智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

王文強(qiáng) 盧熠然 周奕婷

（華能（福建）能源開發(fā)有限公司福州分公司，福建福州 350299）

0.引言

對(duì)于智能電網(wǎng)而言，接線方式較普通電網(wǎng)更加復(fù)雜多樣，在一定響度上加大了電網(wǎng)交錯(cuò)連接現(xiàn)象的發(fā)生概率。在解決此類問題的過程中，必須充分發(fā)揮出繼電保護(hù)裝置在智能電網(wǎng)當(dāng)中的作用。但是，由于智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)還不夠穩(wěn)定，給繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用帶來諸多阻礙，有必要結(jié)合智能電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)制訂出科學(xué)有效的繼電保護(hù)措施，以此來促進(jìn)繼電保護(hù)效果和智能電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)效的全面提升。

1.智能電網(wǎng)的應(yīng)用特征

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)在智能化程度和運(yùn)行控制性能方面實(shí)現(xiàn)了大幅度提升。雖然我國(guó)智能電網(wǎng)正處在起步階段，但其應(yīng)用特征已經(jīng)表現(xiàn)得較為明顯，大致分為幾個(gè)方面：首先，防干擾性能。這一特性主要來自智能電網(wǎng)線路當(dāng)中增設(shè)的傳感器設(shè)備。安裝于電網(wǎng)線上當(dāng)中的傳感器可以持續(xù)觀測(cè)外部情況，一旦遇到干擾因素，與傳感器相連接的管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。提示線路維護(hù)人員消除干擾因素，將其負(fù)面影響降至最低。其次，安全評(píng)估性能。智能電網(wǎng)可以針對(duì)線路行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)安全評(píng)估與分析，當(dāng)遇到電網(wǎng)故障時(shí)，系統(tǒng)不僅使故障問題得到自行診斷與自我隔離，還可以結(jié)合故障原因?qū)ζ溥M(jìn)行自我修復(fù)。從而最大限度降低故障影響及線路維修成本，促進(jìn)供電質(zhì)量和線路性能的全面提升[1]。最后，兼容性。在智能電網(wǎng)當(dāng)中，可以容納可再生能源所生成的分布式電源和微電網(wǎng)接入，在整個(gè)線路當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)多種電能資源的更高效交流與互動(dòng)，從而更好地滿足電力用戶的供民需求。并且使整個(gè)電網(wǎng)呈現(xiàn)出更高經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性，實(shí)現(xiàn)資源的最合理分配，提高可再生資源的利用率，全面降低傳統(tǒng)發(fā)電方式對(duì)于自然資源的消耗，使供電過程呈現(xiàn)出更強(qiáng)的節(jié)能環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益[2]。

2.繼電保護(hù)技術(shù)的價(jià)值

通過對(duì)以往的電力系統(tǒng)故障原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分，發(fā)現(xiàn)短路現(xiàn)象是主要故障原因之一。一旦發(fā)生短跑故障，就會(huì)對(duì)供電線路當(dāng)中的各種元件造成不同程度的損傷。當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)火險(xiǎn)、爆炸等重大安全事故，這勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊居民的人身財(cái)產(chǎn)及生產(chǎn)設(shè)施安全造成巨大威脅。因此，希望借助繼電品的保護(hù)作用減少短路故障，降低此類故障對(duì)供電線路的損傷。在繼電保護(hù)技術(shù)的支持下，即便電氣設(shè)備發(fā)生短路故障，也可以通過機(jī)電系統(tǒng)的調(diào)控作用，將受損元件從電力系統(tǒng)當(dāng)中迅速撤出，避免線路及相關(guān)供電設(shè)備受到更大的損害，從而保證其他元件的正常運(yùn)行。但是，在使用繼電器對(duì)供電線路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，要結(jié)合結(jié)合線路實(shí)際情況以及電力系統(tǒng)元件易受損程度等因素，采用適合的保護(hù)方法。只有這樣，才能充分發(fā)揮出繼電保護(hù)的作用價(jià)值，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障[3]。

3.智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的新要求

由于智能電網(wǎng)本身具備自動(dòng)化故障維修與診斷功能，所以對(duì)線路當(dāng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)也提出了很高的要求，具體包括：

