智能電網(wǎng)環(huán)境下廣域繼電保護(hù)的研究

蘇海金

摘要：隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，繼電保護(hù)技術(shù)將擁有很大的發(fā)展空間，本文作者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，指出了智能電網(wǎng)建設(shè)給繼電保護(hù)帶來的機(jī)遇，闡述了繼電保護(hù)重點(diǎn)研究的內(nèi)容，并就其中的繼電保護(hù)的廣域保護(hù)問題展開重點(diǎn)研究，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護(hù)；廣域保護(hù)

智能電網(wǎng)的建設(shè)是電力系統(tǒng)的一次重要變革，是未來電網(wǎng)發(fā)展方向。智能電網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展不但影響了我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也給繼電保護(hù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。相關(guān)人員應(yīng)該準(zhǔn)確掌握繼電保護(hù)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，利用智能電網(wǎng)提供的信息系統(tǒng)，更好的使用繼電保護(hù)系統(tǒng)，使繼電保護(hù)技術(shù)適應(yīng)電網(wǎng)需要逐步向智能化發(fā)展，跟進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)步伐，為智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展保駕護(hù)航，提升智能電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

1 智能電網(wǎng)建設(shè)給繼電保護(hù)工作帶來機(jī)遇

近年來，新型繼電保護(hù)的發(fā)展中，都是以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)的。在信息采集領(lǐng)域，我國(guó)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建始于1996年，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息檢測(cè)。至今為止，PMU即同步相量測(cè)量單元已經(jīng)在我國(guó)多數(shù)220kV變電站中進(jìn)行安裝，而同時(shí)，也成為我國(guó)500kV變電站的重要組成部分。在這種情況下，現(xiàn)階段我國(guó)已經(jīng)形成了擁有一定規(guī)模的WMAS即廣域測(cè)量系統(tǒng)。在在線同步測(cè)量廣域電網(wǎng)的過程中，可以對(duì)WAMS/PMU進(jìn)行充分的應(yīng)用，而在更新數(shù)據(jù)的過程中，時(shí)間也大大縮減，能夠在幾十毫秒內(nèi)完成，這樣一來，就為繼電保護(hù)功能信息同步的實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

從信息通信角度來看，現(xiàn)階段，我國(guó)500kV及以上電網(wǎng)在運(yùn)行中，都產(chǎn)生了高達(dá)100%的光纖覆蓋率，而99.2%是220kV電網(wǎng)的覆蓋率，93%是110kV電網(wǎng)的覆蓋率。由此可見，我國(guó)整體電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，主要介質(zhì)已經(jīng)成為了光纖，而電力通信專網(wǎng)也能夠凸顯出分層分級(jí)自愈環(huán)網(wǎng)這一主要特征。

2 繼電保護(hù)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容

2.1 單元件保護(hù)

首先，在發(fā)電機(jī)保護(hù)中，必須增加對(duì)內(nèi)部短路的關(guān)注，尤其是匝間短路保護(hù)問題。因此必須精確化處理整定計(jì)算、保護(hù)方案設(shè)計(jì)以及靈敏度校驗(yàn)等內(nèi)容；根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中的承受能力來判據(jù)反時(shí)限過流、后備保護(hù)中的過激磁等保護(hù)；促使可靠性在定子、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地中得以體現(xiàn)；通過有效配合得以在失磁、失步保護(hù)中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還深入研究了超大容量機(jī)組保護(hù)運(yùn)行的特殊性等。

其次，在變壓器保護(hù)領(lǐng)域，我國(guó)部分專家仍然將研究的重點(diǎn)放在了勵(lì)磁涌流識(shí)別方面，由于隨機(jī)性、多樣性以及非線性等是勵(lì)磁涌流的關(guān)鍵特征，因此現(xiàn)階段在制訂相關(guān)解決方案的過程中，始終存在一定缺陷，分析計(jì)算變壓器內(nèi)部故障以及保護(hù)新原理等始終是變壓器保護(hù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

再次，在交流線路保護(hù)領(lǐng)域，由于高阻接地很容易影響距離保護(hù)，導(dǎo)致短路再次在系統(tǒng)振蕩中產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)無法進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)，因此產(chǎn)生了較低的躲避負(fù)荷的能力；在對(duì)同桿并架雙回線進(jìn)行應(yīng)用的過程中，由于電氣量范圍的約束和跨線故障的產(chǎn)生，導(dǎo)致較大的誤差產(chǎn)生于故障測(cè)距和選相中。

最后，在直流線路保護(hù)領(lǐng)域，行波保護(hù)是主保護(hù)，在對(duì)其進(jìn)行使用的過程中，始終受到故障產(chǎn)生行波信號(hào)的不確定性影響，包括母線接線方式和波速等影響因素，同時(shí)其還會(huì)受到過渡電阻、采樣率限制以及動(dòng)態(tài)時(shí)延等約束。

2.2 廣域保護(hù)

近年來，為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，我國(guó)加大了繼電保護(hù)研究力度，廣域保護(hù)得以產(chǎn)生。在廣域保護(hù)中，信息通信平臺(tái)中可以有效融入多點(diǎn)多類型信息，同時(shí)信息具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。這一方式的產(chǎn)生，極大地轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)的配置模式，動(dòng)作性能在繼電保護(hù)中得以有效提升。

