智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)的應(yīng)用與發(fā)展

李建偉

摘 要：智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力發(fā)展的最新動(dòng)向，隨著我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，各種問題急需解決。繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的第一道防線，對繼電保護(hù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展的研究勢在必行。文章通過對智能電網(wǎng)的特點(diǎn)、傳統(tǒng)電網(wǎng)和自能電網(wǎng)對繼電保護(hù)的不同要求的分析，得出了智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的3個(gè)問題，同時(shí)也提出了繼電保護(hù)的最新發(fā)展特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；發(fā)展

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0062-02

隨著時(shí)代發(fā)展，如今智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)最先發(fā)展方向。國家電網(wǎng)公司從四個(gè)方面表示了智能電網(wǎng)的特點(diǎn)，一是信息化；二是自動(dòng)化；三是數(shù)學(xué)化；四是互動(dòng)化。此外，在把特高壓電網(wǎng)與清潔能源的建設(shè)規(guī)劃與政策相結(jié)合聯(lián)系起來，就這樣形成國家電網(wǎng)的發(fā)展方向。

隨著電網(wǎng)的升級，智能電網(wǎng)極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)首要保護(hù)線，它會(huì)隨其兩方面發(fā)生變化從而改變，一是功能；二是作用。因此，對繼電保護(hù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用和發(fā)展的研究勢在必行。

1 智能電網(wǎng)的定義和特點(diǎn)

智能電網(wǎng)可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行概括：一是根據(jù)它的技術(shù)性，可以從它的四大特點(diǎn)入手（信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化以及互動(dòng)化）；二是在它的管理上，分別體現(xiàn)在四點(diǎn)：集團(tuán)化、集約化、精益化以及標(biāo)準(zhǔn)化。

對于堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)來說，它最基礎(chǔ)的定義是經(jīng)濟(jì)效果顯著、透明開放等。

其中關(guān)于透明開放這點(diǎn)，有一些特別要求，電網(wǎng)開放，其各種訊息需透明和共享。

智能電網(wǎng)以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，使一部分技術(shù)得到了比較大的使用，比如電子式互感器、廣域測量技術(shù)和交直流靈活輸電技術(shù)等。

2 傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的比較

在以前的電網(wǎng)里，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種，一是總線型；二是環(huán)型；三是星型線路，它的相同效果的數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行方式單一，潮流分布是單向的。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對智能電網(wǎng)來說是一個(gè)特殊的存在，因?yàn)樗梢杂袃蓚€(gè)特性，一方面它可以讓每個(gè)點(diǎn)也許成為電源點(diǎn)；另一方面它也許會(huì)是客戶，所以線路里，對于潮流進(jìn)向問題，答案是雙向的。

此外，形成微網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行這樣的結(jié)果，是由于電源點(diǎn)也許是在網(wǎng)里面列羅而成，進(jìn)而與其友好互動(dòng)的這一特征相互照應(yīng)。這就將導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行方式的不確定，解列點(diǎn)的繼電保護(hù)的定值、保護(hù)范圍都應(yīng)該做相應(yīng)的調(diào)整，且因線路潮流的改變，各線路的長度、阻抗都將發(fā)生變化，相應(yīng)的各個(gè)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍和整定值都將變化，這提高了對繼電保護(hù)裝置的要求。

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，因電源點(diǎn)的潮流是確定的，因此，一般不會(huì)發(fā)生改變的是傳統(tǒng)繼電保護(hù)電氣判別量，同時(shí)，它的需求僅是保護(hù)對象的電氣量，如：三相電流Ia，Ib，Ic和三相電壓Ua，Ub，Uc。

智能電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的新特點(diǎn)，繼電保護(hù)的應(yīng)用面臨著3個(gè)主要問題，且這3個(gè)問題貫穿于智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的全過程中。該3個(gè)問題將在后面做詳細(xì)介紹。智能電網(wǎng)具有分布式發(fā)電、交互供電的特點(diǎn)，且通信、信息技術(shù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享成為可能。

智能電網(wǎng)中，可以廣泛地利用各種傳感器對電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整合，最后做出快速的數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論，讓保護(hù)功能與定值得到了較好的呈現(xiàn)，一是它的遠(yuǎn)程監(jiān)控；二是它的修正。

所以，相對智能電網(wǎng)里面的保護(hù)裝置來說，它有兩個(gè)方面需要做，一是讓保護(hù)對象信息化，二是得到相關(guān)設(shè)備與臨近網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行信息。

信息的共享使得保護(hù)裝置能夠更加準(zhǔn)確的判斷故障狀態(tài)，可以保證在快速隔離故障，避免大面積停電事故的前提下，盡量減少人工參與，充分實(shí)現(xiàn)智能化。

3 貫穿智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的3個(gè)問題

對于智能電網(wǎng)的運(yùn)用問題，特別是繼電保護(hù)的使用，一定從三個(gè)方面上進(jìn)行思考。

第一個(gè)方面，從兩方面鑒定繼電保護(hù)是否含有自適應(yīng)能力靈活，先是從運(yùn)行方式上，再是它的不確定的潮流的流出方向。

D點(diǎn)電源點(diǎn)不僅能從接入電網(wǎng)運(yùn)行，而且還能夠講其分開羅列，得到微網(wǎng)的獨(dú)自運(yùn)行結(jié)果。則對于D點(diǎn)的潮流流向是不確定的。因此，輸入家電保護(hù)裝置的訊息需要從三方面進(jìn)行考量，一是線路的電氣量，二是其相關(guān)線路運(yùn)作的情況，三是修正、計(jì)算整定數(shù)值。

