試論智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)研究

李蘇

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試論智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)研究

李蘇

（泰州市姜堰區(qū)供電分公司，江蘇 泰州 225500）

隨著我國電力行業(yè)的技術(shù)水平不斷提高，當(dāng)今智能電網(wǎng)已經(jīng)成為了電力領(lǐng)域重點(diǎn)的發(fā)展方向，智能電網(wǎng)的應(yīng)用不僅能夠提高電力供給的質(zhì)量和效益，也保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要不斷進(jìn)行研發(fā)和發(fā)展。在智能電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，繼電保護(hù)是十分重要的工作內(nèi)容，直接關(guān)乎著整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性?；诖?，探究了智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)。

智能電網(wǎng)；智能變電站；繼電保護(hù)；電力設(shè)備

電力行業(yè)的發(fā)展直接關(guān)乎著民生，與人們生活質(zhì)量息息相關(guān)。在計(jì)算機(jī)信息時(shí)代下，我國也加強(qiáng)了對智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究，在近期使用中取得了不錯(cuò)的效果。繼電保護(hù)是保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要一環(huán)，與變電站能否正常運(yùn)行有著直接關(guān)系。對于繼電保護(hù)技術(shù)而言，隨著智能電網(wǎng)的多年發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)也變得更加完善，對保證智能電網(wǎng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行有著重要意義。為了能夠進(jìn)一步發(fā)揮智能電網(wǎng)的作用與價(jià)值，需要電力部門進(jìn)一步強(qiáng)化繼電保護(hù)技術(shù)，以繼電保護(hù)技術(shù)來確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)電力事業(yè)的再次發(fā)展，提高人民群眾的生活質(zhì)量，為社會(huì)發(fā)展提供電力支持。

1 智能電網(wǎng)概述

簡單而言，智能電網(wǎng)就是在傳統(tǒng)電網(wǎng)中融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、模糊神經(jīng)系統(tǒng)等，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電網(wǎng)的自動(dòng)化控制，在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，如果對電網(wǎng)局部發(fā)生故障的部位進(jìn)行自動(dòng)化檢修（非硬件故障），不會(huì)影響其他部分的運(yùn)行，不需要過長的時(shí)間即可恢復(fù)電網(wǎng)功能，避免傳統(tǒng)繼電保護(hù)造成的長時(shí)間斷電問題出現(xiàn)。在智能電網(wǎng)中應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，可降低電網(wǎng)運(yùn)行故障的概率，避免因?yàn)殡娋W(wǎng)局部故障影響整個(gè)電網(wǎng)功能，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。從近些年智能電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況來看，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)可以有效提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，確保電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的可靠性與安全性，提高資源利用率、減少污染排放，這與實(shí)現(xiàn)我國提出的節(jié)能減排理念相符合。

2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)分析

2.1 繼電保護(hù)原理分析

應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)能夠有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性，通常是在觀點(diǎn)站內(nèi)部設(shè)置傳感器，遠(yuǎn)程監(jiān)控電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)采集設(shè)備運(yùn)行信息，并進(jìn)行統(tǒng)一整合，提高電網(wǎng)運(yùn)輸數(shù)據(jù)的使用效率。對電力設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的潛在故障，并制訂對策，這對輔助電網(wǎng)維護(hù)工作有著極大的推進(jìn)作用。設(shè)置繼電保護(hù)設(shè)備，除了能夠保證電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，也可以24 h獲取電力設(shè)備運(yùn)行信息，且可以實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的共享。通過充分對繼電保護(hù)系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)其基于電力設(shè)備出現(xiàn)短路、斷路等引發(fā)的電力變化，判定繼電器的實(shí)際運(yùn)行情況，如果電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，就會(huì)聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，把故障信息直接呈現(xiàn)到終端顯示器上，工作人員可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行處理。

2.2 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)分析

2.2.1 廣域保護(hù)技術(shù)

簡單而言，廣域保護(hù)技術(shù)就是對電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)子集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理的保障單位，在指定范圍內(nèi)采集子集繼電保護(hù)信息，之后對信息技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在此基礎(chǔ)上找出出現(xiàn)故障的原因，這樣即可有針對性地解決問題。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)還具備安全自動(dòng)控制和繼電保護(hù)功能。其中，安全自動(dòng)控制技術(shù)主要是處理電網(wǎng)自身故障，即非硬件故障。通過智能電網(wǎng)系統(tǒng)對故障終端提出處理方法。繼電保護(hù)技術(shù)結(jié)合電網(wǎng)內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行情況，如果運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)超出了安全閾值，就會(huì)自動(dòng)關(guān)停電網(wǎng)，避免故障進(jìn)一步增大，提高了對電網(wǎng)的保護(hù)力。

