智能變電站繼電保護的穩(wěn)定性分析

王曉園

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司寶應(yīng)縣供電分公司，江蘇 揚州 225800）

隨著不斷出現(xiàn)的智能設(shè)備，先進(jìn)的探測技術(shù)和1EC61850 的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是不可避免的，根據(jù)所采取的措施，可靠、安全、經(jīng)濟、高效和環(huán)境清潔智能電網(wǎng)已逐漸得到實現(xiàn)。從智能電網(wǎng)的進(jìn)展歷程進(jìn)行劃分可分為三個環(huán)節(jié)：2009～2010 年作為規(guī)劃試點環(huán)節(jié)；2011～2015 年作為綜合建設(shè)環(huán)節(jié)；2016～2020 年作為提升帶領(lǐng)環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)的中國智能電網(wǎng)已到達(dá)全球水平的前沿位置。第二階段結(jié)束后，既將開啟我國家智能網(wǎng)格全面發(fā)展的核心時期。我們國家的電力水平正在穩(wěn)步上升，連接范圍正在擴大，電氣連接越來越緊密。電網(wǎng)中斷的可能性和連鎖反應(yīng)將大大增加。所以，繼電保護防御系統(tǒng)的維護和運行是較難完成的。

繼電保護主要經(jīng)歷了電機式、集成電路式和微機型等5 個環(huán)節(jié)。當(dāng)前國內(nèi)所使用的繼電保護裝置主要為微機型。微機保護起源于1960 年代，成熟于1990 年代，后大規(guī)模使用于國內(nèi)。

雖然我國進(jìn)行了很多有關(guān)微機保護可靠性評估的工作，但作為數(shù)字保護的發(fā)展和對第二次設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)的提案，根據(jù)現(xiàn)有的可靠性評估方法在一定程度上存在考驗。因此，根據(jù)新的情況，制定新的可靠性研究方法是當(dāng)務(wù)之急。準(zhǔn)確的誠信評估系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)預(yù)測繼電保護系統(tǒng)的可靠性，找出系統(tǒng)中存在的缺陷，對相關(guān)人員進(jìn)行理論指導(dǎo)，使繼電保護系統(tǒng)更加完善，建設(shè)更加具有科學(xué)性。

一、繼電保護的概述

在電力系統(tǒng)運行過程中，隨時會發(fā)生各種故障或者系統(tǒng)發(fā)生異常。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者系統(tǒng)異常的時候，事件保護就會對系統(tǒng)進(jìn)行檢測發(fā)出警報，甚至可以直接將故障部分進(jìn)行切除或者隔離，繼電保護是電力系統(tǒng)的重要保護措施。

電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，其中最主要的原因就是能及時排除這種故障，從而使電力系統(tǒng)遠(yuǎn)離危險的環(huán)境。在電力系統(tǒng)的運行過程中，對變壓器、發(fā)電機和輸電線路等進(jìn)行保護是極其重要的，如果對系統(tǒng)及其元件保護不及時，有可能導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)的癱瘓。在實際操作中，通常采用有觸點的繼電器對系統(tǒng)和元件進(jìn)行有效保護，使整個系統(tǒng)運行正常，這種保護的方法人們稱為繼電保護。當(dāng)電力系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生故障或者出現(xiàn)異常情況時，繼電保護裝置就能在最短的時間內(nèi)自動從系統(tǒng)中切除故障部位，或者發(fā)出警報信號。值班的工作人員根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的警報信號對故障進(jìn)行跟蹤并查找故障的根源，從而避免設(shè)備遭受更嚴(yán)重的破壞，或者對相鄰地區(qū)的供電造成更大范圍的影響。

繼電保護有一個前提，那就是繼電保護裝置必須具有以下功能：一是正確識別被保護的元件是正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)還是真正發(fā)生了故障；二是啟動繼電保護后，是區(qū)域內(nèi)保護還是區(qū)域外保護。只有滿足這兩個條件，繼電保護裝置才能發(fā)揮它應(yīng)有的功能。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，工頻電氣量就會發(fā)生明顯的變化，并呈現(xiàn)以下特征：電流突然增大，電壓突然降低，電流與電壓之間的相位角發(fā)生改變，測量阻抗發(fā)生明顯變化等。利用故障發(fā)生時電氣量的明顯變化，便可構(gòu)成繼電保護。

