電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和繼電保護(hù)的相關(guān)性研究

胡啟平

摘 要：我國(guó)電力系統(tǒng)通過輸電、配電與變電等環(huán)節(jié)將電能供應(yīng)至千家萬(wàn)戶。對(duì)電力能源工業(yè)而言，傳統(tǒng)供電模式已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的用電需求，因此電力系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化與一體化勢(shì)在必行。本文從我國(guó)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的基本現(xiàn)狀和主要內(nèi)容出發(fā)，重點(diǎn)分析電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和繼電保護(hù)二者之間的密切聯(lián)系，進(jìn)而從電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)兩方面討論推動(dòng)其發(fā)展的具體策略，旨在能夠充分理解電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化與繼電保護(hù)的關(guān)系并將其運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)，減少電力設(shè)備與人力成本的損耗，提高電力能源的利用效率與電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);自動(dòng)化;繼電保護(hù)

隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治的高速發(fā)展、人民生活質(zhì)量的不斷提升，滿足對(duì)電力能源的需求、緩解電力系統(tǒng)的壓力已成為當(dāng)下亟待解決的難題。為了提高能源利用效率、節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化、一體化被提上議事日程，而繼電保護(hù)這一電力運(yùn)輸中的重要環(huán)節(jié)也因此受到更加廣泛且深入的關(guān)注。電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化與繼電保護(hù)相互促進(jìn)、共同發(fā)展，成為兩道優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低風(fēng)險(xiǎn)故障、節(jié)約人力資源的重要屏障。

1.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化內(nèi)容概述

我國(guó)電力技術(shù)在快速發(fā)展的同時(shí)，電力系統(tǒng)在自動(dòng)化方面也取得了重大的突破。從整體看來(lái)，結(jié)構(gòu)愈發(fā)簡(jiǎn)單、功能愈發(fā)強(qiáng)大多樣是其鮮明特點(diǎn)，但電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并未隨著電力設(shè)備數(shù)量與類型的增多而得到完善，嚴(yán)重不利于設(shè)備功能的有效運(yùn)轉(zhuǎn)與監(jiān)測(cè)維護(hù)。我國(guó)電力系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)真正意義上的一體化，需要以自動(dòng)化和智能化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行全方位的升級(jí)和改造。在此過程中，電力系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化水平的提高能夠提升電網(wǎng)運(yùn)行的操控精確度、優(yōu)化操作流程結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本以及提高電力系統(tǒng)的工作效率。除此之外，強(qiáng)大、多樣的系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)離不開對(duì)電力維護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)環(huán)境的改良。如果能將繼電保護(hù)、輸電功率等理論信息運(yùn)用于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，我國(guó)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況可以得到科學(xué)且合理的調(diào)整，供電能力及運(yùn)行水平也將得到極大提高。電力系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)電力數(shù)據(jù)的收集、分析、共享、研判、預(yù)警與診斷能力，不僅可以節(jié)約人力成本，也可有效提升電力系統(tǒng)的安全性能。

2.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和繼電保護(hù)的相關(guān)性分析

2.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化對(duì)繼電保護(hù)的具體要求

要大力推進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化，需要繼電保護(hù)達(dá)成以下幾方面的要求：首先，可靠性是電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求。應(yīng)當(dāng)基于用戶實(shí)際用電需求，不斷改進(jìn)并完善繼電保護(hù)裝置，最終使之能與電力系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)程相適應(yīng)，保障日常安全與高質(zhì)量供電;其次，繼電保護(hù)需要具備選擇性，即當(dāng)電力系統(tǒng)某部分存在故障或錯(cuò)誤時(shí)，如果故障線路因拒動(dòng)而無(wú)法被繼電保護(hù)系統(tǒng)隔離，應(yīng)把與故障線路相鄰的電路或設(shè)備切除，從而全面保護(hù)整個(gè)電力系統(tǒng);再而，電力系統(tǒng)要求繼電保護(hù)具有靈敏性，即提高繼電保護(hù)裝置的敏感系數(shù)，使其能在極短時(shí)間內(nèi)，甚至在極端環(huán)境下發(fā)現(xiàn)問題、匯報(bào)錯(cuò)誤，將可能產(chǎn)生重大危害的隱患和風(fēng)險(xiǎn)扼殺于萌芽之中，立即隔離并切斷問題電路，有利于排查與檢修工作的繼續(xù)開展。

