對智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護技術(shù)的分析

刁昱

摘要：隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)繼電保護帶來了新的挑戰(zhàn)，繼電保護是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要手段，所以對智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護的研究具有一定的現(xiàn)實意義，文章闡述了繼電保護為適應(yīng)智能電網(wǎng)需要發(fā)生的相關(guān)變化，在分析智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護構(gòu)成的基礎(chǔ)上，對目前繼電保護的研究現(xiàn)狀進行探討，為相關(guān)研究和電力工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；繼電保護

引言

智能電網(wǎng)由于具有自愈性、安全性、經(jīng)濟性，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，它的獨特優(yōu)點還體現(xiàn)在交互性、兼容性、高效性、穩(wěn)定性等方面。隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)開始智能化變電站建設(shè)，隨著電力市場的改革深入，電力環(huán)境日益發(fā)生著各種變化。電力系統(tǒng)繼電保護主要是研究電力系統(tǒng)在發(fā)生故障和危及安全運行的異常工況時，能夠通過自動化措施快速地、有選擇性地做出反事故對策，是保障電網(wǎng)安全運行最基本、最有效、最重要的技術(shù)手段。電力系統(tǒng)繼電保護的功能和作用隨著電力系統(tǒng)對其要求的提高而發(fā)展，其繼電保護技術(shù)隨著相關(guān)學科的技術(shù)發(fā)展而變化。而繼電保護能否完全滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，高可靠性地完成保護任務(wù)，涉及一系列的技術(shù)環(huán)節(jié)。文章著重闡述了繼電保護為適應(yīng)智能電網(wǎng)需要發(fā)生的相關(guān)變化，分析智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護構(gòu)成的基礎(chǔ)上，探討目前智能電網(wǎng)條件下繼電保護研究的新進展。

1 智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護的重要意義

我國人口基數(shù)較大，且總體數(shù)量在上升當中，電力用戶數(shù)量也在不斷增加。同時，城市化發(fā)展速度越來越快，城市用電需求急劇增加，這樣一來，電力企業(yè)面臨的供電壓力也就空前巨大。為緩解供電網(wǎng)絡(luò)的巨大壓力，提升電網(wǎng)運行效率，電力企業(yè)著力于智能電網(wǎng)的開發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了較大突破。

然而，智能電網(wǎng)同樣存在故障和失效問題，通過繼電保護技術(shù)這一有效防御手段的保障，才能確保電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。繼電保護技術(shù)會在電網(wǎng)發(fā)生故障時自動進行故障設(shè)備切除，并向相關(guān)工作人員發(fā)出報警信息，以提醒其盡快發(fā)現(xiàn)并解決故障，恢復(fù)智能電網(wǎng)的正常運行。繼電保護極大提升了智能電網(wǎng)的運行安全，使得用戶用電需求得到保障，電力企業(yè)也能最大限度避免巨大經(jīng)濟損失。

2 智能電網(wǎng)系統(tǒng)中繼電保護的基本構(gòu)成

繼電保護向保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展，它是實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備監(jiān)測、保護的重要技術(shù)，計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是未來該領(lǐng)域的長期發(fā)展趨勢。智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對繼電保護提出了要求。

第一，對保護裝置而言，保護功能一方面需要相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備的運行信息，另一方面還需要保護對象的運行信息。能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電狀況的發(fā)生，但前提是在保證故障的準確、實時識別的基礎(chǔ)之上，同時還要保證在沒有人工干預(yù)的情況下。所以智能電網(wǎng)繼電保護裝置保護動作不一定只跳本保護對象，也有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，不跳開本保護對象，更有可能在跳本保護對象時還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點。

第二，各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護原理提供了條件，通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用得到廣泛發(fā)展，智能電網(wǎng)中可對日常運行狀況進行實時監(jiān)控。主要是利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控來完成的。利用這些信息可對運行狀況進行監(jiān)測，把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行收集、整合和分析，實現(xiàn)對保護功能和保護定值的遠程動態(tài)監(jiān)控和修正。

