對電網(wǎng)規(guī)劃和運行而言，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，差動保護擔負著第一時間快速切除故障的重任，是電網(wǎng)和各類電氣設備的“貼身保鏢”。但隨著電網(wǎng)形態(tài)日趨復雜，運行控制難度增大，“貼身保鏢”也亟需升級。如何讓這位“貼身保鏢”更快、更準、更穩(wěn)地保護大電網(wǎng)。由南瑞集團牽頭的“復雜電網(wǎng)差動保護關鍵技術及應用”項目團隊給出了“升級方案”。
電網(wǎng)日趨復雜，“貼身保鏢”亟需升級
隨著“西電東送”戰(zhàn)略實施，清潔能源大規(guī)模開發(fā)和外送，我國逐步建成世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、交直流混聯(lián)的特大型復雜電網(wǎng)。
大電網(wǎng)快速建設發(fā)展，電網(wǎng)故障形態(tài)也日趨復雜。隨著電網(wǎng)電壓等級不斷提升、規(guī)模和復雜度持續(xù)加大，呈現(xiàn)線路分布電容電流成倍增長、大容量變壓器勵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，多次造成差動保護誤動或慢動，導致電網(wǎng)事故擴大和設備損壞，差動保護精準快速辨識故障難度愈加凸顯，面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
因此，快速、靈敏、可靠切除故障成為保障復雜電網(wǎng)安全最迫切的要求。
突破核心技術，“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。所以差動保護的第一要義是要精準識別線路故障。
但是分布電容電流經(jīng)常會影響到差動保護識別故障的靈敏度，對其造成干擾。在電壓等級低、線路短的情況下，分布電容很小，對線路兩端的電流影響不大，可以忽略其對差動保護的影響；但在高壓長線輸電或者電纜線路上，分布電容的等值容抗大大減小，因而其對差動保護影響就不能再被忽略。針對這一問題，項目組突破線路保護傳統(tǒng)技術思路，提出了不受分布電容電流影響的線路差動保護技術、電氣和通信參量協(xié)同辨識信道對稱性技術。他們解決了線路電容電流影響保護性能、信道異常伴隨線路故障同步發(fā)生導致線路差動保護不正確動作的難題。南瑞集團電網(wǎng)應用研發(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，高阻故障動作時間相較之前也縮減了50%。”
同樣的，在變壓器中也會有“干擾分子”影響差動保護識別故障——勵磁涌流。勵磁涌流與變壓器內部故障電流相似，會導致差動保護錯誤識別，進而實施誤動作。所以，正確識別變壓器勵磁涌流問題，是實現(xiàn)變壓器保護動作正確率提高的根本。對此，項目組提出鐵芯飽和快速判別、不經(jīng)勵磁涌流閉鎖的差動保護技術，構建解耦相-相影響、強化波形間斷特征的涌流按相判別方法。“這就是我們本項發(fā)明的一個關鍵所在，我們打破了傳統(tǒng)的基于勵磁涌流波形特征的判別方式，從勵磁涌流產生機理的本質出發(fā)進而識別故障。”南瑞集團資深專家潘書燕介紹。這一技術攻克了困擾國內外電力行業(yè)多年變壓器勵磁涌流影響保護精準快速辨識故障的難題，大大縮短了識別時間。
除了要“又準又快”，提升差動保護動作的可靠性也是項目組一直在攻克的目標。針對電流互感器飽和對各類電氣設備差動保護造成的不利影響,項目團隊通過飽和軌跡包絡逼近、超短數(shù)據(jù)窗線性區(qū)判別、故障相制動非故障相等差動保護等技術，解決了互感器飽和導致保護誤動的難題，同時又不犧牲內部故障時的快速性和靈敏性。“打個比方，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景，都會產生差流，很容易混淆?？赡軙е?lsquo;不應該跳的故障跳掉了，應該跳的沒跳’這種情況出現(xiàn)。傳統(tǒng)保護方法一般將故障分為兩區(qū)——制動區(qū)和動作區(qū)，但對于有些不容易明確識別的故障，我們在制動區(qū)和動作區(qū)中間又加了一個模糊區(qū)，將不好處理的故障進行二次判斷。”吳通華說道，“以前那種方法比較硬，現(xiàn)在更柔性化、精細化。”
項目構建了復雜電網(wǎng)差動保護技術體系，自適應于不同保護對象、不同應用場景、不同故障演化過程，解決了差動保護快速性、靈敏性、可靠性難以兼顧的難題。
保鏢助力“不停電”，批量替代進口產品
基于上述成果，項目團隊研制的系列繼電保護裝置通過德國技術監(jiān)督協(xié)會等5家權威機構檢測認證。項目團隊獲授權發(fā)明專利59 項，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)繼電保護技術導則》等國家標準。
目前，項目成果已廣泛應用于我國220千伏~1000千伏各電壓等級電網(wǎng)，涵蓋新一代調相機組工程、海上風電工程以及川藏聯(lián)網(wǎng)等重要工程。目前，不滿足我國復雜電網(wǎng)要求的進口保護裝置已經(jīng)被批量替換，帶動我國高壓電網(wǎng)新投運設備實現(xiàn)100%國產配置，產品出口至數(shù)十個國家和地區(qū)。
多年來我國未發(fā)生類似美國、印度等國家影響千萬至數(shù)億人口的大停電。這項項目成果在其中發(fā)揮了重要作用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益。隨著新型電力系統(tǒng)建設、新能源的規(guī)?；掷m(xù)開發(fā)利用、“一帶一路”建設的深入推進，這項成果將會具有更廣闊的應用前景。
感謝：袁仲偉 吳通華 潘書燕 王中浪
責任編輯 | 韓旭
