智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)探討

王鶴　高超

摘要：當(dāng)前，電網(wǎng)自動(dòng)化、智能化逐步成為了電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向。繼電保護(hù)作為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線(xiàn)，需要積極適應(yīng)電網(wǎng)的變化。文章基于我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響，分析了超/特高壓輸電、電子器件滲透、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚愖儗?duì)繼電保護(hù)造成的影響，并對(duì)繼電保護(hù)的關(guān)鍵研究方向進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)環(huán)境；繼電保護(hù)；電網(wǎng)自動(dòng)化；電網(wǎng)智能化；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM65 文章編號(hào)：1009-2374（2015）34-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.066

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對(duì)電能的需求量也越來(lái)越大；又由于傳統(tǒng)的發(fā)電方式對(duì)能源的依賴(lài)度很大，結(jié)合當(dāng)前全球的能源問(wèn)題，建設(shè)智能電網(wǎng)刻不容緩。智能電網(wǎng)的應(yīng)用和推廣可以增加電網(wǎng)和用戶(hù)之間的雙向互動(dòng)，提升電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，并且智能電網(wǎng)的建成將對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生重大的影響。而繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線(xiàn)，將受到智能電網(wǎng)的考驗(yàn)。傳統(tǒng)繼電保護(hù)的不足在智能電網(wǎng)的沖擊下也開(kāi)始逐漸暴露出來(lái)，但是智能電網(wǎng)先進(jìn)的信息系統(tǒng)也為繼電保護(hù)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境，為適應(yīng)電網(wǎng)的智能化發(fā)展，構(gòu)建更加可靠安全的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，繼電保護(hù)的發(fā)展應(yīng)該抓住機(jī)遇迎接挑戰(zhàn)。

2 繼電保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

2.1 繼電保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)

2.1.1 智能電網(wǎng)的重要特征之一是遠(yuǎn)距離，超/特高壓輸電，且交直流混合形成的互聯(lián)大電網(wǎng)，這種大電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的工作環(huán)境將會(huì)產(chǎn)生很大的影響：

第一，諧波分量大且非周期分量衰減緩慢，暫態(tài)過(guò)程明顯這是特高壓電網(wǎng)故障時(shí)的主要特點(diǎn)，這必然會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置的可靠性和快速性產(chǎn)生一定的影響。加之在暫態(tài)狀態(tài)下的電流互感器、電壓互感器的傳變特性會(huì)變差，這樣很容易在系統(tǒng)故障狀態(tài)轉(zhuǎn)換的情況下，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)。

第二，保護(hù)裝置的電流差動(dòng)保護(hù)和按集中參數(shù)模型構(gòu)成的保護(hù)，很容易受到超/特高壓長(zhǎng)線(xiàn)路分布電容的影響。

第三，繼電保護(hù)會(huì)受到同塔雙回或多回線(xiàn)路的跨線(xiàn)故障影響，也會(huì)受到互感和線(xiàn)路參數(shù)不平衡的影響。

第四，利用諧波含量對(duì)變壓器保護(hù)內(nèi)部故障，和勵(lì)磁涌流故障的區(qū)分難度增大。

第五，這種智能化的大電網(wǎng)，要求繼電保護(hù)設(shè)備，在可靠性、安全性和電磁兼容能力方面的性能要更高。

2.1.2 故障電流會(huì)受到電力電子設(shè)備的影響。在智能化電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，在一次系統(tǒng)中使用了大量的電力電子設(shè)備，這樣對(duì)電網(wǎng)中的短路電流的特性和分布會(huì)產(chǎn)生很大的影響。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

第一，F(xiàn)ACTS元件的具體安裝位置以及它在投入運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的一些參數(shù)的調(diào)整和變化，會(huì)直接影響到電網(wǎng)短路電流的特性和具體的分布位置。

第二，如何對(duì)直流輸電系統(tǒng)的控制和保護(hù)仍然是一個(gè)很突出的問(wèn)題，電網(wǎng)智能化后交、直流系統(tǒng)的運(yùn)行故障會(huì)相互影響。

2.1.3 繼電保護(hù)裝置和電網(wǎng)的控制策略配合要協(xié)調(diào)。智能電網(wǎng)需要運(yùn)用大量的FACTS元件和一些其他的供電設(shè)備相互并網(wǎng)運(yùn)行，這就要求繼電保護(hù)裝置能夠與這些設(shè)備元件的控制策略相協(xié)調(diào)，并能夠及時(shí)、可靠地做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作來(lái)保證電網(wǎng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.4 定值配合式保護(hù)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\(yùn)行方式多變的智能電網(wǎng)環(huán)境下面臨挑戰(zhàn)。目前我們使用的保護(hù)主要是以光纖差動(dòng)為主，并且這種技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但后備保護(hù)在電網(wǎng)運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊懴潞茈y保證其可靠性和選擇性。于是人們?yōu)榱吮ＷC后備保護(hù)動(dòng)作的可靠性，只能按照故障最嚴(yán)重的情況對(duì)后備保護(hù)進(jìn)行配置和特殊的整定。為了保證智能電網(wǎng)后備保護(hù)的選擇性，只能以犧牲后備保護(hù)的快速性和靈敏性為代價(jià)。傳統(tǒng)的后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)功能的方式是利用本地信息的相互配合，它很難去適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦\(yùn)行方式多變的智能網(wǎng)絡(luò)，起到保護(hù)供電可靠性的作用，這主要是由于它本身的局限性所致。其局限性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，由于傳統(tǒng)繼電保護(hù)的整定配合往往比較復(fù)雜，這使得保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間很長(zhǎng)，智能電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)有可能不能及時(shí)切除故障滿(mǎn)足電網(wǎng)的運(yùn)行要求，以致對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成威脅。