二、智能變電站繼電保護的穩(wěn)定性

當(dāng)今電力智能迅速發(fā)展，我國的智能變電站變得極為重要，其安全穩(wěn)定直接關(guān)系到人們的生活。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，大部分實踐的智能變電站所受影響因素極多，很容易就造成供電異常的情況出現(xiàn)，給人們的生活帶來極大不便。此外，還會造成相關(guān)設(shè)備損壞的利弊，經(jīng)濟損失也不可避免。所以構(gòu)建智能變電站繼電保護系統(tǒng)的同時，還需要使變電站中各種設(shè)備的穩(wěn)定運作得以保障，減少干擾因素的影響。這樣使繼電保護裝置的損害因素有所下降。在面對電力系統(tǒng)運行時的突發(fā)狀況，智能變電站可通過繼電保護來發(fā)出預(yù)警，讓相關(guān)技術(shù)人員對相關(guān)故障進(jìn)行緊急處理，減少故障損失。如果相關(guān)故障發(fā)生在智能變電站，繼電保護設(shè)備會及時清除它們，將電網(wǎng)與故障節(jié)點分開，防止故障擴大，減少故障損傷范圍，為智能變電站提供有效的安全隔離。

三、繼電保護故障檢測方法介紹

（一）參照法

對繼電保護裝置進(jìn)行日常檢測的最常用的方法就是參照法。通過這個方法對繼電保護故障進(jìn)行檢測，需要使用它的正常數(shù)據(jù)作為參考。通過對繼電保護裝置里的參數(shù)進(jìn)行大量的比對和分析，從而才能找出故障所在的具體位置，以及找出排除故障的其他相關(guān)因素，為徹底排除故障打下堅實的基礎(chǔ)。一旦發(fā)生接線問題的時候，工作人員的通常做法是，利用參照法對故障進(jìn)行及時檢測，確保以最快速度排除故障。同路改造是電力系統(tǒng)經(jīng)常面對的工作任務(wù)，在改造過程中，通常的做法是對繼電保護裝置進(jìn)行更換。但是，在運行一段時間后，就會發(fā)生同路接線困難等問題，在這種情況下，只能按照參照法進(jìn)行故障排除處理。在檢測的過程中，檢測出來的數(shù)值和繼電保護裝置的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之間誤差比較大，對繼電保護裝置的問題就不好判斷，這時候不應(yīng)該對設(shè)備的刻度指示進(jìn)行常規(guī)化的調(diào)整。正常的做法是，應(yīng)該對其他元件進(jìn)行檢測并分析，從而進(jìn)行綜合分析。在處理問題的過程中，確保繼電保護裝置是同一個回路是基本的要求。如果檢測的結(jié)果真實可靠，而且確信裝置存在問題，就要及時進(jìn)行更換處理。

（二）分段法

在日常的維護工作中，分段法也是常用的檢測方法。按照這個檢測方法，首先要對系統(tǒng)中的繼電保護裝置進(jìn)行劃分，根據(jù)一定的順序?qū)υO(shè)備逐個進(jìn)行檢查并找出故障。在這個檢測過程中，對高頻保護收發(fā)機的定期檢測是重要的內(nèi)容，查的內(nèi)容主要包括兩部分：一是檢查設(shè)備的運行是否正常。二是檢查接收信號的情況。通過分段法的方式進(jìn)行劃分，從而對收發(fā)機和大型設(shè)備的運行情況進(jìn)行檢測，這種檢測的方法就叫分段法。這種檢測的方法必須確保通道的通暢，在通道通暢的情況下接入相應(yīng)的負(fù)載。完成以上工作以后再結(jié)合通道情況對繼電保護的故障進(jìn)行初步判斷，找出故障存在的具體位置，并采取必要的措施進(jìn)行處理，確保電網(wǎng)的安全。

（三）替換法

在實際工作中還有第3 種檢測的方法——替換法。這種方法比較容易理解，按照通常的說法，當(dāng)保護裝置里的某個元件出現(xiàn)故障的時候，就找相同的元件替換它，然后，對使用的情況進(jìn)行檢查。這通常出現(xiàn)兩種情況：第1 種情況是把元件替換了以后，系統(tǒng)馬上運行正常，這種情況說明問題出在元件上；第2 種情況是把元件替換上去后故障依然存在，這種情況說明，問題不是出在元件上，最初的判斷是錯誤的，所以要要繼續(xù)查找故障的位置。和前面介紹的兩種方法相比，前面的方法相對復(fù)雜，而且技術(shù)含量太高，而這種方法比較簡單而且容易操作，因此，在實際工作中的運用相對廣泛。但是，這個辦法也有一個缺陷，就是查找故障比較浪費時間，使得故障不能及時排除。

四、變電站與繼電保護技術(shù)

