基于大數(shù)據(jù)的繼電保護智能控制體系分析

曹懿穎

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司高郵市供電分公司 江蘇 揚州 225600

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，各行各業(yè)和日常生活對電力的需求也越來越大。面對這種情況，有必要改變傳統(tǒng)的變電站，利用先進的科學技術來建設更加穩(wěn)定和智能的變電站，這樣不僅能夠減少管理人員的數(shù)量，也能有效提高供電安全性，從而促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。而隨著智能電網(wǎng)的普及和大量智能變電站的投入使用，智能變電站在繼電保護方面也有著更高的技術要求，但是現(xiàn)實情況是，繼電保護方面依然存在諸多不足，必須及時采取有效措施，以保證電力運行的安全。

1 繼電保護智能運維系統(tǒng)構架

隨著我國科學技術的不斷升級﹑優(yōu)化與創(chuàng)新，繼電保護運維系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的輔助工具得到了進一步改良與調(diào)試，在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，智能變電站繼電保護運維系統(tǒng)能夠充分呈現(xiàn)綜合化﹑自動化的特征，將其運用在電力系統(tǒng)中，不僅可以有效維護智能設備終端，也能有效進行電力系統(tǒng)的故障信息分析，還可以高效獲取設備運行參數(shù)[1]。同時，該系統(tǒng)在使用過程中可以將獲取到的數(shù)據(jù)信息傳遞至網(wǎng)絡控制中心，從而實現(xiàn)設備信息以及作業(yè)數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測，便于工作人員在界面上實施工作管理，達到提升變電站工作效率的目的，具體的系統(tǒng)架構為：站控層，包括自動化監(jiān)視控制系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)；間隔層，包括繼電保護控制裝置以及測控裝置；過程層，主要包括變電器﹑斷路器﹑隔離開關﹑互感器﹑智能終端以及合并單元。其中站控層網(wǎng)絡的作用在于進行定值修改，以便后續(xù)進行文件的快速傳送，而過程層的作用則在于檢測管理采樣值﹑閉鎖等信號傳輸流程。同時智能變電站繼電保護智能運維系統(tǒng)的架構還要采用IEC標準體系，采用獨立的采樣通道以及驅(qū)動信號通道。其中IEC標準體系能夠有效增強變電站的電力網(wǎng)絡與架構維護能力，確保其穩(wěn)定使用。智能繼電保護運維系統(tǒng)可以在保留傳統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)功能的基礎上進一步劃分邏輯設備，也能依照功能單元模塊區(qū)分路基節(jié)點，實現(xiàn)跳閘回復以及保護算法等節(jié)點的處理。

2 繼電保護技術的應用

2.1 變壓器繼電保護

變壓器在組成智能變電站中占據(jù)著舉足輕重的地位，是保障智能變電站和電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行必不可少的組成元素。為了保證智能電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)，就必須要重視起變壓器的相關工作，做好變壓器繼電保護工作。其中，變壓器繼電保護技術核心為對變壓器元件進行有效的保護，讓它能正常地發(fā)揮作用，保證變壓器的穩(wěn)定運行[2]。在繼電保護裝置安裝過程中，工作人員首先要采用合適的安裝方式和方法，制定合適的繼電保護技術運用計劃。例如在變壓器繼電保護技術的運用過程中，應在裝設必要繼電保護設備和裝置后，應對其非電量時的實際防護工作實施有效的管理，為對應繼電保護裝置上添加保護模塊，將電纜與保護模塊有機的結合，確保這些繼電保護裝置處于安全運行狀態(tài)，應確保設定保護模塊自身充分發(fā)揮保護作用，避免所設的上述保護裝置出現(xiàn)跳閘以及其他一些失效問題，從而才能更好地對變壓器在實際工作中進行防護。

2.2 智能傳感技術

在繼電保護關鍵技術之中，智能傳感技術的應用通過為繼電保護系統(tǒng)提供有效的信息與數(shù)據(jù)收集﹑傳輸，提高了繼電保護系統(tǒng)的功能性，也提高了繼電保護系統(tǒng)的高效性。以變電器中的繼電保護裝置為例，通過智能傳感技術的應用，將變壓器本身﹑一次側(cè)﹑二次側(cè)進行智能傳感監(jiān)測，以不同的傳感器運行模式，針對變電器不同的特性進行及時的監(jiān)測與分析，有效了解變壓器的工作情況，分析故障隱患，保障其安全穩(wěn)定的應用。如，在變壓器本身裝配振動傳感器，對其位移進行檢測；配置溫度傳感器，對其溫度進行檢測；配置流量傳感器對氣體和液體流量進行檢測。一次側(cè)與二次側(cè)由于受到環(huán)境因素的影響，可能會遭受冰凍﹑雨水等環(huán)境因素的影響，則不宜安裝振動傳感器，以免出現(xiàn)判斷錯誤的問題。在智能電網(wǎng)體系中，應用智能傳感技術，增強繼電保護裝置的智能化﹑自動化操作，并根據(jù)環(huán)境影響因素進行合理地設計與調(diào)配，以最大限度地發(fā)揮繼電保護系統(tǒng)的應用效果，保障電力的高效輸送。

