張璐璐

摘 要：電力安全穩(wěn)定性的需求越來越高，發(fā)電、供電等電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)可靠性和智能化顯得尤為重要，其中核能發(fā)電系統(tǒng)的安全性更為關(guān)鍵。本文探討了核電站電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀，分析了繼電保護(hù)系統(tǒng)，研究了人工智能新技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù);繼電保護(hù);大數(shù)據(jù)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0069-02

0 引言

為滿足新時代背景下社會用電需求并減少發(fā)電過程中產(chǎn)生的污染，許多新型發(fā)電方式逐漸步入大眾視野，例如核電，核能發(fā)電效率較高、污染比傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比更具優(yōu)勢。同時安全性的要求也更高，為滿足現(xiàn)代化社會的需求，提高核電站的安全性與穩(wěn)定性，提高監(jiān)測效率與決策的合理性，可以研究人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)中應(yīng)用，提高系統(tǒng)的自動化和智能化程度，促進(jìn)我國核能發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。

1 核電站電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀

近年來，我國致力于尋找新的能源，核電憑借著能效高、污染低等特點(diǎn)，在新興能源發(fā)電事業(yè)中占據(jù)了一席之地，隨著多所核電站的建立，我國對于核能發(fā)電技術(shù)的掌握愈發(fā)成熟，隨著國家重新呼吁加強(qiáng)核電站的建設(shè)，并投入了大量資金，促進(jìn)了我國核電站的發(fā)展，同時，也對電力系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。核電站的安全在電源上依靠供電系統(tǒng)的安全、電網(wǎng)的穩(wěn)定，因此繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的風(fēng)險評估、提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能性與穩(wěn)定性尤為重要，想要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用是一個技術(shù)研究方向。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

（1）選擇性。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要求在發(fā)生故障或者異常情況時，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況切斷故障元件及其周圍線路，避免波及其他區(qū)域，消除對于整個系統(tǒng)的影響，同時保證其它部件能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。出現(xiàn)故障時，應(yīng)首先由故障設(shè)備或者線路本身具有的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行處理，若保護(hù)系統(tǒng)或者斷路器拒動，才能夠?qū)Ψ秶鷥?nèi)的相鄰設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，由它們的線路保護(hù)系統(tǒng)或者斷路器切除故障，從而避免造成大面積停電。（2）及時性。在核電站電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，幾秒鐘的延遲都可能擴(kuò)大事故規(guī)模，因此要求系統(tǒng)能夠迅速確定故障或者異常發(fā)生的區(qū)域與原因，并在最短時間內(nèi)作出響應(yīng)，達(dá)到故障發(fā)生時立刻能夠作出反應(yīng)的程度，及時切斷相應(yīng)故障，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，縮小故障的波及范圍、避免系統(tǒng)在故障情況下運(yùn)行，防止故障擴(kuò)大、嚴(yán)重破壞故障元件甚至影響整個電力系統(tǒng)的安全性。（3）靈敏性。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要求繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠做到當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不正常時，能夠監(jiān)測出任意位置、任意種類的故障，能夠敏銳察覺并對其進(jìn)行分類和判斷，得出最佳處理方案。具備較高靈敏度的繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷故障范圍，將其從整個電力系統(tǒng)中切除，并且能夠恰到好處地作出操作，既能避免故障擴(kuò)大，又能減少斷電范圍。（4）可靠性。繼電保護(hù)系統(tǒng)本身由多種裝置共同組成，裝置質(zhì)量越高、運(yùn)行情況越穩(wěn)定，系統(tǒng)中繼電器觸電現(xiàn)象就越少。發(fā)生故障或者運(yùn)轉(zhuǎn)異常時，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷并采取正確的、可靠的措施，不會出現(xiàn)拒動和誤動現(xiàn)象。在核電站中，系統(tǒng)誤動與拒動都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

2.2 變壓器保護(hù)

核電站所用變壓器體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造成本高，并且重要性較高，若出現(xiàn)故障必定影響機(jī)組安全，并帶來較大經(jīng)濟(jì)損失，且修復(fù)所需的時間較長，會造成長時間斷電。因此必須根據(jù)變壓器容量、電壓等級等來調(diào)整和設(shè)計(jì)保護(hù)裝置。變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有多重功能，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的故障[1]：（1）瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)，當(dāng)發(fā)生繞組相間或匝間短路等情況時能夠迅速切斷電源或者采取其他方法進(jìn)行處理;（2）過電流保護(hù)，當(dāng)變壓器外部發(fā)生短路情況時，能夠作出應(yīng)對，并對瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)進(jìn)行補(bǔ)充和保障，全方位地避免所有可能產(chǎn)生最大負(fù)荷電流的情況;（3）過負(fù)荷保護(hù)，指的是變壓器出線過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時能夠迅速查找原因并進(jìn)行處理;（4）過激磁保護(hù)，對過激磁現(xiàn)象進(jìn)行處理。

2.3 輸電線路保護(hù)

對于輸電線路而言，可能出現(xiàn)的故障種類較多，原因也較復(fù)雜，需要采取多種保護(hù)措施。其中，單相接地故障很容易發(fā)生故障，接地零序電流與電源無關(guān)，只受到變壓器分布影響。對于單相接地故障和相間短路故障，需要設(shè)置保護(hù)系統(tǒng)，有效切除故障，達(dá)到快速跳閘、快速合閘，減少故障造成的損失。