2.2 繼電保護(hù)是優(yōu)化電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的得力保障

電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化所要達(dá)成的直接目標(biāo)。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的組成部分之一，也是電力系統(tǒng)能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要屏障。電力系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展變得錯(cuò)綜復(fù)雜，運(yùn)行過程中亟待排查的干擾與故障也逐漸增多，這使得電力配置與運(yùn)輸?shù)碾y度大幅度增加。這時(shí)就需要依靠繼電保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化進(jìn)程中出現(xiàn)的故障與異常情況并對(duì)其進(jìn)行隔離或切除，避免造成整個(gè)電力系統(tǒng)的大面積崩潰，影響人類社會(huì)的正常生產(chǎn)與生活活動(dòng)。將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用于繼電保護(hù)更能充分發(fā)揮與強(qiáng)化繼電保護(hù)原有的排障作用，進(jìn)而維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行?？梢灶A(yù)見，自動(dòng)化與繼電保護(hù)相結(jié)合會(huì)對(duì)電力這個(gè)傳統(tǒng)能源工業(yè)產(chǎn)生廣泛深遠(yuǎn)的積極影響，包括繼電保護(hù)在內(nèi)的一切電力設(shè)備都將朝著自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展，因此加大對(duì)繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用也將成為各大電力企業(yè)今后的必然選擇。

2.3 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化與繼電保護(hù)相互促進(jìn)、共同發(fā)展

繼電保護(hù)技術(shù)的飛速進(jìn)步帶動(dòng)了電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的發(fā)展，使自動(dòng)化在電力設(shè)備與系統(tǒng)中的深度及完全應(yīng)用成為可能;而系統(tǒng)自動(dòng)化程度的加深又必將加速繼電保護(hù)的自動(dòng)化進(jìn)程。近年來(lái)，發(fā)電控制的自動(dòng)化、電力調(diào)度的自動(dòng)化與配電的自動(dòng)化都屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域所取得的成就。在繼電保護(hù)層面，發(fā)電機(jī)組保護(hù)、接地保護(hù)等經(jīng)典應(yīng)用也不甘落后，正在爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化電力系統(tǒng)的銜接和融合。電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化與繼電保護(hù)二者形成相互促進(jìn)、共同發(fā)展的良性循環(huán)，成為電力系統(tǒng)整體與部分協(xié)同發(fā)展這一主流態(tài)勢(shì)的典型案例[1-2]。

3.推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、繼電保護(hù)發(fā)展的對(duì)策分析

3.1 深入挖掘計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力自動(dòng)化領(lǐng)域的潛力

現(xiàn)如今，大數(shù)據(jù)分析在電商平臺(tái)、軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)等領(lǐng)域?qū)伊⑵婀Γ瑸榱颂岣唠娏ο到y(tǒng)的自動(dòng)化水平，應(yīng)當(dāng)著力引進(jìn)包括大數(shù)據(jù)研判在內(nèi)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。大數(shù)據(jù)分析，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以為電力系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)提供收集、分析、共享等技術(shù)支持，協(xié)助工作人員解決電力調(diào)配不平衡、運(yùn)輸成本優(yōu)化等難題;灰色關(guān)聯(lián)分析能準(zhǔn)確研判電力使用與銷售情況之間的關(guān)聯(lián)度，它作為一種動(dòng)態(tài)歷程分析具有靜態(tài)分析難以企及的優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)表調(diào)整運(yùn)輸渠道、運(yùn)營(yíng)策略等指標(biāo);周期性關(guān)聯(lián)規(guī)則是計(jì)算機(jī)處理電力系統(tǒng)中海量演變數(shù)據(jù)的另一種方式，它可以協(xié)同繼電保護(hù)一道排查電力系統(tǒng)隱患并清除風(fēng)險(xiǎn);路徑檢索和分類檢索等信息提取手段也為電力系統(tǒng)自動(dòng)化提供了新思路和有力支撐。一個(gè)自動(dòng)化電力系統(tǒng)的形成必然要依靠日益成熟的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)人力資源與勞動(dòng)生產(chǎn)力的解放。

