智能變電站繼電保護(hù)的穩(wěn)定性分析

王曉園

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司寶應(yīng)縣供電分公司，江蘇 揚(yáng)州 225800）

隨著不斷出現(xiàn)的智能設(shè)備，先進(jìn)的探測(cè)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(jì)、高效和環(huán)境清潔智能電網(wǎng)已逐漸得到實(shí)現(xiàn)。從智能電網(wǎng)的進(jìn)展歷程進(jìn)行劃分可分為三個(gè)環(huán)節(jié)：2009～2010 年作為規(guī)劃試點(diǎn)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(guó)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(kāi)啟我國(guó)家智能網(wǎng)格全面發(fā)展的核心時(shí)期。我們國(guó)家的電力水平正在穩(wěn)步上升，連接范圍正在擴(kuò)大，電氣連接越來(lái)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(hù)防御系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行是較難完成的。

繼電保護(hù)主要經(jīng)歷了電機(jī)式、集成電路式和微機(jī)型等5 個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)所使用的繼電保護(hù)裝置主要為微機(jī)型。微機(jī)保護(hù)起源于1960 年代，成熟于1990 年代，后大規(guī)模使用于國(guó)內(nèi)。

雖然我國(guó)進(jìn)行了很多有關(guān)微機(jī)保護(hù)可靠性評(píng)估的工作，但作為數(shù)字保護(hù)的發(fā)展和對(duì)第二次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的提案，根據(jù)現(xiàn)有的可靠性評(píng)估方法在一定程度上存在考驗(yàn)。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(chéng)信評(píng)估系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，找出系統(tǒng)中存在的缺陷，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行理論指導(dǎo)，使繼電保護(hù)系統(tǒng)更加完善，建設(shè)更加具有科學(xué)性。

一、繼電保護(hù)的概述

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，隨時(shí)會(huì)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(shí)候，事件保護(hù)就會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)發(fā)出警報(bào)，甚至可以直接將故障部分進(jìn)行切除或者隔離，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要保護(hù)措施。

電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其中最主要的原因就是能及時(shí)排除這種故障，從而使電力系統(tǒng)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的環(huán)境。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)和輸電線路等進(jìn)行保護(hù)是極其重要的，如果對(duì)系統(tǒng)及其元件保護(hù)不及時(shí)，有可能導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的癱瘓。在實(shí)際操作中，通常采用有觸點(diǎn)的繼電器對(duì)系統(tǒng)和元件進(jìn)行有效保護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，這種保護(hù)的方法人們稱為繼電保護(hù)。當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或者出現(xiàn)異常情況時(shí)，繼電保護(hù)裝置就能在最短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)從系統(tǒng)中切除故障部位，或者發(fā)出警報(bào)信號(hào)。值班的工作人員根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)信號(hào)對(duì)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(duì)相鄰地區(qū)的供電造成更大范圍的影響。

繼電保護(hù)有一個(gè)前提，那就是繼電保護(hù)裝置必須具有以下功能：一是正確識(shí)別被保護(hù)的元件是正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)還是真正發(fā)生了故障；二是啟動(dòng)繼電保護(hù)后，是區(qū)域內(nèi)保護(hù)還是區(qū)域外保護(hù)。只有滿足這兩個(gè)條件，繼電保護(hù)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(huì)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(cè)量阻抗發(fā)生明顯變化等。利用故障發(fā)生時(shí)電氣量的明顯變化，便可構(gòu)成繼電保護(hù)。

二、智能變電站繼電保護(hù)的穩(wěn)定性

當(dāng)今電力智能迅速發(fā)展，我國(guó)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(shí)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(lái)極大不便。此外，還會(huì)造成相關(guān)設(shè)備損壞的利弊，經(jīng)濟(jì)損失也不可避免。所以構(gòu)建智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的同時(shí)，還需要使變電站中各種設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)作得以保障，減少干擾因素的影響。這樣使繼電保護(hù)裝置的損害因素有所下降。在面對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的突發(fā)狀況，智能變電站可通過(guò)繼電保護(hù)來(lái)發(fā)出預(yù)警，讓相關(guān)技術(shù)人員對(duì)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(hù)設(shè)備會(huì)及時(shí)清除它們，將電網(wǎng)與故障節(jié)點(diǎn)分開(kāi)，防止故障擴(kuò)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(hù)故障檢測(cè)方法介紹

（一）參照法

對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行日常檢測(cè)的最常用的方法就是參照法。通過(guò)這個(gè)方法對(duì)繼電保護(hù)故障進(jìn)行檢測(cè)，需要使用它的正常數(shù)據(jù)作為參考。通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置里的參數(shù)進(jìn)行大量的比對(duì)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一旦發(fā)生接線問(wèn)題的時(shí)候，工作人員的通常做法是，利用參照法對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，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(duì)的工作任務(wù)，在改造過(guò)程中，通常的做法是對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行更換。但是，在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)發(fā)生同路接線困難等問(wèn)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(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)出來(lái)的數(shù)值和繼電保護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之間誤差比較大，對(duì)繼電保護(hù)裝置的問(wèn)題就不好判斷，這時(shí)候不應(yīng)該對(duì)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(duì)其他元件進(jìn)行檢測(cè)并分析，從而進(jìn)行綜合分析。在處理問(wèn)題的過(guò)程中，確保繼電保護(hù)裝置是同一個(gè)回路是基本的要求。如果檢測(cè)的結(jié)果真實(shí)可靠，而且確信裝置存在問(wèn)題，就要及時(shí)進(jìn)行更換處理。

