智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)

楊欣

國網(wǎng)甘肅省電力公司慶陽供電公司 甘肅 慶陽 745000

引言

在這一階段，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行已成為確保社會穩(wěn)定發(fā)展和經(jīng)濟(jì)價值持續(xù)增長的重要基礎(chǔ)，對人民的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生重大影響。在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支持下，電網(wǎng)建設(shè)逐步實(shí)現(xiàn)了智能化運(yùn)行應(yīng)用。利用計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一次和二次設(shè)備的信息管理，并構(gòu)建一個智能平臺，以提高智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

1 智能電網(wǎng)

傳統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)計主要采用母線、環(huán)形和星形三種方式，設(shè)計內(nèi)容比較煩瑣，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的影響。線性設(shè)計智能電網(wǎng)原理非常簡單，運(yùn)行效率很高。智能電網(wǎng)的每個節(jié)點(diǎn)都可以作為向用戶提供服務(wù)的電源，可以真正實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線路的雙向運(yùn)行。分布式電源作為智能電網(wǎng)的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，具有很寬的配電范圍，可以形成整個電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，達(dá)到真正獨(dú)立使用的目的。在智能的實(shí)際操作中，可變性和靈活性是不可接受的[1]。

2 繼電保護(hù)的重要性

在智能電網(wǎng)環(huán)境中，繼電保護(hù)有其自身的意義。當(dāng)前，我國人口具有基數(shù)大、增長快、總量大的特點(diǎn)，人民實(shí)際用電需求不斷增加。此外，隨著我國城市化進(jìn)程的逐步加快，城市各地區(qū)對電力的需求也日益增加。這無疑給現(xiàn)有的供電企業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)和壓力，智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，可以有效滿足這些要求。目前，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)過不斷的發(fā)展和研究，取得了良好的效果。但是，在智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷創(chuàng)新和突破中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。由于智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相似，故障也會發(fā)生。繼電保護(hù)技術(shù)作為改善這種狀況的有效技術(shù)手段，可以保證智能電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的安全。當(dāng)智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，繼電保護(hù)技術(shù)可以立即發(fā)出預(yù)警并自動關(guān)閉故障設(shè)備。當(dāng)相關(guān)工作人員聽到警報時，可以及時解決問題，智能電網(wǎng)可以恢復(fù)正常，準(zhǔn)時工作。在智能電網(wǎng)環(huán)境中，繼電保護(hù)技術(shù)的本質(zhì)含義是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行的安全，保障用戶用電安全，降低供電公司實(shí)際供電時可能出現(xiàn)的風(fēng)險。因此，繼電保護(hù)技術(shù)對于智能電網(wǎng)建設(shè)非常重要[2]。

3 我國智能電網(wǎng)建設(shè)面臨的特殊問題

3.1 輸電方式的影響

中國的煤炭、水能和風(fēng)能資源主要分布在西部和北部地區(qū)，電力負(fù)荷主要分布在東部、中部和南部沿海地區(qū)，交直流混合、超/特高壓輸電方式，在輸電過程中容易發(fā)生安全事故，因此，電力系統(tǒng)，特別是直流輸電的穩(wěn)定發(fā)展，輸電方式以及交直流系統(tǒng)之間的相互作用，不僅會影響對交流電的控制。交流和直流線路，也會對繼電保護(hù)產(chǎn)生不利影響。

3.2 揮發(fā)性新能源的使用問題

隨著我國能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，不斷開發(fā)新能源以減少化石能源的消耗，目前，我國主要使用風(fēng)能、太陽能等新能源。但是，這些新能源具有隨機(jī)性、可調(diào)度性、間歇性等特點(diǎn)，一旦電網(wǎng)容量不足，將影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和新能源發(fā)電。運(yùn)行控制與常規(guī)的能量功率控制方法之間的差異較大，這在一定程度上增加了控制電力系統(tǒng)運(yùn)行的難度。

3.3 新能源電力缺乏在現(xiàn)場平衡的互補(bǔ)電力

當(dāng)前，我國水力發(fā)電廠，燃?xì)獍l(fā)電廠等動力源仍然不足，無法補(bǔ)充新能源，造成了以下問題。①連接新能源后，需要調(diào)整燃煤點(diǎn)火裝置的工作條件，使設(shè)備的工作壓力降低，設(shè)備的老化加速。②新能源并網(wǎng)時，不僅會降低系統(tǒng)的調(diào)峰能力，而且會降低電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，因此有必要加強(qiáng)新能源與電網(wǎng)的平衡。優(yōu)化能源和動力補(bǔ)充系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

4 構(gòu)建智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)系統(tǒng)