3.2 結(jié)合繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展實(shí)際

繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)可根據(jù)構(gòu)成設(shè)備大致分為發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)、線路接地保護(hù)與變壓器保護(hù)四個(gè)模塊。發(fā)電機(jī)保護(hù)可以分成重點(diǎn)保護(hù)與備用保護(hù)兩個(gè)部分。重點(diǎn)保護(hù)旨在解決發(fā)電機(jī)短路這一故障，將繼電保護(hù)裝置安裝在發(fā)電機(jī)定子繞組匝之間，防止發(fā)電機(jī)因溫度過高而損壞;備用保護(hù)旨在解決發(fā)電機(jī)負(fù)載過低這一問題，此時(shí)繼電保護(hù)裝置通過一系列電壓措施緩解因短路造成的損害。母線保護(hù)中的差動(dòng)保護(hù)通過安裝電流互感裝置搭建母線保護(hù)屏障。變壓器故障一般存在多種情況，如變壓器短路和油箱故障。對(duì)于變壓器短路，可在電源兩側(cè)的電流與時(shí)間分量處裝備電流繼電器，如果電路運(yùn)行時(shí)間超過既定范圍就會(huì)自動(dòng)切斷電源;繼電保護(hù)自動(dòng)化裝置在處理油箱泄漏時(shí)可以及時(shí)感知到有毒有害氣體的分解與泄露，即時(shí)發(fā)出警報(bào)并切斷故障電源;而針對(duì)接地變壓器，采用零序電流保護(hù)法最好不過，未接地變壓器則適宜采用零序電壓保護(hù)法。在線路接地保護(hù)方面，切斷電源是處理大電流接地的有效手段，如果故障發(fā)生在零序功率的情況下，繼電保護(hù)自動(dòng)化裝置則會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒工作人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)維修[3]。

3.3 大力發(fā)展廣域繼電保護(hù)

傳統(tǒng)意義上的繼電保護(hù)僅僅著眼于系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)，依然存在著故障無(wú)法連續(xù)切除、時(shí)常誤觸誤發(fā)制動(dòng)、穩(wěn)定性差等問題。廣域繼電保護(hù)與以離線整定工作為核心的傳統(tǒng)繼電保護(hù)不同，它拓展了繼電系統(tǒng)保護(hù)中信息的使用范圍，減輕了信息處理負(fù)擔(dān)，促進(jìn)了該系統(tǒng)自身的便捷發(fā)展。實(shí)現(xiàn)信息高效利用、提升穩(wěn)定與安全性是廣域繼電保護(hù)的核心內(nèi)容，其實(shí)質(zhì)就是阻止電力潮流的大面積轉(zhuǎn)移。廣域繼電保護(hù)擁有分布式、集中式、分層區(qū)域式三種結(jié)構(gòu)，分布式結(jié)構(gòu)的核心之處在于分布在各終端的智能電子設(shè)備能夠獨(dú)立工作，彼此之間還可以進(jìn)行信息的交流與共享，這種分散式的結(jié)構(gòu)使得繼電保護(hù)的有效性被大幅提高;集中式結(jié)構(gòu)要求控制中心與通訊系統(tǒng)的電力設(shè)備具備較高的性能，如果信息的實(shí)時(shí)性、可靠性和準(zhǔn)確性沒有得到保障，反而會(huì)影響集中式結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)信息的研判處理，從而破壞繼電保護(hù)的效果;分層式系統(tǒng)可以有效解決集中式信息處理模塊計(jì)算量過大的問題，對(duì)通訊設(shè)備的要求也不如集中式那么高。廣域繼電保護(hù)系統(tǒng)雖然有著諸多好處，其中的技術(shù)問題如信息同步、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、對(duì)潮流轉(zhuǎn)移的誤判仍然沒有得到實(shí)質(zhì)性的解決。大力發(fā)展廣域繼電保護(hù)有利于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)的突破，推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化與一體化繼續(xù)向縱深發(fā)展[4]。

4.結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化是我國(guó)建設(shè)智能電力網(wǎng)絡(luò)的工作重心和實(shí)現(xiàn)行業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，而它的發(fā)展與繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。繼電保護(hù)通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的異常狀況并予以警示、排險(xiǎn)來(lái)確保我國(guó)電力系統(tǒng)的正常和平穩(wěn)運(yùn)行。加大對(duì)繼電保護(hù)的投入與研究正是我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)智能化、現(xiàn)代化和一體化的巨大助力，今后對(duì)此應(yīng)當(dāng)更加重視。本文通過分析電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和繼電保護(hù)間的相關(guān)性，提出數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)合應(yīng)用實(shí)際、廣域繼電保護(hù)三個(gè)發(fā)展策略，以冀為我國(guó)電力工業(yè)做出一點(diǎn)微薄貢獻(xiàn)。

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