（二）分段法

在日常的維護(hù)工作中，分段法也是常用的檢測(cè)方法。按照這個(gè)檢測(cè)方法，首先要對(duì)系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行劃分，根據(jù)一定的順序?qū)υO(shè)備逐個(gè)進(jìn)行檢查并找出故障。在這個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)高頻保護(hù)收發(fā)機(jī)的定期檢測(cè)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(yùn)行是否正常。二是檢查接收信號(hào)的情況。通過(guò)分段法的方式進(jìn)行劃分，從而對(duì)收發(fā)機(jī)和大型設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)的方法就叫分段法。這種檢測(cè)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(duì)繼電保護(hù)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(shí)際工作中還有第3 種檢測(cè)的方法——替換法。這種方法比較容易理解，按照通常的說(shuō)法，當(dāng)保護(hù)裝置里的某個(gè)元件出現(xiàn)故障的時(shí)候，就找相同的元件替換它，然后，對(duì)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(yùn)行正常，這種情況說(shuō)明問(wèn)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(shuō)明，問(wèn)題不是出在元件上，最初的判斷是錯(cuò)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(duì)復(fù)雜，而且技術(shù)含量太高，而這種方法比較簡(jiǎn)單而且容易操作，因此，在實(shí)際工作中的運(yùn)用相對(duì)廣泛。但是，這個(gè)辦法也有一個(gè)缺陷，就是查找故障比較浪費(fèi)時(shí)間，使得故障不能及時(shí)排除。

四、變電站與繼電保護(hù)技術(shù)

繼電保護(hù)作為安全電網(wǎng)的第一道防線應(yīng)迅速檢測(cè)到阻隔點(diǎn)，并對(duì)所有的故障點(diǎn)都能迅速隔離開(kāi)。建造必須有四個(gè)特征：可靠性、速度性、靈敏性和有選擇性。繼電保護(hù)經(jīng)歷了整流型、晶體管型、集成電路、保護(hù)微計(jì)算機(jī)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(kāi)發(fā)階段，繼電保護(hù)技術(shù)的四個(gè)特性也在不斷改善。根據(jù)電網(wǎng)的異常情況，繼電保護(hù)需要快速、精確并可靠地解決故障，計(jì)算電力系統(tǒng)的過(guò)渡問(wèn)題信息，使用基波來(lái)解決問(wèn)題，不同故障的時(shí)間范圍不同，算法也不同。繼電保護(hù)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(lái)自互感器，輸出到開(kāi)關(guān)直至跳閘。通過(guò)微計(jì)算機(jī)的保護(hù)，保護(hù)裝置有效地解決了設(shè)備簡(jiǎn)化與邏輯電路的問(wèn)題，并擁有執(zhí)行功能。主設(shè)備和二級(jí)設(shè)備之間的交流信息主要由二次電纜進(jìn)行。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置必須是在出現(xiàn)故障的地方絕緣故障，簡(jiǎn)化保護(hù)繼電保護(hù)系統(tǒng)連接將提高繼電保護(hù)的穩(wěn)定性與可靠性。

（一）傳統(tǒng)變電站與繼電保護(hù)

現(xiàn)如今自動(dòng)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(lái)新的局面。過(guò)程層設(shè)備國(guó)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(yùn)行方式。根據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和繼電保護(hù)“四性”的不斷提高，繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線的重要性越來(lái)越得以充分表現(xiàn)。所有技術(shù)中，繼電保護(hù)的“四性”已成為根本準(zhǔn)則。

（二）智能變電站與繼電保護(hù)

因?yàn)橹悄茏冸娬局械腎EC61850 逐漸被應(yīng)用起來(lái)，所以繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)生了極大的變革。它不會(huì)像原來(lái)的獨(dú)立性一樣，而是開(kāi)展了將以前的“保護(hù)裝置”時(shí)代向“保護(hù)系統(tǒng)”進(jìn)行轉(zhuǎn)化，與保護(hù)設(shè)備能夠進(jìn)行一次性融合。在如今這類新勢(shì)力下，繼電保護(hù)的“四性”怎樣才能得以提升，繼電保護(hù)在國(guó)際上的地位如何才能得到保持。繼電保護(hù)工作者為國(guó)家智能發(fā)電站的謀劃帶來(lái)了創(chuàng)新，為間隔裝置和自動(dòng)型信息獲取的安全與可依靠性帶來(lái)了一個(gè)“嶄新的世界”。由智能發(fā)電站的自身優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)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(hù)系統(tǒng)架構(gòu)。智能發(fā)電站繼電保護(hù)技術(shù)多半是由傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；就像三層兩網(wǎng)的保護(hù)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(guò)去傳輸?shù)哪M和開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字編輯利用電路、跳閘電路和繼電器保護(hù)，可靠地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的四個(gè)方面也提出了更高的要求。

五、結(jié)語(yǔ)

電力是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要支撐點(diǎn)，在社會(huì)發(fā)展中起著重要作用。電力在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)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(hù)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(hù)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(jiǎn)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(shì)。但智能變電站的繼電保護(hù)技術(shù)同時(shí)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(cè)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(shí)施的計(jì)劃在工程實(shí)踐中不斷進(jìn)步，在智力實(shí)踐中不斷發(fā)展。在保護(hù)繼電器方面，從電子選擇變壓器到常規(guī)模式，再通過(guò)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(wú)所有到應(yīng)有盡有再到一無(wú)所有。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)正在向吸收強(qiáng)度、生態(tài)、敏捷性和可靠性的方向進(jìn)行全面發(fā)展。