智能電網繼電保護的關鍵技術分析

王車正

國網江蘇省電力有限公司高郵市供電分公司 江蘇 揚州 225600

引言

智能電網體系正在通過科學技術手段與互聯網技術實現高效建設與發(fā)展的狀態(tài)。智能電網實現了電網的智能化發(fā)展，以集成﹑高速的雙向通信網絡為基礎，將先進的傳感﹑測量技術以及創(chuàng)新發(fā)展的設備﹑控制方法﹑決策支持系統等應用其中，實現了智能電網安全﹑可靠﹑高效的電力輸送及電力供應保障作用。繼電保護技術的應用，在智能電網中能夠保障電力輸送的穩(wěn)定性﹑高效性，對智能電網系統進行及時的﹑高效的監(jiān)控與故障預警﹑自動維修等程序化操作，進一步保障智能電網的安全性。

1 電氣自動化系統繼電保護概述

電氣自動化機電保護系統就是預防故障和控制設備，為了確保電力系統能夠安全﹑穩(wěn)定運行，要合理應用繼電保護設備，以此發(fā)揮預防和保護的作用。隨著社會的發(fā)展，人們對電氣自動化設備的安全﹑可靠性的要求也日益提高，通過應用繼電保護安全技術，也可以提高系統的安全性和穩(wěn)定性，同時促進電力系統的自動化﹑智能化﹑現代化的發(fā)展[1]。采用繼電保護技術后在發(fā)生電源故障時，繼電保護器會自動啟動，從而確定故障的具體位置和原因，并對相關人員進行報警，如果發(fā)生了嚴重的故障，可以通過跳閘來保護電氣設備，終止電力系統的運行，從而防止故障的進一步擴大。繼電保護器報警后，會向工作人員展示電氣設備故障的具體位置﹑范圍﹑原因等，工作人員可以借此迅速設置警戒線，預防安全事故的發(fā)生，保障員工的生命安全。一旦接到報警，維修人員就能依據繼電器的故障信息，在最短的時間內進行維修，盡量減少損失。隨著電力自動化技術的不斷發(fā)展，其內部結構也日趨復雜，對繼電保護器的需求也隨之提高，除了要具有遠程管理﹑控制和監(jiān)控功能外，還需要通過信息資源的共享，以保證電力系統的安全和穩(wěn)定。

2 繼電保護的特點

在智能電網大背景下，繼電保護的應用價值得以充分展現，現如今我國人口數量大，增長快速，對于電力的需求也明顯增長。在城市化建設大環(huán)境下，各區(qū)域的電力需求增長迅速，對于供電企業(yè)來說，其運行發(fā)展中所承受的壓力巨大，智能電網的出現，能夠在一定程度上緩解供電網絡壓力，全面提升電網整體運行速率，隨著供電量的加大，各項需求也能夠得到滿足，智能電網建設與發(fā)展也取得一定成就[2]。在智能電網建設過程中，由于智能電網類似于傳統電網，因而故障與失效問題仍有所發(fā)生，通過繼電保護技術的應用，能夠就故障與失效問題加以有效改善，為智能電網安全運行提供可靠保障。一旦智能電網出現故障或失效問題，可通過繼電保護技術來做出預警，自動切斷故障設備，便于工作人員基于預警來采取有效的處理措施，確保故障與失效問題得到及時有效的解決，保障智能電網正常運行。

3 智能電網繼電保護的關鍵技術

3.1 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提供有效的信息與數據收集﹑傳輸，提高了繼電保護系統的功能性，也提高了繼電保護系統的高效性。以變壓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﹑二次側進行智能傳感監(jiān)測，以不同的傳感器運行模式，針對變壓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。一次側與二次側由于受到環(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，以免出現判斷錯誤的問題。在智能電網體系中，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，并根據環(huán)境影響因素進行合理地設計與調配，以最大限度地發(fā)揮繼電保護系統的應用效果，保障電力的高效輸送。

3.2 廣域保護技術

在智能電網繼電保護中，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﹑局部短路以及信號擾動等故障。廣域保護技術具備開閉鎖功能，為適應智能電網控制需求，可以靈活采用戰(zhàn)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，能夠對智能電網運行問題深入分析，提高繼電保護的自動化控制能力。

3.3 保護重構技術

在智能電網大背景下，保護重構技術的應用，可以補充并配置整個保護系統，確保繼電保護技術與相應電網結構的對應性，繼電保護整體效果也得到明顯改善。隨著科學技術水平的顯著提升，國家智能電網獲得良好建設與發(fā)展，這就必須要保證繼電保護技術的先進性及其與電網的適應性，確保滿足智能電網發(fā)展需要[3]。繼電保護技術不僅要具備故障診斷與修復能力，還應當具備系統重構功能，若繼電保護元件出現故障，無法實施運作，通過應用該項技術來對可替代原件加以自動搜尋，為繼電保護裝置的穩(wěn)定高效運行創(chuàng)造優(yōu)良條件。保護重構技術的應用優(yōu)勢在于，能夠對設備靈活性實施有效保護，保證整定值的自適應性，即便是在突發(fā)狀況下也能夠保證應對的有效性。與此同時，通過保護重構技術的應用，可對設備適配能力加以強化，把握電網運行狀態(tài)，在發(fā)生結構變化的第一時間加以合理調整，確保設備在此種變化下的適應性。

3.4 新能源并網技術

對于智能電網的應用與發(fā)展來說，新能源并網是其重要的發(fā)展趨勢，也是智能電網體系未來的主要形式和方向。在智能電網體系中，對于可再生清潔能源的接入使用使得智能電網體系實現了能源的優(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水能﹑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的能源危機的問題。

