配電網(wǎng)繼電保護(hù)的創(chuàng)新路徑研究

石 宇

（國網(wǎng)保定供電公司，河北保定 071000）

1 配電網(wǎng)繼電保護(hù)概述

1.1 概念

配電網(wǎng)繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。其采用先進(jìn)的電子技術(shù)，通過感知電力系統(tǒng)異常狀況，及時采取保護(hù)措施，以防止故障擴(kuò)展并最小化對設(shè)備和用戶的影響。配電網(wǎng)指將輸電網(wǎng)傳輸來的高電壓電能經(jīng)由變電站和配變站進(jìn)行變壓、分支，再分配到各個終端用戶的電力系統(tǒng)。其涉及的電壓等級相對較低，一般為10 kV 以下，包括低壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)。為了確保配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，繼電保護(hù)系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。繼電保護(hù)是一種基于繼電器的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)。繼電器是一種電氣裝置，具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過感知電力系統(tǒng)中的異常信號，如過流、接地故障、短路等，來觸發(fā)相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的保護(hù)。

1.2 原理

配電網(wǎng)繼電保護(hù)的原理主要包括信號采集、信號處理與判斷、動作執(zhí)行3個環(huán)節(jié)。①信號采集。繼電保護(hù)系統(tǒng)通過各類傳感器或測量裝置，對電力系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等物理量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與采集。這些傳感器安裝在配電設(shè)備上，能夠感知系統(tǒng)中的異常信號。②信號處理與判斷。繼電保護(hù)系統(tǒng)通過對采集到的信號進(jìn)行處理、分析及判斷，確定是否存在電力系統(tǒng)故障或異常情況。這一過程通常需要依靠電子技術(shù)中的數(shù)字信號處理、濾波、保護(hù)算法等方法來實(shí)現(xiàn)。③動作執(zhí)行。當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)判斷存在故障或異常情況時，將觸發(fā)相應(yīng)的繼電器動作，通過控制開關(guān)、斷路器等裝置，切斷或隔離受故障影響的電路，以阻止故障的擴(kuò)展，保障電力系統(tǒng)的其他部分正常運(yùn)行。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)原理的核心在于及時感知異常信號、準(zhǔn)確分析判斷，并采取相應(yīng)的措施來保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這種保護(hù)機(jī)制的重要性不容忽視，其能夠最大限度地減少故障對電力系統(tǒng)和用戶的影響，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2 配電網(wǎng)繼電保護(hù)創(chuàng)新的必要性

（1）提升電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。隨著電力負(fù)荷的增加和用電需求的多樣化，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)已無法滿足電力系統(tǒng)對于高可靠性和高安全性的需求。而通過創(chuàng)新技術(shù)和方法，可以提高繼電保護(hù)的響應(yīng)速度、準(zhǔn)確性及可靠性，及時發(fā)現(xiàn)和解決線路故障和異常情況，從而最大限度地保護(hù)電力設(shè)備和用戶的安全。

（2）提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可持續(xù)發(fā)展能力。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)通常需要大量的人力投入和手動操作，效率較低且易出錯。而通過創(chuàng)新可以引入自動化技術(shù)和智能化算法，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動化運(yùn)行和智能化管理，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和響應(yīng)能力。此外，創(chuàng)新還可以促進(jìn)配電網(wǎng)與新能源、能量儲存及智能電網(wǎng)等新興技術(shù)的融合，推動電力系統(tǒng)向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

（3）適應(yīng)電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和變化性。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電能質(zhì)量要求的提高，電力系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。在此背景下，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如對于多源接入、多級保護(hù)和電能質(zhì)量問題的處理仍然存在較大難度。而通過創(chuàng)新可以開發(fā)出適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境和靈活應(yīng)變的繼電保護(hù)技術(shù)和設(shè)備，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性。

（4）推動電力行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，通過創(chuàng)新可以培養(yǎng)和吸引更多的人才投入到電力行業(yè)，推動科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)的升級，提升國家在電力領(lǐng)域的競爭力和影響力。

3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)的創(chuàng)新方法

3.1 斷路器電流保護(hù)

常見的斷路器電流保護(hù)方法是過電流保護(hù)，通過監(jiān)測電路中的電流大小來判斷電路是否發(fā)生故障，一旦發(fā)現(xiàn)電流超過額定值，斷路器即刻動作，切斷電路，保護(hù)電力設(shè)備和電器設(shè)備的安全運(yùn)行。這種保護(hù)方法憑借其簡單可靠的特點(diǎn)得到了廣泛采用。然而，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電氣設(shè)備的不斷更新，只依靠過電流保護(hù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求?；诖耍环N更加先進(jìn)的斷路器電流保護(hù)方法——差動保護(hù)出現(xiàn)。其通過比較電路的電流差異來判斷電路是否發(fā)生故障。差動保護(hù)方法具有高速度、高精度的特點(diǎn)，能夠迅速切斷故障電路，保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

除了過電流保護(hù)和差動保護(hù)，其他的斷路器電流保護(hù)方法正在被研究和發(fā)展。例如，基于電壓和電流相位關(guān)系的繼電保護(hù)方法，可以通過分析電路中的電壓和電流相位差來探測電路故障，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電流保護(hù)；基于電流頻率的保護(hù)方法，能夠檢測電路中的電流頻率變化，判斷故障類型，并及時切斷故障電路，保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.2 饋線自動化

在配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，饋線自動化方法是一項創(chuàng)新性的技術(shù)，以其高效、智能的特點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。饋線自動化方法在配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理中發(fā)揮著重要的作用，能夠有效地解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)的一系列問題。具體體現(xiàn)如下。