3 智能電網(wǎng)建設(shè)下繼電保護(hù)的廣域保護(hù)研究

3.1 廣域保護(hù)內(nèi)涵

通常情況下，單端量和雙端量是繼電保護(hù)所使用的信息形式，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因同軟硬件技術(shù)水平低具有緊密的聯(lián)系，而信息使用過程中，被保護(hù)設(shè)備自身的信息被作為信息主要來源。近年來，我國(guó)在積極加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)的過程中，其運(yùn)行的環(huán)境呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜的特點(diǎn)，較少的信息存在于傳統(tǒng)保護(hù)原理中，在對(duì)故障進(jìn)行分析的過程中，通常只能夠從單一的角度出發(fā)。與此同時(shí)，智能電網(wǎng)在建設(shè)過程中，已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)有效的平臺(tái)，為多信息化繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)提供了可能，在這種情況下，繼電保護(hù)發(fā)展中，廣域保護(hù)成為重點(diǎn)發(fā)展方向。

廣域保護(hù)在實(shí)施過程中，可以對(duì)多類型、多點(diǎn)信息進(jìn)行融合，這些信息同故障都具有緊密的聯(lián)系，在綜合判斷信息的基礎(chǔ)上，有助于各種功能的實(shí)現(xiàn)，包括跳閘策略制訂、保護(hù)動(dòng)作特性調(diào)整等。由此可見，在對(duì)廣域保護(hù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中可以從更加全面地角度對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)，從而有助于保護(hù)措施同系統(tǒng)運(yùn)行方式變化進(jìn)行適應(yīng)，使保護(hù)對(duì)定值的依賴降低，確保保護(hù)動(dòng)作的速度得以有效提升。

3.2 廣域后備保護(hù)的構(gòu)成模式

3.2.1 廣域集中式

系統(tǒng)內(nèi)部的某一個(gè)中心站是設(shè)置決策主機(jī)的主要位置，其運(yùn)行過程中，能夠?qū)^(qū)域電網(wǎng)整體進(jìn)行覆蓋，為數(shù)十個(gè)廠站甚至更多廠站運(yùn)行提供便利。同時(shí)，在該模式中，基本單元被設(shè)置為被保護(hù)設(shè)備，在判斷故障的過程中，主要的方式是將所有信息進(jìn)行直接集中處理。在對(duì)該模式進(jìn)行應(yīng)用的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)較大規(guī)模的信息集中，因此可以做到更加全面地對(duì)故障角度進(jìn)行檢測(cè)，更重要的是，在該模式中，要求保護(hù)主機(jī)能夠擁有較高的處理能力以及安全性。

3.2.2 IED分布式

IED分布式結(jié)構(gòu)模式下，IED元件存在于被保護(hù)設(shè)備中，這成為該模式的決策基本單元，本地信息的采集由IED負(fù)責(zé)，而保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，需要IED充分展開信息交互工作。IED分布式模式在使用的過程中，擁有靈活的保護(hù)構(gòu)成方式和較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在實(shí)施保護(hù)功能的過程中，不需要過度依賴單一決策元件，這是該模式使用中的優(yōu)勢(shì)。但是也具有一定缺陷，如在實(shí)現(xiàn)信息交互的過程中，必須對(duì)大量的信息進(jìn)行處理，同時(shí)需要對(duì)復(fù)雜的保護(hù)配置進(jìn)行應(yīng)用，因此必須在良好的通信條件下才能夠投入使用。

3.2.3 站域集中與區(qū)域分布相配合的模式

該模式在實(shí)際運(yùn)行的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)區(qū)域和站域的雙重保護(hù)。在站域保護(hù)中，可以促使后備保護(hù)功能在站內(nèi)元件中得以充分的體現(xiàn)，站域主機(jī)被設(shè)置于每一個(gè)廠站中，實(shí)際運(yùn)行中，能夠?qū)υ撜静煌男畔⑦M(jìn)行集中，而在對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建的過程中，需要將各站視為區(qū)域保護(hù)子站，并進(jìn)行有效連接；在處理站間聯(lián)絡(luò)線故障的過程中，充分發(fā)揮區(qū)域保護(hù)的功能，故障的判斷需要建立在站域主機(jī)交互信息的基礎(chǔ)上，并且可以將遠(yuǎn)后備功能提供給站內(nèi)元件。

站域集中與區(qū)域分布相配合的模式同廣域集中式相比，對(duì)主站安全性及運(yùn)算能力要求不高，同時(shí)擁有較短的通信延時(shí)和較高的交互信息相關(guān)度；而該模式相比于IED分布式，呈現(xiàn)出相對(duì)簡(jiǎn)單的故障判斷和信息交互機(jī)制，在識(shí)別故障的過程中，不需要進(jìn)行較多的工作重復(fù)，對(duì)于推動(dòng)后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化配置具有重要意義。

4 結(jié)束語

總之，繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，在智能電網(wǎng)建設(shè)的影響下，傳統(tǒng)繼電保護(hù)顯然無法滿足現(xiàn)代化智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行需求。為了保證電網(wǎng)更好更穩(wěn)定的運(yùn)行，在今后智能電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行中，仍需加強(qiáng)繼電保護(hù)方式研究，不斷的去改進(jìn)和更新，以不斷的在繼電保護(hù)系統(tǒng)中融入新技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)性能的進(jìn)一步優(yōu)化，充分發(fā)揮繼電保護(hù)在智能電網(wǎng)中的作用，保障智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展。

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