（1）運(yùn)行方式要求。在智能電網(wǎng)的運(yùn)行方式上，具有多變性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，導(dǎo)致在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因?yàn)榫嚯x保護(hù)和過流保護(hù)等問題導(dǎo)致定值計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確。為了消除這一影響，確保智能電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，必須基于智能電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)定值計(jì)算，確保各項(xiàng)指標(biāo)及參數(shù)的精準(zhǔn)性與科學(xué)合理性，從而保證所有供電設(shè)備在運(yùn)行過程中的高效性和安全穩(wěn)定性[4]。（2）對(duì)線路檢修的要求。線路巡檢人員要定期針對(duì)管轄范圍內(nèi)的所有供電設(shè)備進(jìn)行巡檢與維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除故障隱患，更換掉存在老化跡象、磨損嚴(yán)重的設(shè)備元件，確保所有供電設(shè)備均處于最佳運(yùn)行狀態(tài)之中，從根本上降低供電故障的發(fā)生概率。（3）繼電保護(hù)構(gòu)成要求。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)電源結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。而智能電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)主要通過傳感器對(duì)供電系統(tǒng)當(dāng)中的重要設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并且完成數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算以及分析工作，并且針對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。因此，智能繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)而言更加復(fù)雜，但對(duì)于供電系統(tǒng)的保護(hù)作用也更加突出[5]。

4.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

4.1 自動(dòng)調(diào)整保護(hù)功能

對(duì)于智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)而言，可以根據(jù)具體的故障狀態(tài)及運(yùn)行方式對(duì)保護(hù)定值及保護(hù)模式做出相應(yīng)的調(diào)整。這樣一來，便擴(kuò)大了繼電保護(hù)的范圍，充分顯現(xiàn)出繼電保護(hù)性能及其作用價(jià)值。具體而言，通過運(yùn)用繼電保護(hù)技術(shù)，大大減少了過渡電阻變化、單相接地短路以及頻率變化等一系列智能電網(wǎng)故障誘發(fā)因素。另外，繼電保護(hù)技術(shù)使智能電網(wǎng)的自控能力和自愈能力獲得有效保證。即使遇到出現(xiàn)系統(tǒng)無法自愈的故障問題，也可以將故障信息第一時(shí)間提供供給線路檢修人員，從而爭(zhēng)取更多的故障搶修時(shí)間，使線路檢修工作效率及應(yīng)急事件處理能力獲得整體提升[6]。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化

通過繼電保護(hù)技術(shù)，可以使智能電網(wǎng)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能的自動(dòng)化控制，并且使通信傳輸及信息收集等功能融入智能電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中。FACTS部件安裝，就屬于智能電網(wǎng)當(dāng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在安裝過程中，借助繼電保護(hù)技術(shù)，不僅可以保證各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)及裝配位置的科學(xué)合理性，還可以記錄FACTS部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)，再借助這些數(shù)據(jù)對(duì)其他關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最大限度提高智能電網(wǎng)系統(tǒng)的自愈能力[7]。

4.3 提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度

通過繼電保護(hù)技術(shù)，可以有效保證智能電網(wǎng)傳輸電氣量的精準(zhǔn)性，針對(duì)那些重要部件的溫度，掌握線路及變壓器載荷情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并且針對(duì)線路故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位，了解各項(xiàng)供電設(shè)備的運(yùn)行狀況，從而更加及時(shí)地捕捉到線路故障隱患問題，協(xié)助運(yùn)維人員實(shí)施線路檢修工作[8]。

4.4 提高設(shè)備運(yùn)行效率

對(duì)于當(dāng)前的智能電網(wǎng)而言，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集、計(jì)算以及判斷分析。在這些模式下，一旦監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)線路存在故障問題，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)遠(yuǎn)程修正、監(jiān)控保護(hù)定值以及電網(wǎng)保護(hù)等多項(xiàng)功能。如果無法通過系統(tǒng)自俞功能消除故障，還可以針對(duì)故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并且將故障信息信息提供給配電線路運(yùn)維人員，以便于盡快展開故障搶修工作，使故障搶修效率獲得大幅提升，使智能電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量獲得有效保障。

5.智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

5.1 超高壓交直流電混輸技術(shù)

伴隨著我國(guó)用電需求量的大幅增加，加快了智能電網(wǎng)的普及速度，凸顯出電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的重要價(jià)值，這無疑為超聲高壓交直流混輸技術(shù)應(yīng)用提供了機(jī)遇。比如當(dāng)智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過應(yīng)用超高壓交直流混輸技術(shù)，可以使繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中的互感器發(fā)揮出強(qiáng)大的作用功能。但是，由于智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，有必要將諧波作用繼電保護(hù)的一項(xiàng)重要依據(jù)，針對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前的正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效判斷。幫助相關(guān)工作人員及時(shí)了解智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，賦予智能電網(wǎng)更高的安全可靠性[9]。

5.2 智能傳感技術(shù)

通過智能傳感技術(shù)的運(yùn)用，可以最大限度提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的信息采集功能，并且使系統(tǒng)呈現(xiàn)出更高的便捷程度，需要針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行確認(rèn)，確保其作用價(jià)值的有效發(fā)揮。以變壓器為例，可以針對(duì)振動(dòng)傳感器、溫度、傳感器與流量傳感器的應(yīng)用裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，充分發(fā)揮出傳感器的監(jiān)測(cè)功能價(jià)值與控制作用，確保繼電保護(hù)作用的有效發(fā)揮。同時(shí)，通過傳感器對(duì)智能傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使相關(guān)數(shù)據(jù)得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況。在此基礎(chǔ)上，采取有效措施避免外部環(huán)境對(duì)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行情況的干擾，并且為其他相關(guān)儀器提供必要的保護(hù)與支持。由于智能傳感技術(shù)本身具備較訓(xùn)的效率，所以在收集繼電保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息方面，發(fā)揮非常重要的作用與價(jià)值。