2.4 發(fā)電機(jī)保護(hù)

核電站中的發(fā)電機(jī)建造成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通發(fā)電機(jī)，同時也是電力系統(tǒng)首端的設(shè)備，因此對于發(fā)電機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種故障和異常狀態(tài)，都應(yīng)當(dāng)配備相應(yīng)的保護(hù)裝置。應(yīng)當(dāng)采用的繼電保護(hù)裝置有許多種，例如應(yīng)使用逆功率保護(hù)來保證然汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)置縱差聯(lián)動保護(hù)、有選擇性的接地保護(hù)，還有對發(fā)電機(jī)外部電路采取過電流保護(hù)等。

3 人工智能新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 傳感技術(shù)對繼電保護(hù)新原理發(fā)展中應(yīng)用

在電力系統(tǒng)各處安裝傳感技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確和方便地獲取諸如電流、電壓和溫度、壓強(qiáng)、空氣組分、濕度等各方面的信息，并將其上傳到繼電保護(hù)系統(tǒng)的中央處理器，使其根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)，解決設(shè)備監(jiān)測和保護(hù)功能的運(yùn)行。在目前核電站中，多采用無刷發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，相關(guān)信號采用比較困難，而使用光電傳感器、探測線圈和無線傳輸技術(shù)使用，有效解決了勵磁機(jī)難于增加有效的繼電保護(hù)問題，并且具有靈敏度高且能夠準(zhǔn)確測量較高的電流和電壓，且本身功率較低，耗能較少，是一種較為理想的繼電保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)獲取設(shè)備[2]。

3.2 人工智能技術(shù)對繼電保護(hù)新原理發(fā)展中應(yīng)用

電力設(shè)備故障能產(chǎn)生暫態(tài)信號（高頻信號），但產(chǎn)生隨機(jī)性大無法用計(jì)算機(jī)精確仿真，同時系統(tǒng)元件的高頻響應(yīng)特性復(fù)雜無法用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)解析式描述。隨著傳感器技術(shù)發(fā)展，暫態(tài)保護(hù)技術(shù)發(fā)展較快，從其本質(zhì)而言，暫態(tài)保護(hù)仍然滿足歐姆定律、基爾霍夫定律。繼電保護(hù)研究者一直想從復(fù)雜的高頻信號中尋找其本質(zhì)的規(guī)律，人工智能正適合處理非線性系統(tǒng)及無法用解析式表達(dá)的知識。于是，繼電保護(hù)研究者把目光轉(zhuǎn)向了人工智能技術(shù)。目前已經(jīng)應(yīng)用在行波故障測距以及在核電廠中壓不接地系統(tǒng)中小電流接地選線等繼電保護(hù)設(shè)備。

3.3 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在繼電保護(hù)上應(yīng)用

繼電保護(hù)系統(tǒng)作為電力行業(yè)傳統(tǒng)專業(yè)技術(shù)意義非常大，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)具有較高的先進(jìn)性，能夠快速提升智能水平。因此，如何繼電保護(hù)領(lǐng)域中使用大數(shù)據(jù)技術(shù)成為了電力系統(tǒng)發(fā)展新的研究課題。在電力系統(tǒng)進(jìn)行故障排除，通過大數(shù)據(jù)分析，利用專家系統(tǒng)來對故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析與判斷，從而確定故障原因，及時采取有效的對策去解決問題，通過利用這些規(guī)則還可以實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中的問題全方位分析，進(jìn)而可以解決電力保護(hù)設(shè)計(jì)中的矛盾沖突。通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)參數(shù)對設(shè)備使用壽命、電壓級別、設(shè)備類型以及分布情況進(jìn)行分析，使用相關(guān)指標(biāo)，對設(shè)備的可靠性做出指標(biāo)分析，結(jié)合檢修對策模型，得出不同檢修方案，對不同健康水平的設(shè)備進(jìn)行專門的檢查維修，并可以根據(jù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的各種參數(shù)，評估出保護(hù)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)[3]。

3.4 人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在繼電保護(hù)上的應(yīng)用

使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)穗娬镜恼麄€電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)一些具有明顯表象特征的故障，使用人工智能技術(shù)技術(shù)則能夠根據(jù)電氣元器件形狀和大小的不同對其進(jìn)行智能化識別，減少誤操作的概率，使繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠做出更加精準(zhǔn)的判斷。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有全面感知、可靠傳遞和智能處理的特點(diǎn)，能夠使用計(jì)算機(jī)化采集，獲取電力系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并使用計(jì)算機(jī)軟件按照繼電保護(hù)原理對硬件進(jìn)行控制，完成各項(xiàng)指令，它還能夠解決在原有繼電保護(hù)系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的大容量故障信息問題，彌補(bǔ)長期保存數(shù)據(jù)功能缺陷，并提升通信功能的可靠性，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。

4 結(jié)語

綜上所述，文章通過基于現(xiàn)有繼電保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)和要求，介紹了人工智能新技術(shù)的特點(diǎn)，分析人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)上發(fā)展的幾個技術(shù)方向，從整體上來說，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，對電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展是極大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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