繼電保護(hù)智能整定技術(shù)應(yīng)用于110 kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的研究

摘要：在電力系統(tǒng)中，110kV電網(wǎng)作為重要組成部分，承擔(dān)著區(qū)域電力輸送、電力分配等任務(wù)。為了確保110kV電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，必須要充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的積極作用。傳統(tǒng)繼電保護(hù)整定方法存在計(jì)算復(fù)雜、適應(yīng)性差等問題，難以應(yīng)付復(fù)雜工況情況。而借助繼電保護(hù)智能整定技術(shù)，可進(jìn)一步加強(qiáng)110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行可靠性?；诖?，闡述了繼電保護(hù)智能整定技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，分析了110kV電網(wǎng)特點(diǎn)與要求，進(jìn)而探究繼電保護(hù)智能整定技術(shù)在110kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用措施，包括系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理、智能算法等，旨在提升110kV電網(wǎng)運(yùn)行的綜合效益，保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)整定技術(shù)電網(wǎng)安全性

ResearchontheApplicationofIntelligentTuningTechnologyforRelayProtectionin110kVPowerGridSystem

CHENXingyan

ChengxiPowerSupplyBranchofStateGridTianjinElectricPowerCompany，Tianjin，300100China

Abstract：Inthepowersystem，the110kVpowergrid，asanimportantcomponent，undertakestaskssuchasregionalpowertransmissionanddistribution.Inordertoensurethesafetyandreliabilityoftheoperationofthe110kVpowergrid，itisnecessarytofullyleveragetheactiveroleofrelayprotectiondevices.Thetraditionalrelayprotectiontuningmethodhasproblemssuchascomplexcalculationandpooradaptability，makingitdifficulttocopewithcomplexworkingconditions.Withthehelpofintelligenttuningtechnologyforrelayprotection，thereliabilityofrelayprotectionoperationinthe110kVpowergridcanbefurtherenhanced.Basedonthis，thisarticleelaboratesontherelevantcontentofintelligenttuningtechnologyforrelayprotection，analyzesthecharacteristicsandrequirementsof110kVpowergrid，andfurtherexplorestheapplicationmeasuresofintelligenttuningtechnologyforrelayprotectionin110kVpowergridsystem，includingsystemarchitecture，dataacquisitionandprocessing，intelligentalgorithms，etc.，aimingtoimprovethecomprehensiveefficiencyof110kVpowergridoperationandensurethesafetyofpowersystemoperation.

KeyWords：110kVpowergrid;Relayprotection;Tuningtechnology;Powergridsafety

在電力產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展背景下，隨著電網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性更高。繼電保護(hù)系統(tǒng)作為保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)施，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題，繼電保護(hù)會(huì)自動(dòng)切斷故障線路，以免影響到其他區(qū)域正常運(yùn)行，避免故障蔓延。若缺少科學(xué)的繼電保護(hù)系統(tǒng)作為支撐，可能頻繁發(fā)生故障問題。繼電保護(hù)智能整定技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)繼電保護(hù)整定方法的弊端，將其應(yīng)用于110kV電網(wǎng)中，可有效提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性和可靠性。

1繼電保護(hù)智能整定技術(shù)的原理與優(yōu)勢(shì)

1.1技術(shù)原理

繼電保護(hù)智能整定技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能算法等，通過(guò)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，包括電壓、電流、相位、功率等，結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)等數(shù)據(jù)，以特定算法模型計(jì)算出最佳的繼電保護(hù)定值[1]。智能整定技術(shù)可根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整定值，從而適用于各類工況條件，保證各類工況條件下均可以實(shí)現(xiàn)可靠和精準(zhǔn)動(dòng)作。其整定流程如圖1所示。

智能整定技術(shù)可分為基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。（1）基于模型的方法通過(guò)建立電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模型的分析計(jì)算確定定值。該方法需要提前掌握電網(wǎng)特性，整個(gè)計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。（2）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法則憑借大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，通過(guò)分析實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化，借助深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，找出數(shù)據(jù)規(guī)律和特點(diǎn)，從中得出最佳的保護(hù)定值。該方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，但對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)數(shù)量要求很高。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

繼電保護(hù)傳統(tǒng)整定方法是基于固定電網(wǎng)模型和經(jīng)驗(yàn)公式，由人工計(jì)算出最終的保護(hù)定值。該方法具有明顯的局限性，難以適應(yīng)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)變化，受人為因素影響大，計(jì)算精度較低[2]。相比傳統(tǒng)繼電保護(hù)整定方法，智能整定技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.2.1更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性

