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摘要：电力产业的迅速发展，电力改革的不断深度，电力运行的安全性问题备受关注。其中输电断面安全性保护及关键技术的探讨必不可少。输电断面是电网两相同区域的重要连接体，是电网运行的最薄弱环节，也是电网运行管控的重点对象。输电断面安全性保护直接关系到电网系统的运行稳定性、安全性。虽然输电断面安全性保护问题得到了相应的研究关注，但管理实践结果并不理想，输电断面的研究工作理论和系统化程度普遍不高，目前针对断面进行搜索识别的方法实用性不强，因此关于输电断面安全性保护及关键技术的探讨研究还需要持续深入，而这也是本文重点关注与论述的内容。
关键词：输电断面；安全性；保护；关键技术；探讨
输电断面在现代电网调度中的重要性不言而喻，始终是电网调度运行监视、控制及系统管理的主体，以输电断面安全性保护的落实到位，才能实现现代电网的统一调度、分级管理和规范化运营，在管理中必须坚持分区、分层及有序的理念，直击电网运行的薄弱环节，紧抓电网运行监视与控制的重点，在保证电网主干安全稳定的前提下，做好分支运行稳定性的兼顾，子多管齐下，实现输电断面的安全性保护。在电网中根据安全分析划分出断面，以实现电网系统的多区域分割，输电断面保护的目的是实现被分割区域断面的合理连接。
1 大规模停电引发的对输电断面安全保护的关注
随着互联电网区域和交换容量的扩大，由互联电网故障引起的特大停电事故对社会生活的影响是灾难性的，而为保障互联电网的运行安全性，避免重大、特大停电事故的发生却变得越来越困难。数据显示，仅 2003 年短短 2 个月内，国内外就发生了数起大面积停电事故，包括意大利大停电、瑞典/丹麦大停电、英国伦敦地铁大停电以及美、加大停电，尤以美国“8 14”大停电损失最为惨重，直接损失负荷 61.8GW，严重影响了 5000万人的生产、生活，停电持续长达 29h，引发了严重的经济损失。究其原因是电网安全自动装置、后备\过负荷保护各自独立判别、分散动作，缺乏系统级的协调配合，造成连锁过载跳闸。本文为了清楚地说明一个局部故障在各种自动装置按照现有预定任务正常工作的情况下，也可能引发连锁过载跳闸，以图 1~3 所示系统为例简单进行过程演示。图 1 对应的是一个按照现有原则配置保护和各种自动装置的简单系统，图中各框内斜线上方数字为上域值，下方数字为当前值。图 1 中，A-F 输电断面上一条线路停电检修。此时 A-F 断面上另一条线路发生短路由主保护切除，致使 A-F 断面仅剩一条线路，且由于潮流转移，该线路出现过负荷，如图 2 所示。由于现有的自动装置缺乏协调配合，A-F 断面上最后一条线路在 2s后因后备/过负荷保护动作而切除，从而使 A-F 断面被切除，出现潮流大范围的转移。B-F、D-F 线路相继出现过负荷，相应的过负荷保护纷纷启动，如图3 所示。同样由于各个自动装置间缺乏全网的协调配合，F 母线的减负荷装置动作时间长于线路过负荷动作时间，B-F、D-F 线路将会在母线F 减载以前被后备/过负荷保护动作切除，导致停电范围进一步扩大，以至整个系统最终瓦解。通过以上对系统事故的分析可知，实际电力系统在一些不利的条件下（如检修期间发生局部故障），很有可能因故障切除引起大范围潮流转移，进而导致连锁过载跳闸以至系统事故的发生。基于事故及事故原理演示，我们必须高度重视输电断面安全保护问题。
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图1正常潮流状态及自动装置配置
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图2一条线路停电检修，另一条线路发生短路被保护切除
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图3因母线减载的动作时间长于线路过负荷动作时间，
切除了连接 F 母线的另两条线路
2 输电断面的定义及保护任务
2.1 输电断面的定义
当电力系统在实际运行的过程中，参与到系统运作的调度人员在进行调度的过程中，以往仅仅只是简单的依据地理位置，直接将负荷中心、电源中心两个不同部分的大量线路直接选择成为一个唯一的输电断面。就目前来说，我国电力行业还没有针对输电断面这一问题进行严格意义上的规定。关于输电断面的界定更多的是综合了各学者的意见后的初步定义：在某种基态潮流之下，其电力系统中所呈现出来的有功潮流方向如果完全一致，并且不同电气之间的距离基本相近的输电线路也就被称之为输电断面。随着区域电网间的互联，电网输电效率的提高以及区域电网市场化运营的发展，正常运行于输电极限边缘的情况将更加频繁，而在较严重且概率极低的故障情况下可能使原本坚强的电网处于非常脆弱的运行状态下，此时一旦再有新的故障发生在网架薄弱处，往往会引发连锁过载跳闸。