2.3 新能源并網(wǎng)技術

對于智能電網(wǎng)的應用與發(fā)展來說，新能源并網(wǎng)是其重要的發(fā)展趨勢，也是智能電網(wǎng)體系未來的主要形式和方向。在智能電網(wǎng)體系中，對于可再生清潔能源的接入使用使得智能電網(wǎng)體系實現(xiàn)了能源的優(yōu)化利用以及可持續(xù)發(fā)展的目標，也大大提高了智能電網(wǎng)的工作效率，保障了供電輸送的有效性。新能源的使用主要包含了誰能﹑風能以及光伏能源等。新能源具有豐富的能源儲備以及可再生的資源發(fā)展特點，同時其對于自然環(huán)境﹑社會環(huán)境的污染及不良影響也相對較低，更適于緩解當前世界范圍內(nèi)的能源危機的問題。

2.4 廣域保護技術

在智能電網(wǎng)繼電保護中，應用廣域保護技術可以收集各類故障信息，快速做出跳閘應對措施，有效規(guī)避因跳閘引發(fā)的母線全停﹑局部短路及信號擾動等故障。廣域保護技術具備開閉鎖功能，為適應智能電網(wǎng)控制需求，可以靈活采用區(qū)域集中式﹑區(qū)域分布式，以及兩者配合式的保護模式。在廣域保護技術的支持下，能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)運行問題深入分析，提高繼電保護的自動化控制能力。

2.5 微分欠壓保護

微分欠壓保護作為一種重要繼電保護措施，應用過程中，需清楚電壓微分數(shù)值與電壓幅值水平之間，為了更好地應用。對電力系統(tǒng)中欠壓型保護裝置進行分析研究，并探討其具體實現(xiàn)方式，以期提升電力系統(tǒng)安全運行效率，降低事故發(fā)生概率。當前微分欠壓保護主要采用ABB與SIEMENS兩種方案[3]。本文分析了線路中欠壓保護裝置動作后對電網(wǎng)造成的影響，以及采用不同方法進行處理。線路上反映微分欠壓保護內(nèi)容是檢測電壓微分及電壓水平。當線路發(fā)生故障時，能夠通過測量線路兩端電壓差值來判斷是否存在異常狀況。在操作保護措施期間，電壓微分實現(xiàn)20m/s上升延時，當電壓發(fā)生變化時，上升沿寬度會發(fā)生改變。為了能夠使保護裝置具備足夠大的裕度，必須將這一問題進行解決。當不符合一定標準時，這種保護措施后備保護功能能充分發(fā)揮，但這種保護技術使用時不具備耐過渡電阻的效能，該保護措施靈敏性高，但是動作速度略慢。

3 大數(shù)據(jù)背景下繼電保護智能控制措施

3.1 加強裝置質(zhì)量控制

繼電保護裝置作為智能變電站系統(tǒng)的重要結構，在實際的運行過程中經(jīng)常會因為繼電保護裝置本身復雜的結構性的原因而存在運行故障風險。因此電力單位需要結合實際情況來合理挑選裝置，并對裝置的安裝質(zhì)量水平進行嚴格的把控，根據(jù)繼電保護系統(tǒng)的運行要求來制定出相應的檢測環(huán)節(jié)，以此來保證繼電保護裝置的性能能夠得以穩(wěn)定發(fā)揮。針對繼電保護系統(tǒng)的靈敏性以及安全性也需要電力企業(yè)進行裝置的科學選擇，并在安裝完成之后還需要根據(jù)相應標準來進行設備調(diào)試，在能夠保障其正常穩(wěn)定運行的條件下才能投入應用，以此來盡可能降低實際運行過程中的故障問題。而如果繼電保護裝置的定值與二次回路發(fā)生變化，就需要根據(jù)實際情況來進行針對性的處理，從而保證繼電保護裝置運行的穩(wěn)定性與安全性。

