■聚 焦

    随着我国经济快速增长，居民和工业用电负荷持续增加，大规模清洁能源产生的电力通过超特高压输电线路远距离输送至华中、华东、华北等负荷中心，使得电网中潮流大范围转移成为常态，输电线路过负荷引发大停电事故的风险显著提高，如何准确识别输电线路过负荷，阻止线路过负荷引发的连锁故障是电力系统业界尚未解决的世界性技术难题之一。

    传统基于阻抗平面的方法无法准确区分线路过负荷与故障，易发生误判，导致连锁故障发生。目前，国内外电网全部在阻抗平面上区分线路过负荷与故障，但是输电线路过负荷与线路故障二者的阻抗特征存在大面积混叠区，利用阻抗特征无法可靠准确区分二者，极易发生误判。一方面，若将线路过负荷误判为线路故障，会切除非故障线路，造成潮流转移，引发相邻线路过负荷，产生“多米诺”骨牌效应，造成大量非故障线路级联跳闸，最终导致大面积停电。另一方面，若将线路故障误判为过负荷，会导致线路故障长时间滞留电网，无法快速清除，严重影响电力系统的安全稳定运行。

    线路过负荷与故障识别受线路故障类型、潮流方向、故障电阻等多种因素影响，现有采用固定负荷限制线的“粗放型”识别方法，适应能力差，且整定计算难度大。现有技术主要通过在阻抗平面上设置固定的负荷限制线来区分线路过负荷与故障，但线路过负荷与故障的特征差异与线路故障类型（单相接地故障、相间故障）、潮流方向（送端、受端）及故障电阻大小密切相关，固定的负荷限制线无法适应不同的故障情形，尤其是线路潮流送端，线路过负荷阻抗与经大电阻的单相接地故障阻抗完全相同，负荷限制线无法区分二者。此外，负荷限制线需要人工整定，整定过程中受电网结构、运行方式等多种因素影响，整定难度高，计算工作量巨大。

    “基于电压平面的线路过负荷与故障识别技术”项目团队历经九年持续攻关，经过大量的理论推导和仿真分析，深入探究线路过负荷与故障的本质差异，突破现有技术瓶颈，采用全新视角，放弃了常用的阻抗平面，巧妙地在电压平面上提取出线路过负荷与不同类型线路故障的辨识参数，实现了线路过负荷与故障的精准识别，解决了线路过负荷引发连锁故障这一世界性技术难题。

    砥砺创新

    该团队提出了识别过负荷的电压平面，与原有阻抗平面构成故障识别空间。电压平面是以线路两侧系统电势为坐标的平面，能够表征功角、测量电压及补偿电压相位及幅值特征。项目通过电压平面识别过负荷，与原有阻抗平面协调配合，形成故障识别空间，显著提高了过负荷及故障识别能力。

    基于电压平面相位特征的过负荷识别原理，该项目揭示了正序补偿电压与相补偿电压相位在过负荷与接地故障时差异显著的规律，提出了序—相电压相位的过负荷识别原理。发明了利用保护安装处信息获取正序、相补偿电压相位的方法，成功在电压平面上构建了基于相位特征的方向相背的多边形过负荷识别区和接地故障识别区。

    基于输电线路正常运行最大功角小于90°的特征，该项目发现了保护安装处电压余弦分量在过负荷与相间故障时差异显著的规律，提出了电压余弦分量过负荷识别原理。发明了利用电压幅值差异过负荷识别判据，成功在电压平面上构建了基于电压幅值特征的方向相背的半梭型过负荷识别区和半圆形相间故障识别区。

    基于电压—不对称度相关性的轻微故障识别技术，针对高过渡电阻造成的轻微故障，该项目提出利用正序电压余弦分量U1cosφ1与电流不对称度m的相关程度识别轻微故障原理，将可识别的过渡电阻提升4倍。针对潮流方向对故障识别的影响，提出利用正序功率识别潮流送/受端及故障点位置的方法，将受端可识别的过渡电阻进一步提升了5倍。

    广泛应用

    2013年，该项目成果被Q/GDW1161-2013采纳，2017年被DL/T479-2017采纳，成为220kV及以上电压等级线路保护标准配置。2014年以来，项目成果已许可国内具有高压保护资质的全部厂家（包括南京南瑞继保电气有限公司、北京四方继保自动化股份有限公司、许继电气股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、长园深瑞继保自动化有限公司等）使用，并将项目成果应用于其全部220kV及以上电压等级继电保护装置，并通过电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的专业检测，线路故障与过负荷识别能力全面优于现有方法。

    2014年12月后，国家电网公司要求新、改、扩建220kV及以上电压等级线路保护装置全部采用本项目成果，已推广应用于全国28个省，已投运的220kV及以上电压等级线路保护装置通过版本升级应用本项目成果。2016年2月26日，该项目通过中国电机工程学会组织的成果鉴定，在项目鉴定会上，由两院院士组成的鉴定委员会认为，“本项目突破性提出了在电压平面上识别过负荷与故障的理论方法，属国际首创，解决了困扰继电保护专业多年的世界性难题，处于国际领先水平”。

    截至2017年12月，应用项目成果的保护装置在运行期间共发生3857次线路故障，保护装置均正确动作；在迎峰度夏期间多条线路过负荷，保护装置准确识别过负荷，避免过负荷线路跳闸，保证了电力的可靠供应及系统的安全稳定运行。

    目前，南京南瑞继保电气有限公司、北京四方继保自动化股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、国电南瑞科技股份有限公司通过相关海外工程，逐步将项目成果推广应用至加拿大、巴西、澳大利亚、印度、坦桑尼亚等国家，相关装置运行稳定，有效区分过负荷与线路故障。

    该项目从电压平面新视角提出的线路过负荷与故障识别新原理属国际首创，有效解决了线路过负荷误判为故障引发大停电事故这一困扰世界电力行业多年的难题，具有重要的理论价值和工程实用价值。项目成果具有完全自主知识产权，极大推动了电力行业的技术进步，是我国电力科研人员对世界继电保护领域做出的重要贡献。

    项目组从保证电网安全大局出发，将研究成果免费提供给在我国电网中广泛应用的各大保护厂家，体现出我国电力科研工作者的高度责任感。项目成果在我国的大范围推广应用，有效消除了大电网在线路过负荷引发大停电事故的风险，极大提升了我国的电力安全稳定供应水平，可有效避免我国发生类似美加“8·14”、印度“7·30”等的大停电事故，极大减少由于大停电造成的巨大经济损失，同时也为应对世界范围内的大停电事故提供了一种有效的解决方案，创造了极大的社会和经济效益。