（1）實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動監(jiān)測和故障定位。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)需要人工巡檢和手動排查，耗費(fèi)時間和人力資源。而饋線自動化方法通過安裝智能傳感器和監(jiān)控裝置，可實(shí)時監(jiān)測配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障時，能夠及時發(fā)出警報并定位故障點(diǎn)。這大幅提高了故障排查效率，減少了停電時間，提升了配電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動重構(gòu)和重新供電。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，當(dāng)一條饋線發(fā)生故障或需要維護(hù)時，通常需要手動操作和調(diào)整其他饋線的供電方式，易造成不必要的停電。而饋線自動化方法可以使系統(tǒng)自動感知故障并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對故障饋線的分離和維護(hù)，同時自動調(diào)整其他饋線的供電路徑，保證用戶的正常用電。這種智能化的供電方式不僅提高了供電的可靠性，還最大程度地減少了對用戶的影響。

（3）配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的管理需要人工操作和現(xiàn)場巡視，效率較低。而饋線自動化方法通過將繼電保護(hù)設(shè)備與通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。不僅可以通過遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)時監(jiān)測配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，如故障恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。這大幅提高了配電網(wǎng)的管理效率，減少了人力資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了智能化的運(yùn)維管理。

3.3 集中控制

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護(hù)主要采用分散式控制方式，每個設(shè)備都配備有獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)和控制。然而，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)復(fù)雜性的增加，分散式控制方式已無法滿足需求。集中控制作為一種新興的控制方式，逐漸成為了配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。集中控制指通過集中的控制中心對整個電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，將各設(shè)備間的保護(hù)裝置聯(lián)接起來，形成一個高度智能化、協(xié)調(diào)性強(qiáng)的繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。這種集中控制具備高效、靈活、可靠的特點(diǎn)，為配電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了有力支持。具體體現(xiàn)如下。

（1）傳統(tǒng)的分散式控制方式存在大量的冗余設(shè)計，如設(shè)備間的重復(fù)安裝、調(diào)試及維護(hù)等。而集中控制可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的配置和管理，大幅減少了工作的重復(fù)性和資源浪費(fèi)。通過集中控制中心對電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、故障診斷及遠(yuǎn)程操作，能夠快速定位和解決問題，提高了響應(yīng)速度。且其可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控，在保證運(yùn)行安全的前提下，最大限度地提高了系統(tǒng)的利用率。

（2）集中控制使繼電保護(hù)系統(tǒng)更加靈活。在傳統(tǒng)分散式控制方式中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生變動或加入新設(shè)備時，需要對每個保護(hù)裝置進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)整和改變，工作繁瑣且容易出錯。而集中控制可以通過軟件配置實(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)整，減少了人為操作的錯誤，同時也大幅節(jié)約了時間和成本。

（3）集中控制可以通過集成其他數(shù)據(jù)信息，如溫度、濕度、負(fù)荷等參數(shù)，實(shí)時分析和預(yù)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)提供更多的決策依據(jù)。在傳統(tǒng)分散式控制方式中，每個保護(hù)裝置相對獨(dú)立，當(dāng)其中一個設(shè)備發(fā)生故障時，可能會引發(fā)級聯(lián)故障，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。而集中控制可以通過全面監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障隱患，避免了系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。

（4）集中控制通過遠(yuǎn)程操作和自動化技術(shù)，減少了人為操作的錯誤，提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動化水平，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3.4 廣域測控系統(tǒng)

配電網(wǎng)繼電保護(hù)作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，承擔(dān)著維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和保障供電質(zhì)量的重要使命。然而，在快速發(fā)展的電力行業(yè)中，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸暴露出一系列的不足，如單一功能、局限性及運(yùn)維成本高等問題。為了適應(yīng)新時代的發(fā)展需求，廣域測控系統(tǒng)得到了廣泛運(yùn)用，為配電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來了創(chuàng)新與進(jìn)步。廣域測控系統(tǒng)，簡稱GWCC 系統(tǒng)，借助先進(jìn)的通信技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多站點(diǎn)、大區(qū)域的繼電保護(hù)和自動化控制。與傳統(tǒng)繼電保護(hù)相比，GWCC 系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢和功能引領(lǐng)著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展潮流。

（1）廣域測控系統(tǒng)的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在其對多站點(diǎn)的支持上。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)通常只能處理一個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而GWCC 系統(tǒng)通過有效的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對多個站點(diǎn)的繼電保護(hù)操作與數(shù)據(jù)管理。這意味著電力公司可以同時監(jiān)測和控制位于不同地點(diǎn)的多個配電站，大幅提升了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和效率。廣域測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廣域測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

（2）廣域測控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方面呈現(xiàn)出突出的特點(diǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集、傳輸及處理各種類型的電力數(shù)據(jù)，如電流、電壓、功率及頻率等指標(biāo)，可準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過智能數(shù)據(jù)分析和算法，GWCC 系統(tǒng)能夠快速識別電力系統(tǒng)中的異?，F(xiàn)象，并及時采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

（3）廣域測控系統(tǒng)具備強(qiáng)大的自動化控制功能。通過與配電站的自動化設(shè)備進(jìn)行無縫連接，GWCC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，GWCC 系統(tǒng)能夠自動檢測和處理各類故障，如過載、短路及接地故障等，從而快速實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)。這為電力公司節(jié)約了人力、物力成本，并提高了電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述，在配電網(wǎng)中實(shí)施繼電保護(hù)所發(fā)揮的價值較為突出，有助于減少故障問題的發(fā)生，為配電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供重要的基礎(chǔ)。因此要結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)實(shí)施繼電保護(hù)，以此滿足配電網(wǎng)繼電保護(hù)的使用要求。