5.3 廣域保護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集工作主要憑借單端量或雙端量這2種模式來完成。但是，不論單端量模式還是雙端量模式，在數(shù)據(jù)信息集采的過程中都存在較大的局限性，甚至導(dǎo)致傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)無法適應(yīng)智能電網(wǎng)的運(yùn)行需求。而對(duì)于新型繼電保護(hù)系統(tǒng)的廣域保護(hù)技術(shù)而言，首先以電網(wǎng)的子集作為數(shù)據(jù)分析和處理最小單位。其次在整個(gè)電網(wǎng)域的范圍內(nèi)，可以同時(shí)針對(duì)多個(gè)子集信息進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總與分析。這樣一來，確?？梢葬槍?duì)電網(wǎng)故障位置及其原因進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并且有針對(duì)性地提出解決問題的方法與途徑。廣域保護(hù)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以針對(duì)整個(gè)智能電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行安全自動(dòng)控制。比如針對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)處理以及自動(dòng)復(fù)位，繼電保護(hù)裝置具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力和工作效率，使智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性得到有效保障[10]。

5.4 保護(hù)系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)

通過運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，可以針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行在線配置與重組，呈現(xiàn)更加科學(xué)合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且使繼電保護(hù)功能得到優(yōu)化，使其具備更強(qiáng)的適應(yīng)能力。重構(gòu)技術(shù)具有較高的靈活適應(yīng)性，當(dāng)其針對(duì)繼電保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，能夠適應(yīng)不同電網(wǎng)的運(yùn)行需求，并且針對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。一旦檢測(cè)到繼電保護(hù)裝置存在故障或者相關(guān)隱患問題時(shí)，還可以自動(dòng)搜索能夠替代故障問題的保護(hù)裝置或系統(tǒng)，使故障問題得到快速修復(fù)，以免對(duì)智能電網(wǎng)正常運(yùn)行造成不良影響。

5.5 通信技術(shù)

基于智能電網(wǎng)的雙向通信功能，繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和校正功能才能得以實(shí)現(xiàn)。比如當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。并且借助于通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)智能電子設(shè)備之間的通信，這也是繼電保護(hù)器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的必要條件。通信技術(shù)可以雷傲繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮出無功補(bǔ)償、潮流分配等功能作用，避免智能電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電故障。

5.6 參考量測(cè)技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)是將系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并且生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，再將數(shù)據(jù)信息傳遞到智能電網(wǎng)的各個(gè)方位，發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值。此項(xiàng)技術(shù)可以為繼電保護(hù)系統(tǒng)和電網(wǎng)運(yùn)維人員提供大量有效的數(shù)據(jù)信息，如電能質(zhì)量、相位關(guān)系、變壓器及線路負(fù)荷、故障位置、故障原因、停電確認(rèn)、設(shè)備健康狀況等，協(xié)助電網(wǎng)運(yùn)維人員更及時(shí)、更精準(zhǔn)地開展線路及設(shè)備檢修保養(yǎng)工作。另外，將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)程序當(dāng)中，在廣域管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用控制之下，可以在多個(gè)電力系統(tǒng)之間進(jìn)行信息互通，使繼電保護(hù)系統(tǒng)的作用價(jià)值得到更大限度的發(fā)揮。

5.7 決策支持技術(shù)

智能繼電保持系統(tǒng)具有較強(qiáng)的控制技術(shù)，使繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)得到有效的分析、判斷與預(yù)測(cè)。針對(duì)故障部位，第一時(shí)間作出隔離、切除等決策，使智能配電線路得到有效保護(hù)。另外，還可以第一時(shí)間連接專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)所能控制的范圍之內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使故障問題得到快速處理，使智能電網(wǎng)故障得以自愈。

6.結(jié)語

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要一套先進(jìn)科學(xué)的繼電保護(hù)技術(shù)與之相匹配，使智能電網(wǎng)呈現(xiàn)出更高的安全穩(wěn)定性。對(duì)此，需要給傳統(tǒng)的繼續(xù)保護(hù)技術(shù)提供巨大挑戰(zhàn)，但也帶動(dòng)了各項(xiàng)新技術(shù)的生成與運(yùn)用。在今后的智能電網(wǎng)發(fā)展中，繼電保護(hù)技術(shù)將發(fā)揮出更加強(qiáng)大的作用與優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定性以及智能化水平的全面提升。