繼電保護作為安全電網(wǎng)的第一道防線應(yīng)迅速檢測到阻隔點，并對所有的故障點都能迅速隔離開。建造必須有四個特征：可靠性、速度性、靈敏性和有選擇性。繼電保護經(jīng)歷了整流型、晶體管型、集成電路、保護微計算機等等一系列的技術(shù)，但“四性”是電網(wǎng)的基本需求。在不同的開發(fā)階段，繼電保護技術(shù)的四個特性也在不斷改善。根據(jù)電網(wǎng)的異常情況，繼電保護需要快速、精確并可靠地解決故障，計算電力系統(tǒng)的過渡問題信息，使用基波來解決問題，不同故障的時間范圍不同，算法也不同。繼電保護系統(tǒng)主要可以分為；模擬數(shù)據(jù)收集、A/D 轉(zhuǎn)換、邏輯操作、輸入/輸出環(huán)節(jié)。模擬數(shù)據(jù)收集來自互感器，輸出到開關(guān)直至跳閘。通過微計算機的保護，保護裝置有效地解決了設(shè)備簡化與邏輯電路的問題，并擁有執(zhí)行功能。主設(shè)備和二級設(shè)備之間的交流信息主要由二次電纜進(jìn)行。因為保護裝置必須是在出現(xiàn)故障的地方絕緣故障，簡化保護繼電保護系統(tǒng)連接將提高繼電保護的穩(wěn)定性與可靠性。

（一）傳統(tǒng)變電站與繼電保護

現(xiàn)如今自動化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)正在快速發(fā)展中，智能變電站技術(shù)將帶來新的局面。過程層設(shè)備國產(chǎn)化和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化等具有鮮明特征的技術(shù)，將徹底改變變電站的建設(shè)與運行方式。根據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和繼電保護“四性”的不斷提高，繼電保護作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線的重要性越來越得以充分表現(xiàn)。所有技術(shù)中，繼電保護的“四性”已成為根本準(zhǔn)則。

（二）智能變電站與繼電保護

因為智能變電站中的IEC61850 逐漸被應(yīng)用起來，所以繼電保護技術(shù)發(fā)生了極大的變革。它不會像原來的獨立性一樣，而是開展了將以前的“保護裝置”時代向“保護系統(tǒng)”進(jìn)行轉(zhuǎn)化，與保護設(shè)備能夠進(jìn)行一次性融合。在如今這類新勢力下，繼電保護的“四性”怎樣才能得以提升，繼電保護在國際上的地位如何才能得到保持。繼電保護工作者為國家智能發(fā)電站的謀劃帶來了創(chuàng)新，為間隔裝置和自動型信息獲取的安全與可依靠性帶來了一個“嶄新的世界”。由智能發(fā)電站的自身優(yōu)點進(jìn)行開展基于區(qū)間層、站控層和區(qū)域電的研究，得到網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)架構(gòu)。智能發(fā)電站繼電保護技術(shù)多半是由傳統(tǒng)繼電保護技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的；就像三層兩網(wǎng)的保護架構(gòu)，智能電網(wǎng)的技術(shù)更新主要體現(xiàn)在采樣跳閘，傳統(tǒng)電纜改為光纜，光纜將過去傳輸?shù)哪M和開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編輯利用電路、跳閘電路和繼電器保護，可靠地實時監(jiān)測的四個方面也提出了更高的要求。

五、結(jié)語

電力是經(jīng)濟建設(shè)的主要支撐點，在社會發(fā)展中起著重要作用。電力在經(jīng)濟建設(shè)和社會生產(chǎn)方面有著重要的影響力?，F(xiàn)如今的智能變電站發(fā)展極為迅速，而且電網(wǎng)已經(jīng)成為首要防御體系。智能化繼電保護技術(shù)包含了信息網(wǎng)絡(luò)和智能操作的新內(nèi)容，并在安全管理中達(dá)到了電網(wǎng)可靠性的新水平。與傳統(tǒng)的中繼保護相比，智能化繼電系統(tǒng)具有更高的設(shè)備協(xié)作能力，設(shè)備交換能力更簡單、更方便，可以節(jié)省大量的人力和物質(zhì)資源，因此具有明顯的優(yōu)勢。但智能變電站的繼電保護技術(shù)同時也有著一些特殊的限制。由于設(shè)備的可靠性和功能一體化程度的提高，仍然需要測試當(dāng)?shù)胤烙目煽啃约捌湓诶^電防御系統(tǒng)方面的有效性。智能化變電站技術(shù)所實施的計劃在工程實踐中不斷進(jìn)步，在智力實踐中不斷發(fā)展。在保護繼電器方面，從電子選擇變壓器到常規(guī)模式，再通過混合裝置選擇樣品，然后直接選擇本地智能接口設(shè)備，從一無所有到應(yīng)有盡有再到一無所有。因此，繼電保護系統(tǒng)正在向吸收強度、生態(tài)、敏捷性和可靠性的方向進(jìn)行全面發(fā)展。