方振

摘 要：地鐵電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且對(duì)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行要求較高。繼電保護(hù)技術(shù)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的故障和異常工況進(jìn)行檢測(cè)，并利用信息系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，或是自動(dòng)將故障區(qū)域進(jìn)行隔離，從而消除故障對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全的影響。但是在繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中，也常常會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如電流互感飽和、產(chǎn)生諧波等，影響了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此探究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的技術(shù)優(yōu)化手段成為當(dāng)前維護(hù)地鐵電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；存在問題；優(yōu)化措施

引言：繼電保護(hù)裝置為了完成故障切斷和電力系統(tǒng)保護(hù)任務(wù)，要求必須同時(shí)兼具選擇性、靈活性、速動(dòng)性等特點(diǎn)，這就對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求。尤其是對(duì)于一些結(jié)構(gòu)多樣、線路復(fù)雜的電力系統(tǒng)來說，繼電保護(hù)裝置常常會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作或不響應(yīng)等問題，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全性。文章以地鐵電力系統(tǒng)為例，首先對(duì)當(dāng)前繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行了概述，隨后結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出了幾點(diǎn)針對(duì)性的改進(jìn)措施，并對(duì)未來繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用中的問題

1、電流互感飽和

我國(guó)電力系統(tǒng)中配電系統(tǒng)的終端設(shè)備負(fù)荷受到用戶用電習(xí)慣改變影響而不斷增容，如果在這種情況下整個(gè)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生短路，短路造成的過大電壓會(huì)在靠近終端設(shè)備區(qū)時(shí)產(chǎn)生電流互感飽和，即靠近終端設(shè)備區(qū)的電流甚至?xí)_(dá)到電流互感器單次額定電流的百倍以上。為此，就繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用來說，一旦出現(xiàn)電流互感飽和則勢(shì)必會(huì)影響到整體電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此通過技術(shù)手段解決電流互感飽和問題也成為當(dāng)前電力系統(tǒng)管理需要面對(duì)的重要任務(wù)。

2、諧波

電力系統(tǒng)的沖擊性負(fù)荷、非線性負(fù)荷隨著用電量的增加而大幅度提升，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中受諧波問題的影響開始不斷增強(qiáng)，甚至在一定程度上影響了繼電保護(hù)裝置的正常動(dòng)作。相關(guān)研究結(jié)果顯示，在諧波長(zhǎng)時(shí)間影響下會(huì)造成電纜壽命平均降低 60%左右，而且諧波的分量還會(huì)造成電流過零時(shí)的 DI/DT 的值變大，從而影響到電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行效能的發(fā)揮。我國(guó)電力系統(tǒng)中的高耗能用戶都安裝了并聯(lián)電容器，并聯(lián)電容器在特定條件下容易放大整個(gè)電力系統(tǒng)中的諧波，電力系統(tǒng)中電壓的上升會(huì)導(dǎo)致變壓器軟芯飽和、勵(lì)磁電流諧波增加，進(jìn)而造成整個(gè)電力系統(tǒng)中的諧波電壓水平上升。

二、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)問題的解決對(duì)策

針對(duì)現(xiàn)階段電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用存在的一些問題，一方面要求技術(shù)人員不斷提高業(yè)務(wù)能力，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)，另一方面又要積極引進(jìn)新設(shè)備、新技術(shù)，從而為解決繼電保護(hù)問題提供必要的支持。

1、利用信息技術(shù)優(yōu)化繼電保護(hù)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)深入到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，并發(fā)揮了顯著的應(yīng)用效果。近年來，繼電保護(hù)技術(shù)中也融合了信息技術(shù)，尤其是在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動(dòng)化控制方面，發(fā)揮了不可或缺的作用。同時(shí)，信息技術(shù)的更新?lián)Q代速度快，許多設(shè)備、技術(shù)往往在短短數(shù)月內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了迭代，這就要求管理部門必須樹立發(fā)展眼光，不斷進(jìn)行信息技術(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的定期更新，從而發(fā)揮信息技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用效果。例如，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，管理人員不需要逐個(gè)對(duì)機(jī)電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行檢查，而是在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上就可以一目了然的掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行情況。