3.5 單元件保護技術

智能電網中的單元件保護技術主要用于直流線路﹑變壓器和發(fā)電機保護，通過對傳統元件進行改造，以確保各類設備的單元件適應智能電網運行環(huán)境。如在交直流線路中采用單元件繼電保護技術，并借助傳感器采集電力設備運行信息，統計分析采集的數據，識別變壓器勵磁涌流﹑匝間短路等故障，及時采取保護策略，保護變電站機組安全運行。

4 智能電網繼電保護的措施

4.1 一體化監(jiān)控系統的構建

一體化監(jiān)控系統執(zhí)行DL/T860標準，采用三層結構配置方案，具體如下：

4.1.1 站控層配置。站控層配置隔離裝置﹑主機操作工作站﹑綜合應用服務器﹑數據通信網關機﹑防火墻﹑調度數據網設備﹑二次安全防護設備等，借助網絡通信系統保持變電站與遠方調度中心的通信。上述配置的具體功能如下：①主機操作工作站監(jiān)控站內設備運行狀態(tài)，待出現監(jiān)控數據異常時，及時發(fā)出報警，為設備維修管理提供依據。②綜合應用服務器用于分析匯集后的信息，根據信息分析結果決策保護策略。③數據通信網關機用于整合站內SCADA信息﹑查詢?yōu)g覽數據﹑監(jiān)測PMS輸變電設備運行狀態(tài)。

4.1.2 間隔層配置。間隔層配置二次子系統保護設備和二次系統測控設備，當主站層設備出現故障時，可立即啟動間隔層設備實施保護。具體配置方案如下[4]：①采用間隔配置方案配置線路測控裝置，形成線路測控保護一體化裝置。②在主變壓器本體﹑高壓側﹑中壓側以及低壓側四處位置分別配置測控裝置。③采用母線段配置方式配置測控裝置，公共測控裝置共配置2臺。④在主變三側配置錄波裝置，錄取開關信息，當主變壓器出現故障時需采取錄波處理措施。⑤網絡報文記錄系統采用雙套配置方式，保證網絡獨立運行。該系統執(zhí)行周期性保護文件機制，并且能夠自動分析GOOSE﹑MMS網絡采集的信息。

4.1.3 過程層配置。過程層配置智能終端設備，用于采集電氣量信息，監(jiān)測設備運行狀態(tài)，完成相應的控制指令。智能終端設備需滿足一次設備遠程操控要求，應用電纜連接合并單元和常規(guī)互感器，具備數字化處理信息的功能。智能終端配置如下：①采用雙重化配置方式配置主變高壓側智能終端，在主變部分的高壓側﹑中性點采用合并單元雙套配置，在中壓側﹑低壓側配置合智一體裝置。②采用雙重化配置方式，配置線路﹑母聯智能終端，采用單套配置方式配置VPT智能終端。③在合并單元配置中，主變高壓側合并單元﹑中性點合并單元﹑母聯合并單元﹑VPT合并單元要求接入互感器模擬量。其中，VPT合并單元需支持GOOSE網絡，具備PT并列功能，用于實時掌握斷路器運行狀態(tài)。

4.2 對間隔合并單元故障的維護

間隔合并單元故障是智能變電站繼電保護設備運行過程中經常出現的故障，也是設備運維管理的薄弱環(huán)節(jié)。鑒于此，在智能變電站繼電保護設備的運行維護中，相關運維人員一定要將這一問題重視起來，以豐富的運維工作經驗，確保故障發(fā)生時能夠在較短的時間內對故障位置精準識別﹑對故障原因快速判斷，并將當前先進的設備維護技術手段利用起來，有效解決故障問題，降低二次故障的發(fā)生率[5]。就拿單套配置的間隔合并單元來說，設備運行過程中經常會出現合并單元故障的問題，面對這種情況，如果發(fā)生故障，運維人員就要盡快申請“斷開”設備，也就是說，要及時斷開出現故障的間隔單元開關，停止設備運行；而如果是雙套配置的間隔合并單元，當發(fā)生故障時，運維人員就要及時停止單線間隔和故障位置保護出口壓板的運行，并且還要停止故障位置保護母線裝置的運行，全面分析故障問題。

4.3 定期進行員工專業(yè)技能培訓，提升員工綜合素質

綜合素質在員工工作生涯中占據重要地位，為發(fā)揮員工在電廠中的價值和作用，定期對員工進行綜合素質培訓，強化專業(yè)技能的應用能力，并提升員工自身的思想素質，避免因員工的因素對電廠安全造成威脅，定期對全體員工進行培訓﹑評價。培訓內容不僅包括安全管理方面的知識和技能，還需要針對各個崗位進行各種專業(yè)知識和技術培訓。通過這種方式，不斷提高工作人員的業(yè)務水平和業(yè)務素質，督促員工更加認真地對待工作，在工作過程中牢記安全知識，自覺嚴格遵守規(guī)章制度，將每一個條款都記在心里。通過學習和培訓，所有員工都能清楚地了解需要特別注意的安全方面及安全管理在工作中的重要性。此外，電廠在組織員工培訓過程中，要形成完善的教育評價體系，對員工的學習培訓情況進行嚴格的考核，持續(xù)參與學習培訓。

5 結束語

現代社會生產生活水平顯著提升，對于電能的需求量也明顯增加，這就需要積極轉變傳統電網運行模式，推動電能技術改造，以確保電網運行效率得到顯著提升。在智能電網大環(huán)境下，應當高度重視繼電保護技術的變革，應用信息技術來實現電網智能化管理，以有效保護措施來促進電能安全可靠傳遞，滿足社會的用電需要。