3 智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護技術(shù)探析

3.1 廣域保護技術(shù)

所謂廣域繼電保護技術(shù)，指的是以子域作為分析單位，對子域內(nèi)繼電保護信息進行有效采集，并對其進行域內(nèi)和域外的綜合判定。廣域保護技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其能實現(xiàn)自動化控制，在確保智能電網(wǎng)運行安全性上有著巨大優(yōu)勢。同時，廣域繼電保護技術(shù)極大加快了保護動作實施時間，且顯著提升了其與電網(wǎng)的保護配合，使得繼電保護效率大大提升。其較強的自適應(yīng)判斷能力和保護能力，使得其在電網(wǎng)診斷和恢復(fù)上更加智能和高效。

3.2 保護重構(gòu)技術(shù)

保護重構(gòu)技術(shù)的主要作用是對繼電保護系統(tǒng)進行在線配置和重組，確保其與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相符合，大大優(yōu)化了繼電保護效果。同時，保護重構(gòu)技術(shù)能夠?qū)^電保護系統(tǒng)元件進行實時監(jiān)測和診斷，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱性問題和故障，并在發(fā)現(xiàn)失靈故障后自動進行替代，以恢復(fù)繼電保護系統(tǒng)的運行，達到自我發(fā)現(xiàn)和自愈功能。這樣一來，有效避免了繼電保護故障問題導(dǎo)致智能電網(wǎng)故障，大大提高了智能電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

3.3 智能傳感技術(shù)

智能電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建是對基于信息技術(shù)的智能化技術(shù)和智能化設(shè)備的充分運用，智能化設(shè)備可對電網(wǎng)系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)單元進行實時的智能控制，其中傳感技術(shù)就是一項重要的應(yīng)用體現(xiàn)，智能傳感技術(shù)可實時采集電網(wǎng)系統(tǒng)中各運行單元的運行數(shù)據(jù)，并通過智能分析系統(tǒng)進行完整的信息數(shù)據(jù)分析，進而完成對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)分析。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果對電網(wǎng)系統(tǒng)提供技術(shù)維修服務(wù)，從根本上提升繼電保護裝置的運行保護功能。

4 智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護的相應(yīng)變化

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了本質(zhì)的差別，主要是由于信息化和數(shù)字化的不同特征造成的，智能電網(wǎng)應(yīng)用，使得電能傳輸某些特點也發(fā)生了較大的改變，所以為了與智能電網(wǎng)的發(fā)展相適應(yīng)，在電力系統(tǒng)繼電保護方面也需要發(fā)生相應(yīng)變化。

4.1 安全自動裝置性能的提高

為電力系統(tǒng)防御和緊急控制提供了廣域信息的是先進的相量測量（PMU）和廣域測量技術(shù)（WAMS），可以利用其已建成的網(wǎng)絡(luò)來進行安全自動裝置性能的提高以及對故障敏感性不強的設(shè)備保護，從而使得大停電等惡性事故的發(fā)生得以避免，同時現(xiàn)有保護和安全自動裝置的延時整定原則得以改變。

4.2 繼電保護功能的發(fā)展

隨著單個電力元件容量的增加，減少元件故障率越來越重要，目前的繼電保護性能再優(yōu)越也不能減少故障的發(fā)生。內(nèi)部故障的發(fā)生往往是多種因素積累、絕緣性能下降造成的，對于一些集中參數(shù)的元件如變壓器、發(fā)電機等，繼電保護預(yù)保護功能的發(fā)展，能夠使事故的發(fā)生減少，這樣很可能滿足智能電網(wǎng)的新要求，做到預(yù)警、保護為一體，提高防護的功能。

