智能電網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)保護(hù)研究

【摘? 要】隨著國(guó)家電網(wǎng)智能化、多元化的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)應(yīng)用于供電系統(tǒng)中，例如分布式電源成為低碳電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)用，光纖測(cè)量技術(shù)有效提高了電力設(shè)備測(cè)量結(jié)果的精確度。這些新技術(shù)的應(yīng)用雖然極大促進(jìn)了電網(wǎng)智能化發(fā)展，但是也對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)提出了更高的要求，本文以電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)作為研究對(duì)象，首先介紹分布式電源以及光纖測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后分析基于分布式電源的繼電保護(hù)工作原理，還有在變壓器中光纖傳感技術(shù)的具體應(yīng)用，具有一定的理論參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】分布式電源;光纖測(cè)量技術(shù);繼電保護(hù);在線檢測(cè)

引言

推進(jìn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)高效安全運(yùn)行一直是國(guó)家電網(wǎng)所提倡的發(fā)展路線，這也是未來國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，有許多新技術(shù)開始應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中，這些技術(shù)可以總結(jié)概括為五類：傳感與測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的重要環(huán)節(jié)，這類技術(shù)可以大致分為兩類：廣域測(cè)量系統(tǒng)和其它監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都是通過各種傳感器的配合工作來實(shí)現(xiàn)的;高級(jí)電力設(shè)施，該技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中扮演著至關(guān)重要的角色，有一部分已經(jīng)得到廣泛使用例如微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)等等，還有的技術(shù)尚在開發(fā)階段還存在著許多缺陷例如超導(dǎo)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)等等;智能化決策技術(shù)，未來電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)越來越復(fù)雜，依靠操作人員進(jìn)行決策容易出現(xiàn)失誤，計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的精確性和全面性;集成通信技術(shù)，通信設(shè)備是智能電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，通訊設(shè)備的高集成度可以保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效，并且模塊式的通信設(shè)備也便于保養(yǎng)和更換;優(yōu)先級(jí)控制技術(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)和高級(jí)控制算法對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和評(píng)估，對(duì)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障事件進(jìn)行優(yōu)先處理，并且根據(jù)各區(qū)域的電能需要合理進(jìn)行分配。

1.智能電網(wǎng)新技術(shù)

1.1分布式電源

分布式電源可以簡(jiǎn)單定義為分布在配電網(wǎng)以及用電負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)備，可以高效穩(wěn)定地發(fā)電。分布式電源可以看做是輔助性的供電設(shè)備，在某些區(qū)域供電能力不足或者供電距離過長(zhǎng)時(shí)，就可以考慮采用分布式電源，分布式電源主要包括風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等等。在我國(guó)西北地區(qū)某些地區(qū)距離供電網(wǎng)絡(luò)過遠(yuǎn)，采用風(fēng)力發(fā)電就是最為經(jīng)濟(jì)合理的供電方式，在某些情況下分布式電源還可以為配電網(wǎng)供電，分布式電源相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

綠色環(huán)保，這是分布式電源最大的優(yōu)點(diǎn)，首先分布式電源采用的發(fā)電方式都是采用清潔能源或者可再生能源，相較于火力發(fā)電極大減少了有害氣體的排放。其次分布式電源大多設(shè)置在供電用戶附近，有效減少了遠(yuǎn)距離高壓電線建設(shè)的費(fèi)用以及高壓電線可能產(chǎn)生的電磁輻射;經(jīng)濟(jì)可靠，分布式電源的建設(shè)相較于高壓輸電線路的成本更低而且不存在由電線內(nèi)阻產(chǎn)生的線損，分布式電源的發(fā)電機(jī)組規(guī)格都是中小型便于檢修，而且各個(gè)電站相互獨(dú)立不會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模停電事故;靈活多變，分布式電源占地資源較少建設(shè)周期較短，可以快速解決地區(qū)電力短缺問題，而且可以根據(jù)實(shí)際用電需要設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組的組合。

1.2光纖傳感技術(shù)

半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了微電子技術(shù)以及傳感器的快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，在線檢測(cè)系統(tǒng)可以有效預(yù)防電網(wǎng)故障的發(fā)生，同時(shí)也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，光纖傳感技術(shù)相較于傳統(tǒng)的傳感器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，首先光纖既是傳感介質(zhì)也是數(shù)據(jù)載體，對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的靈敏度極高;其次光纖本身具有優(yōu)良的抗電磁干擾能力，非常適用于電力系統(tǒng)這種具有電磁干擾的環(huán)境;光纖傳感可以實(shí)現(xiàn)廣范圍、長(zhǎng)距離的分布式測(cè)量，并且光纖本身是有石英制造而成的，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，耐高溫耐腐蝕適用于各種環(huán)境。