2.2.2 保護(hù)系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)

智能電網(wǎng)對繼電保護(hù)系統(tǒng)要求要比傳統(tǒng)電網(wǎng)更高，需要繼電保護(hù)配合，向智能化的方向發(fā)展，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，這樣才能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)運(yùn)行、機(jī)構(gòu)變化起到保障作用。在適應(yīng)能力層面上，智能繼電保護(hù)需要具備自我重構(gòu)機(jī)制，即自我診斷與自我修復(fù)。例如，繼電保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成元器件故障時(shí)，智能變電站可以自動(dòng)切換為備用元器件繼續(xù)運(yùn)行，恢復(fù)電網(wǎng)功能，并將故障發(fā)現(xiàn)到故障處理的整個(gè)流程顯示到終端中，讓工作人員快速地將故障的元器件更換掉，保證變電站可以正常運(yùn)行。

2.2.3 智能電器設(shè)備以及電子傳感器

傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)最大的差異就是智能化，也就是針對電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，并在一定程度上可以解決電網(wǎng)的故障問題，從而實(shí)現(xiàn)對各種智能化設(shè)備（包括部分非智能設(shè)備）的管理與控制。與此同時(shí)，當(dāng)今智能電網(wǎng)中的智能設(shè)備覆蓋面越來越廣泛，在電能的傳輸、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、使用等各個(gè)方面都可以實(shí)現(xiàn)智能化控制。其中，電壓智能傳感器是智能變電站重要的組成部分，在智能變電站正常運(yùn)行的過程中，可以通過安裝相應(yīng)的智能傳感器，從而自動(dòng)收集變電站運(yùn)行電壓，并對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析與評(píng)估，為電網(wǎng)故障維修提供強(qiáng)有力的信息數(shù)據(jù)，這樣即可加強(qiáng)繼電保護(hù)的效應(yīng)。

2.2.4 仿真與控制決策技術(shù)

仿真技術(shù)就是對智能電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析預(yù)測，主要功能是以計(jì)算機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化仿真；控制決策技術(shù)是以仿真技術(shù)所得出的結(jié)果作為決策依據(jù)，對智能電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行科學(xué)控制和管理。此兩項(xiàng)技術(shù)都是確保智能電網(wǎng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。利用仿真技術(shù)將所采集、提煉出的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)經(jīng)Q策系統(tǒng)當(dāng)中，將所采集的數(shù)據(jù)信息和標(biāo)準(zhǔn)信息閾值進(jìn)行對比，從而智能化地提出決策，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)。

2.2.5 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的主要功能是信息查詢、分析定時(shí)記錄、處理“三遙”數(shù)據(jù)、報(bào)警、系統(tǒng)狀態(tài)檢測等。主要是對二次設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄以及定值處理，幫助電力工作人員展開信息記錄工作，并采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對電力繼電保護(hù)信息進(jìn)行共享，從而為其他部門提供更加便捷的查詢服務(wù)。軟件系統(tǒng)還可以連接到整個(gè)智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、影像庫，通過系統(tǒng)計(jì)算反映出圖像中二次設(shè)備缺陷與故障信息，動(dòng)態(tài)檢測繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行情況。結(jié)合我國電力企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，智能繼電保護(hù)技術(shù)勢必會(huì)逐漸減少人工干預(yù)的情況。根據(jù)智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，繼電保護(hù)系統(tǒng)會(huì)逐漸朝全智能化的方向發(fā)展，也就是采用系統(tǒng)軟件編程，脫離人工監(jiān)控形式，讓計(jì)算機(jī)終端對電網(wǎng)進(jìn)行全程監(jiān)工、記錄信息、信息采編、數(shù)據(jù)共享等，最大程度地降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。其中，電力系統(tǒng)的核心就是數(shù)據(jù)庫，相比傳統(tǒng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫而言，智能化數(shù)據(jù)庫組織形式更加多樣，除了能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)性等，還可以對所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、處理。此外，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息時(shí)刻都在變化，所以，在很大程度上也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制工作，采用處理技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記憶，結(jié)合用戶實(shí)際需求設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過不同方法提高整個(gè)數(shù)據(jù)庫的完成性，也可以通過設(shè)置訪問權(quán)限劃分不同人員的訪問范圍。