3.2 升級運維模式

為避免故障問題為電網(wǎng)運行造成破壞效果，智能變電站管理人員還需完成設備信息監(jiān)測模式的優(yōu)化，加大監(jiān)測力度，嚴格控制智能終端與合并單元間的距離，合理設置過程層網(wǎng)絡交換接間隔，提高交換接合網(wǎng)絡調(diào)度的科學性，以便解決不同情況下電網(wǎng)運行的問題[4]。同時還要明確智能終端現(xiàn)場操作與運行的需求，保障電網(wǎng)運行效果。實際需求是一切電網(wǎng)維護與保護措施應用的基礎，管理人員還需準確分析運行狀態(tài)，根據(jù)維護指導手冊對繼電保護系統(tǒng)采取關鍵維護技術，保障管理體系優(yōu)化效果。當然，在維護與優(yōu)化過程中，管理人員還需嚴格遵守技術原則與運行標準，在此前提下進行體系創(chuàng)新，對繼電保護設備實施高效檢測，為狀態(tài)檢修提供精確的數(shù)據(jù)信息，提高設備狀態(tài)評估結果的準確性，為后續(xù)監(jiān)控分析能力的提升奠定基礎。

3.3 完善全面保護策略

制度與策略是提升電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的必要條件，保護策略與智能變電站繼電保護系統(tǒng)的適配程度越高，變壓器保護可靠性也就越強。變電站管理人員還需充分明確這一要點，積極利用比率制動原理，實施差動保護策略，達到加強變壓器保護策略應用效果的目的。新時期背景下，智能變電站所應用的智能化技術也在不斷變化，只有充分利用差動保護技術，發(fā)揮小波理論與人工神經(jīng)網(wǎng)絡原理的優(yōu)勢，才能切實保障繼電保護系統(tǒng)的靈敏性，提高智能變電站電網(wǎng)運營故障識別能力。但受到多方因素的影響，我國對該保護策略的規(guī)劃與踐行能力均無法滿足繼電保護需求，常態(tài)下智能變電站繼電保護系統(tǒng)還是采用微機保護的形式。這一保護模式無論從處理能力還是記憶能力方面都能對智能變電站電網(wǎng)起到良好的保護效果，同時其自身的保護與測控性能也是促進智能變電站電網(wǎng)運營發(fā)展的有效條件。電網(wǎng)管理人員可利用這一優(yōu)勢，準確分析設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行中可能存在的安全隱患，并根據(jù)實際情況修改定制，達到提升繼電保護系統(tǒng)可靠性的目的。

3.4 加強裝置智能化建設

對于現(xiàn)代化變電站而言，無人值守要求繼電保護裝置需要具備更高的智能化水平。一方面，通過對繼電保護裝置的智能化建設，達到提升繼電保護裝置功能性和控制能力的目的，減小電力系統(tǒng)故障問題帶來的損失。另一方面，通過合理應用自動化技術，有助于提升日常電力系統(tǒng)維護管理的便利性和效率。需要將繼電保護裝置﹑相應監(jiān)測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等進行有機整合，實現(xiàn)智能化升級改造，形成一體化綜合系統(tǒng)[5]。相較于傳統(tǒng)繼電保護裝置而言，智能化背景下的繼電保護設備不僅要具備故障信號采集功能，還需要能夠借助互聯(lián)網(wǎng)等方式形成實時故障信息，能夠與控制中心進行互聯(lián)。因此，變電站應加強繼電保護裝置的智能化建設，積極利用先進信息技術實現(xiàn)變電站內(nèi)部設備﹑保護裝置﹑測控設備﹑計量裝置以及控制中心之間的信息交流和互換，再根據(jù)相應交流互換結果，實現(xiàn)對變電站的智能化維護管理，保障供電系統(tǒng)正常﹑穩(wěn)定運行。

3.5 異常故障解決

當智能變電站繼電保護系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，工程人員要及時分辨正常信號與異常信號，并以此為依據(jù)展開故障問題的研究，保障繼電保護系統(tǒng)設備修復效果，避免智能變電站電網(wǎng)運營發(fā)展受到嚴重影響。故障問題可能存在與智能變電站運營的各個環(huán)節(jié)，如交流采樣過程就可能出現(xiàn)異常問題，當交流采樣工作受到阻礙，系統(tǒng)管理人員首先要分析故障問題產(chǎn)生原因，借由繼電保護系統(tǒng)對數(shù)據(jù)跳變與數(shù)據(jù)錯誤情況進行分析，再檢查插件芯片是否處于正常應用狀態(tài)。當然，管理人員還要對智能變電站的典型故障做進一步了解與明確，構建起智能化的測試系統(tǒng)，保障智能變電站繼電保護系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能自動判斷是否屬于常見故障問題，降低故障檢測難度，提升繼電保護系統(tǒng)應用可靠性。

4 結束語

全面建設數(shù)字化智能電網(wǎng)工程項目，使高壓供電系統(tǒng)的運行更加安全，供電服務質(zhì)量也更加高效，其中繼電保護系統(tǒng)的可靠性設計是最為重要的部分，是決定電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的一個重要因素。因此，要著重分析大數(shù)據(jù)背景下繼電保護智能控制措施，以確保智能電網(wǎng)安全﹑穩(wěn)定﹑高效運行。