智能電網(wǎng)視域下發(fā)電機的繼電保護分析

高杰楚

（山西西山熱電有限責任公司，太原 030000）

0 引言

智能電網(wǎng)成為未來電網(wǎng)的主要發(fā)展方向，為了保證可靠運行，應有效引入繼電保護裝置。智能技術模式為繼電保護工作帶來較多風險，為了提高發(fā)電機繼電保護功效，應引入更多新技術，完善設計規(guī)劃。且還應采用更有效的運檢方法，以及時辨別風險。傳統(tǒng)運檢停電時間長，消耗大量人力、物力資源，對電力安全性與運營成本要求較高，存在經(jīng)濟性與有效性的沖突問題。在繼電保護裝置中應用智能技術，可以實現(xiàn)多源信息聚合，監(jiān)測二次回路。因此，為了提高電力系統(tǒng)繼電保護運維有效性與可靠性，相關工作人員應做好可靠性建模評估工作，針對繼電保護失效與薄弱環(huán)節(jié)，制定待解決的關鍵點，充分發(fā)揮智能電網(wǎng)優(yōu)勢。

在狀態(tài)信息收集方面，周虎[1]直接定義了保護設備的狀態(tài)監(jiān)測信息；劉永欣等[2]根據(jù)二次回路在線監(jiān)測需求，定義了繼電保護在線信息，但沒有考慮繼電保護設備的配置狀態(tài)，無法全面描述繼電保護狀態(tài)。在狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方面，陰玉婷等[3]提出全站全網(wǎng)絡信息共享的關鍵在于實現(xiàn)繼電保護在線監(jiān)測。

本文在此基礎上分析智能電網(wǎng)視域下發(fā)電機的繼電保護技術的應用情況，提高電力系統(tǒng)的運行效率。

1 繼電保護原理及重要性

相較傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)，智能電網(wǎng)具備分布特點，供電設備處于交互運行狀態(tài)，對繼電保護提出了更高的要求[4]，隨著科學技術的快速發(fā)展，繼電保護功能也得到更新。而社會經(jīng)濟的發(fā)展也增加了電力能源的需求量，尤其隨著工業(yè)化進程的不斷加快，很多大中型城市甚至出現(xiàn)供電危機問題，嚴重影響了本地經(jīng)濟的穩(wěn)定性，電力企業(yè)也具備階段供電壓力[5]。為了有效緩解壓力，電力企業(yè)應充分重視智能電網(wǎng)的建設與維護工作，有效引入繼電保護技術，保證電網(wǎng)的安全可靠運行。實際運行過程中，若電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題，繼電保護裝置可以及時反應，并針對故障類型進行預警，以便維修人員可以及時趕到現(xiàn)場，確保正常供電[6]。同時，繼電保護裝置狀態(tài)可以劃分為以下幾種類型，在分析總結實例報文的基礎上，保證報文數(shù)據(jù)的真實性與準確性，具體如表1所示。

表1 繼電保護裝置狀態(tài)分類

2 智能電網(wǎng)中繼電保護關鍵技術

作為電網(wǎng)系統(tǒng)中關鍵的組成部分，繼電保護裝置可以檢測電網(wǎng)設備的運行狀態(tài)，促使其實現(xiàn)網(wǎng)絡化與自動化方向發(fā)展，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的控制檢測功能。具體結構如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)繼電保護構成

2.1 單元件保護技術

單元件屬于繼電保護關鍵元件，應采用如下保護技術。

（1）產(chǎn)電裝置保護。重點處理發(fā)電機內(nèi)部短路問題，保護匝間電路。繼電保護措施應嚴格按規(guī)范進行，精準計算，并檢測裝置運行靈敏程度。繼電保護后備系統(tǒng)時，也應研究機組承受情況，針對契合點制定合理技術方案。

（2）轉變電壓裝置繼電保護。轉換電壓期間存在勵磁涌流，情況比較復雜。因此在變壓器繼電保護期間，應著重處理勵磁涌流，深入研究變壓器繼電故障問題，并制定相應的解決方案。

（3）對交流電路進行繼電保護。智能電網(wǎng)使用阻值較大的接地系統(tǒng)，系統(tǒng)波動會導致短路問題，無法及時處理距離保護，電路產(chǎn)生較大負荷。因此，應重點保護變壓器內(nèi)部故障問題。

（4）直流線路繼電保護。電路會產(chǎn)生難以確定的行波訊號，無法接收準確信息，保護功能較差。因此，應做好直流電路繼電保護工作，合理確定波速、母線接線方式等。

2.2 廣域保護技術

廣域保護技術的特定范圍為子集電網(wǎng)，分析處理電網(wǎng)運行故障，在廣泛收集設備狀態(tài)信息的基礎上，系統(tǒng)預測計算機軟件信息，明確電網(wǎng)故障的具體位置，提高檢修質(zhì)量，具體包括以下幾種模式。

（1）廣域集中式

系統(tǒng)內(nèi)部設置中心校，覆蓋整個區(qū)域電網(wǎng)，確保廠站順利運行。基本單元設置被保護裝置，集中處理所有信息完成故障判斷。此種模式的使用可以集中處理大規(guī)模信息，保證主機的安全處理能力。

（2）IED分布式

被保護設備中設置IED元件，作為決策基本單元，采集本地信息。并通過信息交互實現(xiàn)保護功能。IED分布模式具備靈活的保護裝置，無需過度依賴決策單元。但需要在信息交互過程中處理大量信息，需要設置良好的通信條件。