2.2.6 電力電子與通訊技術(shù)

在智能電網(wǎng)背景下的繼電保護(hù)必須要通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息，所以，加強(qiáng)通信技術(shù)的研究十分重要。在電力電子層面上，當(dāng)今大功率電力電子設(shè)備已經(jīng)成為了主流，包括柔性直輸電流、高壓直流輸電等，這些新技術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)無功補(bǔ)償功能。而應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，可以實(shí)時(shí)傳遞傳感器所采集到數(shù)據(jù)信息，將變電站智能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到終端上，為電網(wǎng)控制人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，這對推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展有著重要的意義。

2.3 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

現(xiàn)如今，我國電力事業(yè)發(fā)展到了新的高度，也實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的智能化升級(jí)目標(biāo)，解決了傳統(tǒng)繼電器中的問題。采用新型繼電保護(hù)技術(shù)，可以采集、分析、處理、整合（劃分）、傳輸、應(yīng)用相關(guān)信息。同時(shí)，在智能化背景下，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多功能、全智能的繼電保護(hù)裝置，通過對智能設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)對各個(gè)電力設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

由于我國智能電網(wǎng)發(fā)展還不夠完善，未來智能繼電保護(hù)技術(shù)會(huì)逐漸成為主流，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化信息數(shù)據(jù)傳遞功能。這就需要全面展開智能化設(shè)備、智能儀器的推廣工作，將這些設(shè)備連接到智能電網(wǎng)中，可以簡化二次回路接線，讓電網(wǎng)維修工作變得更加便利。同時(shí)，采用數(shù)字化繼電保護(hù)技術(shù)，能夠有效提高保護(hù)性能，從而推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展。此外，新能源融合電力領(lǐng)域已經(jīng)成為了必然趨勢，未來太陽能、風(fēng)能、生物能的應(yīng)用比例會(huì)更高，逐漸取替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，從而減少了電網(wǎng)運(yùn)行對自然環(huán)境的影響。

3 智能電網(wǎng)環(huán)境下繼電保護(hù)發(fā)展趨勢

3.1 二次網(wǎng)絡(luò)化傳輸方面

智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)檢修功能，其中最為重要的是繼電保護(hù)技術(shù)。雖然狀態(tài)檢修在電力行業(yè)中已經(jīng)提出已久，但使用范圍依然局限，并沒有進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著電網(wǎng)智能化的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置也逐漸變化為二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化傳輸形式，可以把二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過數(shù)字化形式展現(xiàn)出來，之后在采用合并單元進(jìn)行模擬量采集，終端控制系統(tǒng)根據(jù)采集量自動(dòng)開關(guān)。二次網(wǎng)絡(luò)化傳輸實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)全程采集、全程監(jiān)控，讓繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修也不再是一種理念。

3.2 基于IEC61850建設(shè)統(tǒng)一模塊

傳統(tǒng)變電站中需要設(shè)備進(jìn)行二次連接、通線，而智能變電站可以很好地解決這一問題。結(jié)合IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)與要求，構(gòu)建統(tǒng)一智能變電站系統(tǒng)模塊，加強(qiáng)“三層”間聯(lián)系。同時(shí)，繼電保護(hù)也可以讓SCD、CID文件配置一一對應(yīng)，在模型中文件配置實(shí)現(xiàn)二次接線，這樣即可最大程度上減少二次接線問題出現(xiàn)。保證智能變電站正常運(yùn)行必須要有相應(yīng)的文件匹配，需要及時(shí)更新文件配置，讓文件功能可以相互對應(yīng)，確保整個(gè)智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，為了能夠保障智能電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，就必須做好繼電保護(hù)工作，深化繼電保護(hù)的研究，推動(dòng)智能化繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，這樣才能夠全面發(fā)揮繼電保護(hù)作用與價(jià)值，降低電網(wǎng)故障率，從而推動(dòng)我國電力事業(yè)的健康發(fā)展。

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2095－6835（2018）18－0059－03

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.059

〔編輯：張思楠〕