2.2 输电断面安全性保护任务
输电断面安全性保护任务是从全局的观点出发，使各个后备保护与安全自动装置的动作协调配合起来，维持输电断面的完整性，保证其有着有效的输电能力，避免连锁过载跳闸事件的发生。换言之，当某元件运行异常出现过载时，如果保护切除该元件不会引起断面内其他支路过载，则允许保护切除；当判断出该支路跳闸后会引起断面内新的支路过载，则需要采取紧急控制措施消除过载，避免连锁过载跳闸的发生。由于输电断面和输电通道是构成电网架构的基础，一旦输电断面的完整性遭到大的破坏，必然出现潮流大范围的转移，而这往往又会伴随电压和稳定问题的出现，各种自动装置按照整定值动作，切除相应元件，使整个系统在动态过程中的切换难以预知。
3 输电断面安全性保护的关键技术
从实现输电断面安全性保护技术角度，笔者认为需要解决3个关键技术问题。
3.1 输电断面的在线快速搜索
过载支路的跳闸必将引起系统潮流的重新分布，其影响范围是全局的。但实际上支路跳闸对各输电回路造成的影响又是大不相同的，过载支路的并行输电断面往往就是过载支路跳闸后有功潮流急剧增加的输电断面。在实时情况下，由于系统状态的变化，与过载线路位置相关的并行输电断面的组成也会发生相应的变化。在出现支路过载的紧急情况下，需要快速搜索事故相关的并行输电断面，减小紧急情况下安全性评估的范围，为实时安全控制赢得宝贵时间。
3.2 输电断面连锁过载的实时预测
在快速判别出事故相关的输电断面后，需要实时估计过载支路断开对该断面的影响。若过载支路跳闸后不会引起相关断面内其他支路过载，则允许其延时跳闸；否则应采取紧急控制措施，迅速消除过载，输电断面连锁过载的实时评估是采取紧急控制措施的依据。
3.3 防止输电断面连锁过载的实时控制
当确认并行输电断面存在连锁跳闸的危险后，需要立即采取紧急控制，在过负荷保护切除支路前消除过载。可采取的紧急控制包括调整发电机出力，切机切负荷，改变移相器角度，改变网络拓扑结构等措施。然而，在当前情况下采取哪些措施及其相应组合，是一个优化控制问题。由于实时性的要求，又必须快速获得控制方案并快速实施，才能避免连锁跳闸。传统的静态安全校正算法难于满足快速性的要求。此 3 项关键技术问题的解决有赖于广域测量信息的利用，而快速准确性是对新的原理与算法的共同要求。
4 输电断面安全性保护的实现方法
输电断面安全性保护在物理实现条件上，与传统的切除故障元件的继电保护大为不同，后者只关心被保护的设备内部有无故障，使用被保护元件两端局部信息就够了；而前者则需要获取实时的关键和广泛信息，预见全网可能出现的问题，快速评估系统的薄弱环节，及时完成基于系统分析的自愈和自适应重构动作等的防治措施。实现输电断面安全性保护这样一个广域的监测、保护与控制系统，必须基于同步相量测量单元的广域测量系统。由系统保护中心与分散安装的继电保护装置协调执行。当继电保护装置检测到系统异常时，由WAMS将当前系统状态信息在20～50ms内采集到SPC，并由SPC执行输电断面的快速搜索、连锁过载的实时预测与相应控制策略的计算，再由WAMS将控制策略传到过载保护和安全自动装置，并由它们执行之。
5 结语
对于输电断面安全保护来说，必须认识到保护的任务和保护意义，积极探索保护的有效技术和路径。大量的数据研究表明，大规模的停电事故对应的是跳闸，而跳闸的根源又是电力系统传统保护系统、自动装置在跳闸防御时，没有充分考虑到元件直接切除后对电网结构、输电断面的一系列负面影响，从而加剧了停电危机。因此必须重视输电断面的安全保护问题，瑞国电网支路在运行的过程中如果出现了过载现象，及时使用输电断面防护来评估跳闸之后支路自身的过载现象所产生的实际影响，以采取有效举措应对连锁跳闸的问题。
参考文献：
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[2]张金龙，鲍颜红，黄磊，徐泰山，周剑，徐伟.输电断面热稳定功率极限区间在线识别方法[J].电力系统自动化，2020，44（14）：79-85.
基金项目：广东电网有限责任公司科技项目资助，项目编号：GDKJXM20185891（031400KK52180027）