在國(guó)外光纖傳感技術(shù)主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)溫度以及應(yīng)變等物理量的測(cè)量，取得了良好的應(yīng)用效果，但是在我國(guó)光纖傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，因?yàn)槲覈?guó)各區(qū)域地理環(huán)境差異性極大，為了適應(yīng)不同的輸電環(huán)境采用不同規(guī)格的輸電線路，而且在某些區(qū)域存在極強(qiáng)的電磁干擾，所以光纖傳感技術(shù)只能限制在極小區(qū)域內(nèi)，大范圍的鋪設(shè)光纖傳感器成本過高。

2.電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.1分布式電源繼電保護(hù)

在國(guó)家電網(wǎng)中，分布式電源通常是與60KV以下電壓等級(jí)并網(wǎng)運(yùn)行，所以會(huì)存在分布式電源和配電網(wǎng)的互相影響問題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：分布式電源必須要配合原有配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)置獨(dú)立的繼電保護(hù)系統(tǒng)不利于供電管理;會(huì)使繼電器保護(hù)區(qū)縮小，由于分布式電源的并網(wǎng)可能會(huì)導(dǎo)致原有電網(wǎng)的輸出功率減小，進(jìn)而縮小繼電器保護(hù)區(qū);會(huì)使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，如果繼電器不具有方向敏感性，當(dāng)并聯(lián)線路出現(xiàn)故障時(shí)就可能導(dǎo)致該線路的繼電器誤動(dòng)作;可能導(dǎo)致重合閘失效，如果重合閘重合時(shí)間早于分布式電源切斷時(shí)間，分布式電源會(huì)產(chǎn)生高壓電弧導(dǎo)致重合失效。

分布式電源的并網(wǎng)會(huì)增加下游線路的保護(hù)范圍但是會(huì)失去繼電保護(hù)的選擇性，同時(shí)也會(huì)縮減上游線路的保護(hù)范圍。分布式電源的接入對(duì)短路電流有促進(jìn)作用，改變了原有線路中短路電流的大小和方向，這就有可能使繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作，對(duì)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行有較大的影響，有研究人員提出過限制分布式電源容量的辦法來減小短路電流對(duì)原有線路的影響，具體通過增加短路阻抗的辦法來限制短路電流，但是當(dāng)負(fù)荷電流增大時(shí)電網(wǎng)線損也增加了，現(xiàn)在最主流的解決辦法是將限流器和分布式電源配合接入電網(wǎng)，這雖然解決了短路電流的影響問題，但是電能傳輸?shù)膿p耗依舊存在，所以正在推進(jìn)超導(dǎo)限流器的研發(fā)工作。

2.2變壓器光纖傳感在線檢測(cè)技術(shù)

變壓器在配電網(wǎng)中起到承上啟下的作用，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，但是根據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)表明變壓器故障導(dǎo)致全線停電事故占據(jù)所有停電事故的43%，變壓器的主要故障表現(xiàn)為繞組變形，這是由于變壓器具有一定的帶故障運(yùn)行能力，當(dāng)初級(jí)繞組受到短時(shí)間的短路電流沖擊時(shí)，變壓器不會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作，變壓器可以暫時(shí)性地維持運(yùn)行，但是如果沒有及時(shí)處理這類故障，在多次短路電流沖擊之后就會(huì)導(dǎo)致繞組變形?，F(xiàn)有的繞組變形測(cè)量方法有三種：低壓脈沖法、頻響法、短路阻抗法。這三種方法只有在繞組出現(xiàn)明顯變形時(shí)才會(huì)發(fā)揮相應(yīng)的效果，所以依靠這些方法對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控是不現(xiàn)實(shí)的。

采用光纖傳感技術(shù)對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控從技術(shù)角度來講是可行的，因?yàn)樽儔浩鞅旧碓诠ぷ鬟^程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)，采用一般的傳感器進(jìn)行測(cè)量顯然會(huì)產(chǎn)生較大誤差，有研究人員已經(jīng)成功采用雙時(shí)域布里淵光時(shí)域反射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)500KV變壓器的絕緣性能在線監(jiān)測(cè)，對(duì)變壓器的在線監(jiān)測(cè)研究具有重大意義，采用合適的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的繞組變形在線監(jiān)測(cè)，不僅可以有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的概率，而且在線監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)追蹤變壓器的元部件運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)進(jìn)行更換，維持變壓器安全穩(wěn)定的運(yùn)行延長(zhǎng)使用壽命，當(dāng)變壓器出現(xiàn)明顯的繞組變形時(shí)只能更換全新的變壓器，增加了電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)

[1]賴哲.分布式電源接入對(duì)配網(wǎng)電壓的影響分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2020，27（12）：116+118.

[2]姚翔.微電網(wǎng)中分布式電源控制在不同負(fù)荷條件下的措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（34）：109-110.

[3]祝視，曾小輝，魏培，龍偉.分布式光纖傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].湖南電力，2019，39（06）：1-4.

作者簡(jiǎn)介：趙梓程（1990.11-），男，彝族，云南昆明人，全日制大學(xué)本科，電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)相關(guān)工作。