第二，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置受整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響很大，在智能電網(wǎng)的環(huán)境下，很難適應(yīng)智能電網(wǎng)運(yùn)行方式的快速變化，在保護(hù)的選擇性和靈敏性上很難同時(shí)滿(mǎn)足要求。

第三，由于傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置保護(hù)裝置對(duì)系統(tǒng)內(nèi)故障和故障切除后引起的潮流轉(zhuǎn)移、過(guò)負(fù)荷不能明確地區(qū)分清楚，極易造成連鎖跳閘，會(huì)產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)作。

2.2 智能電網(wǎng)的建設(shè)給繼電保護(hù)帶來(lái)的新機(jī)遇

智能電網(wǎng)的發(fā)展在一定程度上也促進(jìn)了新型繼電保護(hù)裝置的發(fā)展，其中在智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中研究所得的一些成果，也可以很好地應(yīng)用到繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)中來(lái)，比如：在電網(wǎng)信息采集方面，我國(guó)構(gòu)建的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中的相量測(cè)量單位和廣域測(cè)量系統(tǒng)在我國(guó)所有的500kV變電站和絕大部分的220kV變電站都已經(jīng)安裝完成。相量測(cè)量單元和廣域測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)廣域電網(wǎng)的在線(xiàn)同步測(cè)量監(jiān)控，并且可把數(shù)據(jù)更新的速度縮短至幾十毫秒的時(shí)間，這項(xiàng)研究成果可以很好地應(yīng)用在基于同步信息的繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)上，這樣可以在一定程度上對(duì)新型繼電保護(hù)裝置的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。

在電網(wǎng)的信息通信方面，光纖在我國(guó)500kV的覆蓋率已達(dá)到全部覆蓋，220kV為99.2%，110kV為93%，在我國(guó)已經(jīng)形成了以光纖分層分級(jí)為主要特征的自愈環(huán)網(wǎng)電力通信網(wǎng)絡(luò)。并且變電站內(nèi)的一次設(shè)備的數(shù)字化和二次裝置的網(wǎng)絡(luò)化，都是基于IEC61850的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的。這就使得全站的通信平臺(tái)都得到了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)全站信息的共享和互聯(lián)互通做好了基礎(chǔ)保障，同時(shí)也可以滿(mǎn)足保護(hù)裝置的高速、實(shí)時(shí)、可靠的信息通信要求。這在很大程度上也促進(jìn)了繼電保護(hù)裝置的發(fā)展。

3 繼電保護(hù)未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)研究的內(nèi)容

在智能電網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，為了保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，繼電保護(hù)應(yīng)該適應(yīng)電網(wǎng)的變革，對(duì)單元保護(hù)和廣域保護(hù)兩個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。

3.1 單元保護(hù)研究的內(nèi)容

在單元保護(hù)研究方面，應(yīng)該重點(diǎn)研究的對(duì)象包括發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、交流線(xiàn)路保護(hù)、直流線(xiàn)路保護(hù)等。在這些方面研究的重點(diǎn)應(yīng)該放在如何改良對(duì)傳統(tǒng)元件的保護(hù)和一些新原理、新算法的研究上。

3.2 廣域保護(hù)研究的內(nèi)容

近年來(lái)，繼電保護(hù)方面研究的熱點(diǎn)之一便是廣域保護(hù)，它主要是以高速實(shí)時(shí)的信息通信為基礎(chǔ)，在保護(hù)系統(tǒng)中加入多點(diǎn)多類(lèi)型的信息數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)配置方式的革新，使繼電保護(hù)的動(dòng)作性能得到顯著提高。

傳統(tǒng)繼電保護(hù)信息的來(lái)源主要來(lái)自被保護(hù)設(shè)備，它利用信息的主要方式有單端量和雙端量?jī)煞N。由于受到軟硬件技術(shù)水平的限制，信息量獲取少，繼電保護(hù)故障角度單一的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。隨著智能電網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，它對(duì)繼電保護(hù)的信息獲取方式提出了多信息化獲取的更高要求，因此，為適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展的新形勢(shì)，繼電保護(hù)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)為廣域保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析我們可以看出，我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)均將受到智能電網(wǎng)建設(shè)的影響。智能電網(wǎng)的建設(shè)使繼電保護(hù)的運(yùn)行環(huán)境發(fā)生了變化，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求，同時(shí)通過(guò)智能電網(wǎng)先進(jìn)信息平臺(tái)的搭建，也給繼電保護(hù)集成廣域信息提供了發(fā)展的機(jī)遇。希望通過(guò)本文的相關(guān)論述能對(duì)相關(guān)工作者有所助益。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）