智能整定方法可實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)展開監(jiān)測(cè)，根據(jù)最新采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)定值參數(shù)。傳統(tǒng)方法更多是定期計(jì)算整定值，無(wú)法根據(jù)電網(wǎng)變化做出反應(yīng)。

1.2.2計(jì)算機(jī)精度更高

智能整定方法應(yīng)用了先進(jìn)的算法和海量數(shù)據(jù)，從而精準(zhǔn)計(jì)算出保護(hù)定值數(shù)據(jù)，在技術(shù)和數(shù)據(jù)的支持下，計(jì)算誤差非常小。

1.2.3靈活性、適應(yīng)性更好

智能整定方法可根據(jù)不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和故障類型對(duì)保護(hù)策略自動(dòng)調(diào)整。傳統(tǒng)方法由于是非動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)定值，因此無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的電網(wǎng)環(huán)境。

1.2.4減少人工干預(yù)

人工干預(yù)減少代表降低了人為風(fēng)險(xiǎn)的影響，工作效率也有所提升。

2110kV電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求

2.1電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，110kV電網(wǎng)主要具備以下特點(diǎn)與運(yùn)行特性。

1. 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)輻射狀或環(huán)網(wǎng)狀分布形式，從而滿足絕大部分區(qū)域的供電需求。110kV電網(wǎng)的負(fù)荷分布存在不均勻性，部分區(qū)域負(fù)荷相對(duì)較重，部分區(qū)域負(fù)荷相對(duì)較輕。
2. 110kV電網(wǎng)可能與其他電壓等級(jí)的電網(wǎng)相互連接和交互，共同組成更加復(fù)雜的電網(wǎng)格局。
3. 110kV電網(wǎng)的電壓和電流水平相對(duì)較高，因此對(duì)設(shè)備性能和絕緣性提出了更高要求；其功率傳輸能力強(qiáng)，可能會(huì)受到各類故障與干擾如過(guò)負(fù)荷、短路、雷擊等的影響，從而降低電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，還要重點(diǎn)關(guān)注無(wú)功功率平衡、電壓穩(wěn)定性等[3]。

2.2對(duì)繼電保護(hù)的要求

結(jié)合上述110kV電網(wǎng)的特點(diǎn)與運(yùn)行特性，對(duì)繼電保護(hù)也提出了相應(yīng)要求。

（1）需要保證繼電保護(hù)裝置具備快速響應(yīng)能力，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，可在極短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)完成動(dòng)作，避免故障問題蔓延。

（2）必須要保障動(dòng)作的精準(zhǔn)度，精準(zhǔn)識(shí)別故障類型與具體位置，以免出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)等情況。發(fā)生故障后，做出精準(zhǔn)選擇，將故障部分切除，以免對(duì)其他區(qū)域正常供電帶來(lái)影響。

為了滿足110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)的要求，必須要提升繼電保護(hù)裝置的可靠性，使其可適用于各類惡劣環(huán)境和復(fù)雜工況，具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力，能根據(jù)電網(wǎng)變化實(shí)時(shí)做出調(diào)整。與其他系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，如與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、故障信息系統(tǒng)等協(xié)同，對(duì)110kV電網(wǎng)整體展開優(yōu)化，保證運(yùn)行安全性?？梢姡?10kV電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)有著很高要求，必須要保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，以及整定的實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性，才能夠充分發(fā)揮繼電保護(hù)在110kV電網(wǎng)中的作用和價(jià)值。

3繼電保護(hù)智能整定技術(shù)在110kV電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

想要在110kV電網(wǎng)中合理應(yīng)用智能整定技術(shù)，必須要搭建一個(gè)完整的系統(tǒng)架構(gòu)。智能整定的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括采集層、智能計(jì)算層和保護(hù)控制層。

數(shù)據(jù)采集層中集成了各類傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)信息，包括電壓、電流、功率等。保證數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度和實(shí)時(shí)性對(duì)后續(xù)智能計(jì)算和保護(hù)控制十分重要。例如：智能電流互感器可實(shí)時(shí)測(cè)量電流參數(shù)信息，一些新型設(shè)備的檢測(cè)精度可達(dá)到0.2級(jí)以上，保證了電流數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[4]。