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，伴隨著智能電網(wǎng)模型的發(fā)展，繼電保護(hù)也不斷得到完善。例如，取消了傳統(tǒng)的集成電路式繼電保護(hù)方式，取而代之的是微機(jī)式繼電保護(hù)，模型也在大數(shù)據(jù)技術(shù)下不斷創(chuàng)新和演進(jìn)。由于智能電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)有的繼電保護(hù)模型已不能滿足實(shí)際工作需要。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)就是要加強(qiáng)繼電保護(hù)評估的可靠性。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在各種電網(wǎng)環(huán)境下，繼電保護(hù)測量數(shù)據(jù)具有較高的不連續(xù)性，采用平均值計算削弱了繼電保護(hù)的可靠性，需要基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的監(jiān)控時間設(shè)置繼電保護(hù)系統(tǒng)。

在智能電網(wǎng)環(huán)境下，智能變電站的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)了“三層兩網(wǎng)”，即過程層、間隔層和站控層。使用Internet 可以實(shí)現(xiàn)所有級別的實(shí)時控制，可以實(shí)時控制平臺和智能變電站的結(jié)構(gòu)。常規(guī)繼電保護(hù)與智能繼電保護(hù)存在很大區(qū)別。常規(guī)繼電保護(hù)采樣值主要是直接從傳感器傳輸?shù)奖Ｗo(hù)裝置。智能繼電保護(hù)將采集到的信息通過合并裝置傳輸，同時采集后的開關(guān)傳遞給保護(hù)裝置，消除二次電纜中的障礙，提高信息傳輸效率。綜合考慮智能電網(wǎng)發(fā)展對繼電保護(hù)的影響如下：①隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)中元器件數(shù)量的增加，尤其是元器件的精度和技術(shù)含量越來越高，繼電保護(hù)的難度越大，繼電保護(hù)的可靠性也隨之增加。例如，在智能電網(wǎng)環(huán)境中，微小的故障會影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，因此需要繼電保護(hù)系統(tǒng)來提高可靠性，構(gòu)建完整的建模系統(tǒng)，準(zhǔn)確識別智能電網(wǎng)中的故障。②繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。傳統(tǒng)繼電保護(hù)是點(diǎn)對點(diǎn)連接，智能電網(wǎng)的普及實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)連接，拓?fù)渥兊酶屿`活，因此繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該更加靈活。③提高了自動化裝置的功能要求。例如：智能電網(wǎng)中的PMU和WAMS網(wǎng)絡(luò)可以為電力系統(tǒng)提供防御和應(yīng)急控制，以達(dá)到智能電網(wǎng)的控制目的。但是，由于構(gòu)建智能電網(wǎng)時還必須考慮與現(xiàn)有電網(wǎng)模型的連接，繼電保護(hù)也必須考慮與傳統(tǒng)繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)，具體可以在線路的一側(cè)使用電子式電流互感器，線路的另一側(cè)使用電子式互感器，以防止出現(xiàn)故障[4]。

5 智能電網(wǎng)環(huán)境下的繼電保護(hù)技術(shù)

5.1 系統(tǒng)重構(gòu)

與過去的電網(wǎng)應(yīng)用中的繼電保護(hù)技術(shù)相比，智能電網(wǎng)環(huán)境中使用的繼電保護(hù)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。主要區(qū)別在于智能電網(wǎng)應(yīng)用中的繼電保護(hù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重新配置。在現(xiàn)階段，我國智能電網(wǎng)所使用的設(shè)備和程序與舊電網(wǎng)的應(yīng)用之間存在一些差異，在這種背景下，繼電保護(hù)技術(shù)也有新的要求，但繼電保護(hù)技術(shù)的設(shè)備方案有所不同，無法從過去和現(xiàn)在的應(yīng)用中刪除。如果這不匹配，則必須重新構(gòu)建系統(tǒng)。通過重新配置繼電保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)并更改線路的結(jié)構(gòu)和性能，不同的系統(tǒng)可以在智能電網(wǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定地運(yùn)行，并在大數(shù)據(jù)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)安全保障。

5.2 廣域保護(hù)

為了在智能電網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行繼電保護(hù)，有必要確定廣域保護(hù)的關(guān)鍵要素。廣域保護(hù)的作用是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與輸電系統(tǒng)之間高效，及時的信息傳輸，是保護(hù)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和及時性的重要基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)的每個系統(tǒng)中都存在各種信息和數(shù)據(jù)。只需更改繼電保護(hù)的實(shí)際配置，就可以大大提高電網(wǎng)的運(yùn)行水平和容量?？梢钥吹綇V泛在智能電網(wǎng)中的重要性。保護(hù)環(huán)境中的區(qū)域。廣域保護(hù)實(shí)施系統(tǒng)一般分為廣域集中式，IED分散式，站區(qū)集中式和區(qū)域分布3種，由于這3種系統(tǒng)模式不同，電氣設(shè)備設(shè)置也不同。在實(shí)際運(yùn)行中，有必要結(jié)合受保護(hù)的電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中的運(yùn)行，確定正確的應(yīng)用模式，提高廣域保護(hù)的強(qiáng)度，并最終顯著提高智能電網(wǎng)中信息的傳輸效率。

