高杰楚

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，太原 030000）

0 引言

智能電網(wǎng)成為未來(lái)電網(wǎng)的主要發(fā)展方向，為了保證可靠運(yùn)行，應(yīng)有效引入繼電保護(hù)裝置。智能技術(shù)模式為繼電保護(hù)工作帶來(lái)較多風(fēng)險(xiǎn)，為了提高發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)功效，應(yīng)引入更多新技術(shù)，完善設(shè)計(jì)規(guī)劃。且還應(yīng)采用更有效的運(yùn)檢方法，以及時(shí)辨別風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)運(yùn)檢停電時(shí)間長(zhǎng)，消耗大量人力、物力資源，對(duì)電力安全性與運(yùn)營(yíng)成本要求較高，存在經(jīng)濟(jì)性與有效性的沖突問(wèn)題。在繼電保護(hù)裝置中應(yīng)用智能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多源信息聚合，監(jiān)測(cè)二次回路。因此，為了提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)維有效性與可靠性，相關(guān)工作人員應(yīng)做好可靠性建模評(píng)估工作，針對(duì)繼電保護(hù)失效與薄弱環(huán)節(jié)，制定待解決的關(guān)鍵點(diǎn)，充分發(fā)揮智能電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

在狀態(tài)信息收集方面，周虎[1]直接定義了保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息；劉永欣等[2]根據(jù)二次回路在線監(jiān)測(cè)需求，定義了繼電保護(hù)在線信息，但沒(méi)有考慮繼電保護(hù)設(shè)備的配置狀態(tài)，無(wú)法全面描述繼電保護(hù)狀態(tài)。在狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面，陰玉婷等[3]提出全站全網(wǎng)絡(luò)信息共享的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)。

本文在此基礎(chǔ)上分析智能電網(wǎng)視域下發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用情況，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1 繼電保護(hù)原理及重要性

相較傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)，智能電網(wǎng)具備分布特點(diǎn)，供電設(shè)備處于交互運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求[4]，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，繼電保護(hù)功能也得到更新。而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也增加了電力能源的需求量，尤其隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，很多大中型城市甚至出現(xiàn)供電危機(jī)問(wèn)題，嚴(yán)重影響了本地經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性，電力企業(yè)也具備階段供電壓力[5]。為了有效緩解壓力，電力企業(yè)應(yīng)充分重視智能電網(wǎng)的建設(shè)與維護(hù)工作，有效引入繼電保護(hù)技術(shù)，保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若電網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，繼電保護(hù)裝置可以及時(shí)反應(yīng)，并針對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行預(yù)警，以便維修人員可以及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)，確保正常供電[6]。同時(shí)，繼電保護(hù)裝置狀態(tài)可以劃分為以下幾種類(lèi)型，在分析總結(jié)實(shí)例報(bào)文的基礎(chǔ)上，保證報(bào)文數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，具體如表1所示。

表1 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)分類(lèi)

2 智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

作為電網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，繼電保護(hù)裝置可以檢測(cè)電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，促使其實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與自動(dòng)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的控制檢測(cè)功能。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)成

2.1 單元件保護(hù)技術(shù)

單元件屬于繼電保護(hù)關(guān)鍵元件，應(yīng)采用如下保護(hù)技術(shù)。

（1）產(chǎn)電裝置保護(hù)。重點(diǎn)處理發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路問(wèn)題，保護(hù)匝間電路。繼電保護(hù)措施應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行，精準(zhǔn)計(jì)算，并檢測(cè)裝置運(yùn)行靈敏程度。繼電保護(hù)后備系統(tǒng)時(shí)，也應(yīng)研究機(jī)組承受情況，針對(duì)契合點(diǎn)制定合理技術(shù)方案。

（2）轉(zhuǎn)變電壓裝置繼電保護(hù)。轉(zhuǎn)換電壓期間存在勵(lì)磁涌流，情況比較復(fù)雜。因此在變壓器繼電保護(hù)期間，應(yīng)著重處理勵(lì)磁涌流，深入研究變壓器繼電故障問(wèn)題，并制定相應(yīng)的解決方案。

（3）對(duì)交流電路進(jìn)行繼電保護(hù)。智能電網(wǎng)使用阻值較大的接地系統(tǒng)，系統(tǒng)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致短路問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)處理距離保護(hù)，電路產(chǎn)生較大負(fù)荷。因此，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)變壓器內(nèi)部故障問(wèn)題。

（4）直流線路繼電保護(hù)。電路會(huì)產(chǎn)生難以確定的行波訊號(hào)，無(wú)法接收準(zhǔn)確信息，保護(hù)功能較差。因此，應(yīng)做好直流電路繼電保護(hù)工作，合理確定波速、母線接線方式等。

2.2 廣域保護(hù)技術(shù)

廣域保護(hù)技術(shù)的特定范圍為子集電網(wǎng)，分析處理電網(wǎng)運(yùn)行故障，在廣泛收集設(shè)備狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)軟件信息，明確電網(wǎng)故障的具體位置，提高檢修質(zhì)量，具體包括以下幾種模式。

（1）廣域集中式

系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置中心校，覆蓋整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，確保廠站順利運(yùn)行。基本單元設(shè)置被保護(hù)裝置，集中處理所有信息完成故障判斷。此種模式的使用可以集中處理大規(guī)模信息，保證主機(jī)的安全處理能力。