2、采用新型的互感設(shè)備

互感器是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)中最前端的設(shè)備之一，在整個(gè)電力系統(tǒng)中，互感器可以將前端運(yùn)行信息及時(shí)發(fā)送到控制中心，以便于管理人員通過計(jì)算機(jī)了解繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行情況。因此，互感器的信息傳輸速率和信息精確度就顯得十分必要?，F(xiàn)階段繼電保護(hù)技術(shù)中常用的新型互感器主要有兩種，其一是OTV（光學(xué)電壓互感器），其二是OTA（光學(xué)電流互感器）。現(xiàn)階段，部分發(fā)達(dá)國(guó)家由于技術(shù)上有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，因此這兩種新型互感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而近年來國(guó)內(nèi)也開始在一些高端領(lǐng)域嘗試推廣，例如地鐵、機(jī)場(chǎng)等電力系統(tǒng)。

3、繼電保護(hù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

自適應(yīng)控制保護(hù)早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，但是受硬件設(shè)備的限制，繼電保護(hù)的自適應(yīng)性能較差。進(jìn)入21世紀(jì)后，信息技術(shù)、傳感器技術(shù)蓬勃發(fā)展，為繼電保護(hù)自適應(yīng)控制提供了新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段的自適應(yīng)控制系統(tǒng)已經(jīng)可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行中各種突發(fā)狀況的感知、保護(hù)，在降低無效動(dòng)作、提高故障判斷準(zhǔn)確率等方面具有突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。例如，當(dāng)同一電力系統(tǒng)中兩個(gè)或兩個(gè)以上位置同時(shí)發(fā)生故障，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以自行判斷故障嚴(yán)重等級(jí)，然后有限選擇對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行危害較大的故障進(jìn)行處理。

三、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、網(wǎng)絡(luò)化

地鐵電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理人員要想實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)配，就需要通過網(wǎng)絡(luò)掌握各個(gè)部門的運(yùn)行信息，跟蹤電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，最大限度的杜絕電力系統(tǒng)運(yùn)行安全隱患，減少事故發(fā)生概率。例如，地鐵部門可以將所有與主站串聯(lián)在一起的保護(hù)裝置進(jìn)行統(tǒng)一的管理，構(gòu)建起以主站為中心的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，這樣一方面能夠方便管理人員從主站發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)各保護(hù)裝置的集中式管理，保證了整個(gè)地鐵電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行；另一方面，即便是發(fā)生了故障問題，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)快速鎖定故障，提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、微機(jī)化

電子信息技術(shù)的發(fā)展，使得具有各類控制功能的微機(jī)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，早期的電力系統(tǒng)控制終端以小型計(jì)算機(jī)為主，隨著信息技術(shù)的成熟，控制設(shè)備逐漸從小型計(jì)算機(jī)向微型控制器轉(zhuǎn)變，現(xiàn)階段常用的PLC、單片機(jī)等，都可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)。這類微機(jī)不僅成本降低，體積變小，而且能夠根據(jù)實(shí)際的控制和保護(hù)需要，人為的燒錄程序，保證了控制功能的多樣化。除此之外，近年來國(guó)內(nèi)許多微機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)還借鑒了國(guó)外一些先進(jìn)技術(shù)，推出了一些能夠適用于變電所、發(fā)電廠以及各用電機(jī)構(gòu)的微機(jī)綜合保護(hù)裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)、計(jì)量和控制等多種功能，大大提高了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的性能。

3、智能化

近年來，電力系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的智能化提供了必要的技術(shù)支持。不同的人工智能技術(shù)在具體的控制模式和實(shí)現(xiàn)功能上也有一定差異，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息，在遇到相同的電路故障時(shí)，自動(dòng)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)信息并生成解決方案，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的自檢和故障報(bào)警，而不需要技術(shù)人員花費(fèi)時(shí)間和精力進(jìn)行故障查找。而基于遺傳算法的專家系統(tǒng)，也能夠通過大量樣本的訓(xùn)練，模擬出繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行工況，這樣就方便了設(shè)備管理人員隨時(shí)掌握繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行情況，并根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證供電的穩(wěn)定性。

結(jié)語：現(xiàn)階段電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展雖然取得了顯著成績(jī)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在一些問題，相關(guān)部門除了要加強(qiáng)技術(shù)管理、做好日常監(jiān)管外，還要嘗試應(yīng)用新技術(shù)，通過不斷的進(jìn)行技術(shù)改革和設(shè)備升級(jí)，為繼電保護(hù)提供必要的支持，從而切實(shí)保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

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