第二方面，對于繼電保護(hù)來說，它的運(yùn)作方式是會(huì)發(fā)生變化的，所以可以讓繼電保護(hù)的功能隨著其變化做出一定的調(diào)整。

在D點(diǎn)解列運(yùn)行時(shí)，N4從系統(tǒng)中分離開來。這樣該點(diǎn)的繼電保護(hù)裝置應(yīng)該所有都停止運(yùn)作，對于繼電保護(hù)裝置而言，其N3、N2節(jié)點(diǎn)處，定值、保護(hù)范圍都會(huì)做出調(diào)整。因?yàn)榫€路的阻抗、長度和潮流分布都發(fā)生了相應(yīng)的變化。

第三方面，考慮環(huán)境條件與保護(hù)定值之間存在的聯(lián)系，是否對其有一定的影響。

因?yàn)樵谥悄茈娋W(wǎng)里面，繼電保護(hù)主要通過傳感器對輸電線路的容量、溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控，從而到達(dá)分析、調(diào)整功率分布，維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為了適應(yīng)容量和溫度的變化，需要實(shí)時(shí)調(diào)整輸電線路的過負(fù)荷保護(hù)定值，借此來調(diào)整功率，以便達(dá)到運(yùn)行的極限。

4 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的發(fā)展

4.1 準(zhǔn)確、快速甄別故障

在加速建設(shè)智能電網(wǎng)過程中，研發(fā)出超高速出口速度的保護(hù)裝置具有很重要的意義。為了提高保護(hù)裝置的保護(hù)速度，提出了甄別故障元件的新原理來解決工頻保護(hù)不能解決的問題。電壓越高，因?yàn)楣收袭a(chǎn)生的不平衡功率越高。切出故障的速度越快，則故障電流對設(shè)備的損壞越小，產(chǎn)生的不平衡功率越小，減小低電壓時(shí)間，從而可以提高系統(tǒng)的安全性，增強(qiáng)可靠性。因此，快速切除故障的方式能夠通過這樣的方式去實(shí)現(xiàn)：加快甄別故障。

針對超高壓交流的輸電線路暫態(tài)分量保護(hù)問題，能夠通過以下的方式識別內(nèi)外的故障，一是發(fā)生故障時(shí)，尤其是在區(qū)內(nèi)、外。其電流、電壓高頻分量的幅值；二是從方向不同去識別，實(shí)現(xiàn)甄別故障以及超高壓交流輸電線路暫態(tài)保護(hù)。

對于超高壓直流輸電線路單端速動(dòng)保護(hù)，應(yīng)該在線路兩端加裝平波電抗器和直流濾波器，實(shí)現(xiàn)隔離直流輸電高頻暫態(tài)量，構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)。

對于超高速母線保護(hù)，可以利用行波差動(dòng)原理判斷出區(qū)內(nèi)、外故障，該方法靈敏、可靠，且動(dòng)作速度快，不受過渡電阻和互感器飽和的影響。

4.2 保護(hù)裝置配合的新發(fā)展

傳統(tǒng)電網(wǎng)保護(hù)配置，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可能大范圍地切除故障元件，繼而擴(kuò)大了停電的范圍，降低了保護(hù)的可靠性。且在同桿雙回路輸電線路保護(hù)中，有一種情況會(huì)引起切除故障后余下的系統(tǒng)分開，是由于保護(hù)設(shè)備和自動(dòng)重合閘相互協(xié)作。在其協(xié)作當(dāng)中，系統(tǒng)也許遭遇故障的碰撞問題，減小系統(tǒng)的性能，主要是安全可靠方面的。

在變電站里面，能夠有一種方式取消后備保護(hù)，那就是通過集中的方式，換而言之，每一個(gè)被保護(hù)元件都只配備主保護(hù)。由于這個(gè)形勢，產(chǎn)生了兩方面的作用，一個(gè)是使其擁有近距離的后備保護(hù)，二個(gè)是開關(guān)用不起同時(shí)也得到保護(hù)。

還可以編制專門的數(shù)值積分計(jì)算程序計(jì)算出最佳重合閘時(shí)間，然后增大故障暫態(tài)穩(wěn)定的極限。

以下幾點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致最佳重合閘時(shí)間產(chǎn)生一定的陶染，一是故障點(diǎn)的距離；二是傳輸功率的大?。蝗潜Ｗo(hù)動(dòng)作時(shí)間。對于這些問題，面對重合閘時(shí)間的改變，暫態(tài)能量呈現(xiàn)的特點(diǎn)是連續(xù)的，所以能夠讓不在線的計(jì)量結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際。

同時(shí)，隨著光纖通信的發(fā)展和應(yīng)用，保護(hù)利用遠(yuǎn)方的信息不再困難，使得發(fā)展后備保護(hù)與配置成為可能。而被保護(hù)單元間的數(shù)據(jù)共享，使實(shí)現(xiàn)雙回線的六相重合閘變得更為方便。

5 結(jié) 語

現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展，對繼電保護(hù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)代的發(fā)展，通過故障暫態(tài)信息去辨識故障已經(jīng)容易多了。信息網(wǎng)和數(shù)字化使得多處、遠(yuǎn)方的同步信息得到集中處理。

由于故障暫態(tài)中具有兩點(diǎn)內(nèi)容，一是故障地點(diǎn)；二是類型信息。完全的去深究與通過運(yùn)用數(shù)字信息這兩方面，能夠構(gòu)成更加靈敏、高速的保護(hù)繼電器。發(fā)展繼電保護(hù)的“預(yù)保護(hù)功能”可以防患于未然，將保護(hù)功能提高一個(gè)等級。同時(shí)，在高速發(fā)展的信息時(shí)代，要求繼電保護(hù)工作人員與時(shí)俱進(jìn)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，最大程度上保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

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