5.3 保護(hù)裝置

在智能電網(wǎng)環(huán)境中應(yīng)用電氣設(shè)備的重要部分是保護(hù)單一電源。在智能電網(wǎng)運(yùn)行期間保護(hù)電氣設(shè)備可以發(fā)揮作用，并且設(shè)備的應(yīng)用會影響智能電網(wǎng)運(yùn)行，因此應(yīng)注意單一源保護(hù)。市場上通常使用許多類型的電氣設(shè)備，例如變壓器、發(fā)電機(jī)組、AC線和DC線。在實(shí)際操作中，有必要保護(hù)現(xiàn)有的單一手稿，提高效率，并將其應(yīng)用于智能電網(wǎng)環(huán)境，以發(fā)揮良好的作用。勵磁涌流的類型多種多樣，容易混淆、隨機(jī)、非線性等，因此在操作中最重要的是識別勵磁涌流，并注意保護(hù)勵磁涌流，了解單一來源保護(hù)的優(yōu)勢和進(jìn)展[5]。

6 基于智能電網(wǎng)的智能保護(hù)技術(shù)設(shè)計

操作盒不需要發(fā)布該規(guī)范，而只需使用GPS進(jìn)行時間同步（接口為B代碼或1EEE1588，時間同步信號可以通過光纖傳輸）。功能和技術(shù)指標(biāo)變得清晰。更容易完成制造商的生產(chǎn)。但是，操作箱的溫度，濕度和電磁干擾必須滿足測試要求。操作箱必須根據(jù)某些條件執(zhí)行一套完整的雙工設(shè)計，以一種方式切斷電路，并保留觸點(diǎn)以供間隔刀操作使用。這時，必須考慮5個防抱死觸點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)有模型處理浙江模型。母線聯(lián)絡(luò)斷路器通常是分開的，并且在兩側(cè)都連接有不同的變壓器。如果一個變壓器不能正常工作，則合上斷路器可以使另一變壓器繼續(xù)用于供電。必須將操作箱安裝在電源之間的間隙中，并且并聯(lián)設(shè)備的電壓構(gòu)成并聯(lián)回路。無須在主變壓器的主體空間中安裝操作箱，主體的保護(hù)以及測量和控制的安裝可直接在現(xiàn)場完成，也可采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行。

7 繼電保護(hù)裝置發(fā)展趨勢

7.1 繼電保護(hù)的多樣化

為了充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的優(yōu)勢，提高繼電保護(hù)裝置的質(zhì)量，同時需要在繼電保護(hù)裝置的開發(fā)中充分結(jié)合智能電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用。繼電保護(hù)的各項(xiàng)發(fā)展，準(zhǔn)確識別和促進(jìn)智能與功能的結(jié)合，推動繼電保護(hù)的創(chuàng)新和優(yōu)化。繼電保護(hù)一方面應(yīng)具備傳統(tǒng)功能，另一方面應(yīng)利用監(jiān)測和調(diào)節(jié)輸電效率和雙向輸電指標(biāo)的靈活優(yōu)勢，有效降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

7.2 數(shù)字化智能繼電保護(hù)

智能電網(wǎng)涵蓋了不同類型的數(shù)字化技術(shù)，這也意味著繼電保護(hù)數(shù)字化已成為繼電保護(hù)發(fā)展的一大趨勢。數(shù)字傳感器的發(fā)展水平在不斷提高。一方面優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸功能，另一方面在一定程度上減少了現(xiàn)有傳感器應(yīng)用的諸多不足，有效保持了傳感器的穩(wěn)定性，提高了傳感器的科學(xué)性。當(dāng)傳感器升級后，傳感器的輔助功能會比以前更加完善。不僅如此，數(shù)字化還可以大數(shù)據(jù)技術(shù)融入繼電保護(hù)中。大數(shù)據(jù)支持的繼電保護(hù)裝置可以采集各類正常和故障信息，因此繼電保護(hù)的性能具有很強(qiáng)的邏輯性和智能化特征。

8 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)我國智能電網(wǎng)保護(hù)業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀，我國智能電網(wǎng)繼電保護(hù)業(yè)務(wù)將繼續(xù)朝著更完整、更智能的方向應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和通信集成的方向發(fā)展。工作人員必須認(rèn)真分析繼電保護(hù)裝置的常規(guī)故障，以科學(xué)，迅速的方式準(zhǔn)確找到故障的位置，并提出相應(yīng)的故障排除措施，以促進(jìn)繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，提高其性能。