对电力系统进行多维度的保护。本文研究层次化保护系统的框架体系，并基于层次化保护系统功能协调，从系统角度对各层保护配置、区域内信息流交互、区域保护实现模式加以研究。进而为层次化保护系统的工程应用打下基础。

关键词：区域保护；站域保护；就地化保护；信息流

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0242-01

1 绪论

在层次化保护系统中，其主要包含快速的就地化保护、站域保护和区域保护。三层保护配合可以可靠隔离故障元件，就地化保护利用间隔元件自身信息实现独立决策，提供快速的主保护和有选择性的后备保护，保证被保护元件的安全。并且切除故障时不考虑动作对系统带来的影响[1-2]。而站域保护利用站内电气量、开关量和状态量等信息，集中站域级决策，实现保护的优化和冗余，可以提升变电站级的后备保护控制性能，同时站域保护作为区域保护的变电站子站进行信息采集和控制命令执行。区域保护以提高多个变电站区域范围内的保护控制水平为目标。利用多个变电站的全景电网信息，统一进行决策判别，实施区域范围的后备保护、保护定值调整、优化安稳控制策略、区域备自投，实现区域电网保护控制的优化协调[3-4]。

2 区域层次化保护系统架构

区域层次化保护系统系统是指在区域范围内，由面向间隔元件的就地化保护、面向变电站的站域保护和面向多个变电站的区域保护三个相互协调的层次组成，区域层次化保护系统是集中式和分布式相结合的结构，从区域的角度看，站域保护在系统中采用分布式模式，而区域保护则是集中式模式。这种构成方式集合了集中式和分布式的优点。但是从变电站层面来看，面向间隔的就地保护在变电站内各采用分散的信息和控制，站域保护的信息处理和保护决策采用了集中式的模式；整个保护系统采用通信网络实现区域范围内信息共享，进行基于多源信息的继电保护立体化配置功能，实现保护系统空间维度、时间维度、和功能维度的多层级协调配合，全面提升系统保护性能和运行能力。

在区域电网发生故障时，层次化保护中就地化保护装置作为第一时限的保护，速动性好，如图1所示，就地化保护动作时间在0～20ms之间。在就地保护执行的同时，区域保护与站域保护也随之进入程序判别阶段，如果就地化保护能够成功切除故障，则区域保护和站域保护自动返回；如果就地化保护未动作，那么站域保护进行判断并切除故障。在时间维度上，站域保护会增加特定的延时。如果站域保护不能切除故障，那么由区域保护实现保护功能。区域保护的跳闸延时在站域保护动作时间的基础上会增加延时。根据国际大电网会议的规定，区域保护的时间在0.1s～100s的范围之间。

基于上述分析，可以看出层次化保护系统利用区域电网共享信息，实现就地化、站域和区域保护的多维度协调。在时间维度上，就地化保护、站域保护、区域保护相互衔接，实现保护控制系统的协同。在层次化体系中，就地化保护实现各类无延时动作主保护；站域保护控制装置利用全站共享信息，实现快速后备保护；在区域电网信息的基础上，区域保护实现区域电网的继电保护性能和控制水平的提升。

在空间维度上，就地化保护和站域保护与区域保护点面结合，区域电网实现全方位的保护。就地化保护面向单个被保护元件，并且就地布置在被保护元件附件；站域保护控制通过站内过程层网络实现变电站全站信息的收集，其布置于变电站主控室内；而区域保护控制装置一般布置在区域电网集控变电站内，通过通信网络获取各站信息。从而在空间上，构筑保护系统的层次化。

3 层次化保护功能配置

层次化保护系统的三层保护体系，能实现就地化保护、站域保护和区域保护的协调配合，改善后备保护性能，提高保护动作协调性。

就地级保护是整个层次化保护控制体系的基础，就地化保护面向单个被保护对象，利用被保护对象自身信息独立决策，实现可靠、快速地切除故障。条件允许时，可将就地化保护靠近一次设备布置，简化二次接线，一二次设备针对性强，便于维护、检修和巡视，有利于模块化设计和安装。就地级保护由现有线路保护及线路辅助保护、主变压器保护、母线保护、母联（分段）、电抗器、电容器保护、站用变（接地变）保护等构成。变电站电压等级不同，站域保护利用全站信息共享的优势，集中决策，能实现保护的冗余和优化，提升保护可靠性和速动性，还能开发多判据决策的保护策略。针对变电站内不同电压水平，应能整合备自投、过负荷减载、低频低压减负荷等控制功能，减少二次设备布置，优化控制策略。同时作为区域保护的子站。

而基于过程总线的网采方式后，依赖公共时钟脉冲，各合并单元需要有同步脉冲接入，并具备依据时钟输入信号给定的时间状态取得对应采样样本，即公共时钟采样同步法。通过交换机实现数据共享，采样同步依赖于外部时钟，时钟丢失或异常（对同步源信号输出品质的依赖性）将影响保护正常运行。

基于区域信息的保护控制系统既是一个多专业数据信息交换的载体，又是一个保护控制功能实现的载体。并非要代替原有的保护控制系统，而是针对目前保护、稳控、自动装置等存在的原理、配置和配合上的问题，利用区域信息对现有的保护性能进行优化，解决继电保护在选择性和速动性的矛盾；利用区域信息，优化备自投、切机切负荷等策略，提高系统的安全性和稳定性；利用区域信息，实现电力系统三道防线的协调配合。

4 层次化保护系统信息流分析

根据层次化的功能配置，系统中各层次互相交互的最基本的信息流有两种：电气量信息和状态量信息，电气量信息经合并单元汇聚之后，按照IEC61850 9-2 数据帧标准上送至过程层SV网络。而状态量信息主要包含间隔层智能终端发送的状态信息以及站域、区域保护控制下行命令。其利用GOOSE方式传送。站域保护从本站过程层网络获得决策所需要的信息，并将决策后的命令由过程层网络下发至本站各间隔执行。而区域保护则从多站的站域保护处获取决策所需要的信息，决策后的控制信息则要从区域保护决策中心下发至站域保护去执行。就地级保护和站域保护的信息均来自同一个变电站内的信息，根据现有工程信息传输机制，按照固有的时间间隔采用定时主动上送实时组织信息。

5 结语

层次化保护系统的配置的就地化保护、站域保护和区域保护，促使层次化保护系统在功能维度上，各级保护功能相互协调配合，提升区域内继电保护系统的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。同时，作为电力系统的第一、第二道防线的继电保护和稳定控制实现功能协调配合，更易构建安全可靠的电网防护体系。

参考文献

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