智能計(jì)算層作為整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的核心，其主要采用了智能算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和計(jì)算。智能算法可選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等。例如：在遺傳算法應(yīng)用中，該算法可通過(guò)模擬生物進(jìn)化的方式找出最佳的保護(hù)定值。假設(shè)在某個(gè)計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)多代的篩選和進(jìn)化所得出的最佳定值，可讓保護(hù)裝置在多種工況下均實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)最優(yōu)，將故障判斷錯(cuò)誤率降低到0.5%以內(nèi)。

保護(hù)控制層主要是根據(jù)計(jì)算層得出的保護(hù)定值實(shí)施繼電保護(hù)動(dòng)作，其中包含了過(guò)流保護(hù)裝置、距離保護(hù)裝置等各類設(shè)施，這些保護(hù)裝置在接收到指令信息后即快速和精準(zhǔn)完成動(dòng)作，從而保護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

3.2數(shù)據(jù)采集與處理

在110kV電網(wǎng)中，數(shù)據(jù)采集與處理非常重要，其也是智能整定的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。采用智能傳感器和先進(jìn)通信技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，在變電站和輸電線路的關(guān)鍵部位設(shè)置傳感器，各個(gè)區(qū)域均可以采集信息，以保證故障判定精度。例如：變電站中，安裝溫度傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行溫度；壓力傳感器用于檢測(cè)變壓器的油壓。將所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將數(shù)據(jù)中的異常值和噪聲去除，提取有價(jià)值信息。例如：可借助數(shù)據(jù)清洗技術(shù)將傳感器故障和通信干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)信息進(jìn)行清洗；還可以借助數(shù)據(jù)分析技術(shù)（數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等）對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘和分析，找出數(shù)據(jù)變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，從中找出某個(gè)時(shí)間段和某個(gè)季節(jié)的特定故障問題，并提前采取有效的預(yù)防對(duì)策[5]。

3.3智能算法

在智能整定技術(shù)中，智能算法發(fā)揮著核心作用。例如：遺傳算法通過(guò)模擬生物迭代和進(jìn)化過(guò)程，對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行pZy5R97byWUQna9b9PdrZJb3P1spBg3Bax/H8qWw7uA=持續(xù)優(yōu)化和優(yōu)化調(diào)整，具備全局搜索能力與良好適應(yīng)性。在具體應(yīng)用中，通過(guò)設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)，引導(dǎo)遺傳算法向最優(yōu)解方向發(fā)展。例如：適應(yīng)度函數(shù)根據(jù)保護(hù)裝置動(dòng)作精度、靈敏度、可靠度等因素綜合設(shè)定。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法則具備非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和泛化能力，通過(guò)學(xué)習(xí)海量數(shù)據(jù)信息，建立輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)間的映射關(guān)系，如110kV電網(wǎng)運(yùn)行參與和保護(hù)定值的關(guān)系等。在實(shí)際應(yīng)用中，可采用已經(jīng)訓(xùn)練完成的網(wǎng)絡(luò)模型快速完成保護(hù)定值計(jì)算，將電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，即可快速輸出對(duì)應(yīng)的保護(hù)定值[6]。

3.4與其他系統(tǒng)協(xié)同

將智能整定技術(shù)和跳讀系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)110kV電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，將所采集的數(shù)據(jù)傳遞給整定系統(tǒng)，便于在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)快速調(diào)節(jié)定值，并完成保護(hù)動(dòng)作。調(diào)度系統(tǒng)用于110kV電網(wǎng)整體調(diào)度與管理，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況和負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)定值。在高負(fù)荷階段，適當(dāng)提高保護(hù)定值，以免頻繁誤動(dòng)；在低負(fù)荷階段，適當(dāng)降低保護(hù)定值，以提高保護(hù)裝置動(dòng)作的靈敏性。還可以與其他智能技術(shù)相結(jié)合，如儲(chǔ)能技術(shù)、分布式能源管理系統(tǒng)等，讓110kV電網(wǎng)運(yùn)行更加高效和智能。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，繼電保護(hù)智能整定技術(shù)在110kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)以上系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理、智能算法應(yīng)用及與其他系統(tǒng)的協(xié)同等方面的應(yīng)用，智能整定技術(shù)能夠在110kV電網(wǎng)中發(fā)揮出重要作用，提高繼電保護(hù)的性能和可靠性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，智能整定技術(shù)將不斷完善和優(yōu)化，為110kV電網(wǎng)與整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)展提供更強(qiáng)大的支持。

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