5 智能電網(wǎng)條件下繼電保護新進展

5.1 數(shù)字化

當前智能電網(wǎng)系統(tǒng)中繼電保護技術(shù)加快了數(shù)字化發(fā)展進程，特別是在數(shù)據(jù)測量接口和光纖電網(wǎng)信息傳輸方面數(shù)據(jù)化程度不斷提升，利用電子式互感器與數(shù)據(jù)測量接口之間有效結(jié)合，全面提升了繼電保護系統(tǒng)測量數(shù)字化的水平。而且利用光纖電網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，全面提升數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和傳輸?shù)乃俣取?/p>

5.2 網(wǎng)絡(luò)化

隨著我國數(shù)字化變電站的不斷擴建以及普及應(yīng)用，繼電保護在智能電網(wǎng)背景下的發(fā)展也體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化的特色，有了明顯的進步。進步與變革主要通過以下幾個方面表現(xiàn)出來：① 信息被共享。變電站的網(wǎng)絡(luò)化使繼電保護信息共享成為可能，變電站中全部的機械設(shè)備都是互相連通的，變電站的網(wǎng)絡(luò)化加強各種設(shè)備之間的聯(lián)系，這也在無形中加大了繼電保護的范疇。 ② 信息傳遞方面的快捷程度有所提高，其準確性也有了進一步的加強，有了網(wǎng)絡(luò)背景的支撐，繼電保護人員能夠利用數(shù)字接口將繼電保護信息準確且及時的進行傳輸，智能電網(wǎng)也被全面監(jiān)控起來，進而，電網(wǎng)在運行過程中，其效率有了提高，準確性也有了保障。

5.3 廣域化

近年來，廣域保護早已是繼電保護技術(shù)中備受關(guān)注的話題。在傳統(tǒng)繼電保護中，采集信息的方式是通過單端量與雙端量來完成，在現(xiàn)在的廣域保護中，信息采集的方式更為廣泛，多點以及各種不同類型的信息均可采集，完成控制繼電保護的工作，并最終在告警或者跳閘方面起到關(guān)鍵性的作用。廣域保護的模式有集中模式，以及分布模式，再就是有一種將兩者相互結(jié)合的站域集中與分布模式。廣域保護能夠?qū)⒐收蠠o遺漏的檢測出來，并且其適應(yīng)性較強，面對不斷改變的電力系統(tǒng)運行方式，它能夠隨時應(yīng)對，避免了繼電保護裝置過于依賴保護整定值，也使系統(tǒng)抗震蕩與抗超負荷的能力得到了提升。

5.4 整定自動化

傳統(tǒng)電網(wǎng)中繼電保護裝置所保護的范圍局限性較強，保護的內(nèi)容僅限被保護的線路，最為重要的保護整定值的準確性也得不到保證，這使繼電保護不能適應(yīng)當前的需求。智能電網(wǎng)中的繼電保護剛好克服了傳統(tǒng)繼電保護的缺陷，它將整個電力系統(tǒng)內(nèi)被保護的線路和相關(guān)設(shè)備緊密相連，不僅保護了線路，還保護了設(shè)備，實現(xiàn)了保護的分布協(xié)同，繼電保護因而增加了其保護的范圍，保護工作更加及時準確。

5.5 采納新技術(shù)、新原理

近年來，新能源的出現(xiàn)以及對新能源的有效利用對我國的電網(wǎng)系統(tǒng)也帶來了諸多方面的挑戰(zhàn)。新能源接入配電網(wǎng)后，對電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行情況造成一定的影響。在這種情況下，將會實現(xiàn)以電子控制技術(shù)為基礎(chǔ)的電能傳輸，所以說，對新技術(shù)和新原理的應(yīng)用將會是未來主要的發(fā)展趨勢。

6 結(jié)束語

繼電保護裝置在智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展過程中發(fā)揮著不可或缺的重要作用，有效的保障了智能電網(wǎng)系統(tǒng)正常、安全的運行，因此需要針對繼電保護技術(shù)進行深入分析，并加快推動繼電保護技術(shù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、整定自動化的發(fā)展步伐，加快對繼電保護技術(shù)和原理的更新，全面提高繼電保護技術(shù)的水平，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行提供重要的保護。

參考文獻

[1]黃興平.智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2016（15）：156.