（3）站域集中與區(qū)域分布式

融合站域集中與區(qū)域分布模式，可以雙重保護區(qū)域與戰(zhàn)域。每個廠站均設置站域主機，通過站內(nèi)元件發(fā)揮后備保護功能，并集中不同元件信息。分布式系統(tǒng)構建時應將各站設置為區(qū)域保護子站，進行有效連接。站間聯(lián)絡線故障處理應通過區(qū)域保護功能實現(xiàn)，利用站域主機交互信息判斷故障發(fā)生區(qū)域，為站內(nèi)元件提供遠后備功能。

2.3 重構技術

智能電網(wǎng)的發(fā)展對繼電保護技術提出了更多要求，為了有效適應電網(wǎng)結構與運行方式的變化，繼電保護應可以進行自我診斷與維護，促進電網(wǎng)的安全運行。繼電保護裝置在電網(wǎng)運行過程中極易出現(xiàn)元件失靈問題，采用重構技術可以快速檢測故障，尋找替換元件，恢復電網(wǎng)正常運行狀態(tài)。此技術改進了原有繼電保護系統(tǒng)，提高了自適應力能力，應用效果更為顯著[7]。

2.4 電子傳感技術

智能電網(wǎng)系統(tǒng)主要應用智能控制設備，以有效管控系統(tǒng)元器件的運行狀態(tài)，發(fā)揮設備的檢測功能。電力設備兼顧變電、發(fā)電、配電等各個環(huán)節(jié)，新型電子傳感器改進了原有設備，增加了智能感應功能，可以廣泛收集電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)維護檢修工作提供精準數(shù)據(jù)信息，保證繼電保護工作的規(guī)模化發(fā)展。在保護發(fā)電機時，應更多關注內(nèi)部短路線路，尤其做好匝間短路保護，在設計保護方案的基礎上進行整定計算，完成精細化處理。同時，還應根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，進行過激磁等保護判斷，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)的承受能力，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的有序運行。除此之外，還可以應用光電流互感器與光電壓互感器，隔離高壓與弱電絕緣，減少占地面積。同時，引入光纖傳遞信號無電磁干擾等技術，降低二次電纜使用量，避免CT飽和問題，改善各類保護技術性能，顛覆保護應用方式與應用條件。

2.5 電網(wǎng)自愈技術

智能電網(wǎng)的關鍵特征便是自愈，其可以自行隔離系統(tǒng)中的某個元件，避免發(fā)生大規(guī)模的停電故障，并在少進行人工干預或不進行人工干預的情況下，短時間恢復電力系統(tǒng)的正常運行，降低經(jīng)濟損失。因此，電網(wǎng)自愈技術具備安全與經(jīng)濟特點，需要繼電保護技術具備更高的靈敏度，因此電力企業(yè)應不斷改進傳統(tǒng)的繼電保護配置方法，擴大智能電網(wǎng)的研究范圍，實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集的便捷化，簡化數(shù)據(jù)計算流程[8]。

2.6 通信技術

通信技術可以為傳感器傳遞各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，保證智能電網(wǎng)繼電保護作用的發(fā)揮。繼電保護系統(tǒng)需要在雙向通信系統(tǒng)中進行實時監(jiān)測與校正，以自動復位故障。同時，通信技術可以提供繼電保護基礎服務，連接不同類型的智能電子設備，由主站進行統(tǒng)一管理，合理利用繼電保護裝置，減少資源浪費的同時監(jiān)測擾動因素，實現(xiàn)繼電保護系統(tǒng)無功補償功能，提高繼電保護裝置運行性能，降低故障發(fā)生幾率[9]。

2.7 設備技術

智能電網(wǎng)使用多種智能化設備，保證電網(wǎng)正常運行，設備技術包括超導技術、大容量儲能技術以及電子技術等，電子技術利用電子器件控制電能，達到節(jié)能效果。超導技術綜合超導限流器與超導電纜，保護電網(wǎng)運行電流。超導電纜可以高效率傳遞電能，包括熱絕緣超導電纜與冷絕緣超導電纜。超導限流器具備限流、監(jiān)測與轉換功能，幾乎無電阻，一旦發(fā)生故障，超導體將會產(chǎn)生高電阻，具體如圖2所示。超導限流器動作響應快，結構簡單，可以自動觸發(fā)與復位，集中限流、觸發(fā)以及檢測功能，可靠性較強。

圖2 超導電纜與常規(guī)電纜的電阻特性

2.8 控制與決策支持技術

控制技術指的是智能電網(wǎng)在分析繼電保護情況的基礎上進行判斷預測，設置隔離、切除等繼電保護算法，并連接專家系統(tǒng)，自動處理故障，實現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈功能。決策支持技術指的是將大量采集數(shù)據(jù)轉化為清晰信息，為電網(wǎng)人員處理問題提供依據(jù)，主要以動畫、圖表虛擬現(xiàn)實或其他簡明數(shù)據(jù)實現(xiàn)。

3 結束語

本文以智能電網(wǎng)繼電保護失效機理與薄弱環(huán)節(jié)為分析點，引入單元件保護技術、廣域保護技術、重構技術、電子傳感技術、電網(wǎng)自愈技術等，保證繼電保護裝置的在線狀態(tài)監(jiān)測，自動定位故障，在整合分析保護狀態(tài)信息的前提下，確定預警信息對應的故障位置，提高系統(tǒng)運行的便捷性與有效性，實現(xiàn)繼電保護的智能化與數(shù)字化發(fā)展[10－11]，為此后智能電網(wǎng)的廣泛應用打下堅實的基礎。