（2）IED分布式

被保護(hù)設(shè)備中設(shè)置IED元件，作為決策基本單元，采集本地信息。并通過(guò)信息交互實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。IED分布模式具備靈活的保護(hù)裝置，無(wú)需過(guò)度依賴(lài)決策單元。但需要在信息交互過(guò)程中處理大量信息，需要設(shè)置良好的通信條件。

（3）站域集中與區(qū)域分布式

融合站域集中與區(qū)域分布模式，可以雙重保護(hù)區(qū)域與戰(zhàn)域。每個(gè)廠站均設(shè)置站域主機(jī)，通過(guò)站內(nèi)元件發(fā)揮后備保護(hù)功能，并集中不同元件信息。分布式系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)應(yīng)將各站設(shè)置為區(qū)域保護(hù)子站，進(jìn)行有效連接。站間聯(lián)絡(luò)線故障處理應(yīng)通過(guò)區(qū)域保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)，利用站域主機(jī)交互信息判斷故障發(fā)生區(qū)域，為站內(nèi)元件提供遠(yuǎn)后備功能。

2.3 重構(gòu)技術(shù)

智能電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)提出了更多要求，為了有效適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式的變化，繼電保護(hù)應(yīng)可以進(jìn)行自我診斷與維護(hù)，促進(jìn)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)元件失靈問(wèn)題，采用重構(gòu)技術(shù)可以快速檢測(cè)故障，尋找替換元件，恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)。此技術(shù)改進(jìn)了原有繼電保護(hù)系統(tǒng)，提高了自適應(yīng)力能力，應(yīng)用效果更為顯著[7]。

2.4 電子傳感技術(shù)

智能電網(wǎng)系統(tǒng)主要應(yīng)用智能控制設(shè)備，以有效管控系統(tǒng)元器件的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)揮設(shè)備的檢測(cè)功能。電力設(shè)備兼顧變電、發(fā)電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)，新型電子傳感器改進(jìn)了原有設(shè)備，增加了智能感應(yīng)功能，可以廣泛收集電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)維護(hù)檢修工作提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息，保證繼電保護(hù)工作的規(guī)?；l(fā)展。在保護(hù)發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)更多關(guān)注內(nèi)部短路線路，尤其做好匝間短路保護(hù)，在設(shè)計(jì)保護(hù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行整定計(jì)算，完成精細(xì)化處理。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行過(guò)激磁等保護(hù)判斷，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)的承受能力，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的有序運(yùn)行。除此之外，還可以應(yīng)用光電流互感器與光電壓互感器，隔離高壓與弱電絕緣，減少占地面積。同時(shí)，引入光纖傳遞信號(hào)無(wú)電磁干擾等技術(shù)，降低二次電纜使用量，避免CT飽和問(wèn)題，改善各類(lèi)保護(hù)技術(shù)性能，顛覆保護(hù)應(yīng)用方式與應(yīng)用條件。

2.5 電網(wǎng)自愈技術(shù)

智能電網(wǎng)的關(guān)鍵特征便是自愈，其可以自行隔離系統(tǒng)中的某個(gè)元件，避免發(fā)生大規(guī)模的停電故障，并在少進(jìn)行人工干預(yù)或不進(jìn)行人工干預(yù)的情況下，短時(shí)間恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低經(jīng)濟(jì)損失。因此，電網(wǎng)自愈技術(shù)具備安全與經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，需要繼電保護(hù)技術(shù)具備更高的靈敏度，因此電力企業(yè)應(yīng)不斷改進(jìn)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)配置方法，擴(kuò)大智能電網(wǎng)的研究范圍，實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集的便捷化，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)計(jì)算流程[8]。

2.6 通信技術(shù)

通信技術(shù)可以為傳感器傳遞各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保證智能電網(wǎng)繼電保護(hù)作用的發(fā)揮。繼電保護(hù)系統(tǒng)需要在雙向通信系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與校正，以自動(dòng)復(fù)位故障。同時(shí)，通信技術(shù)可以提供繼電保護(hù)基礎(chǔ)服務(wù)，連接不同類(lèi)型的智能電子設(shè)備，由主站進(jìn)行統(tǒng)一管理，合理利用繼電保護(hù)裝置，減少資源浪費(fèi)的同時(shí)監(jiān)測(cè)擾動(dòng)因素，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償功能，提高繼電保護(hù)裝置運(yùn)行性能，降低故障發(fā)生幾率[9]。

2.7 設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)使用多種智能化設(shè)備，保證電網(wǎng)正常運(yùn)行，設(shè)備技術(shù)包括超導(dǎo)技術(shù)、大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)以及電子技術(shù)等，電子技術(shù)利用電子器件控制電能，達(dá)到節(jié)能效果。超導(dǎo)技術(shù)綜合超導(dǎo)限流器與超導(dǎo)電纜，保護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行電流。超導(dǎo)電纜可以高效率傳遞電能，包括熱絕緣超導(dǎo)電纜與冷絕緣超導(dǎo)電纜。超導(dǎo)限流器具備限流、監(jiān)測(cè)與轉(zhuǎn)換功能，幾乎無(wú)電阻，一旦發(fā)生故障，超導(dǎo)體將會(huì)產(chǎn)生高電阻，具體如圖2所示。超導(dǎo)限流器動(dòng)作響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以自動(dòng)觸發(fā)與復(fù)位，集中限流、觸發(fā)以及檢測(cè)功能，可靠性較強(qiáng)。

圖2 超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜的電阻特性

2.8 控制與決策支持技術(shù)

控制技術(shù)指的是智能電網(wǎng)在分析繼電保護(hù)情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷預(yù)測(cè)，設(shè)置隔離、切除等繼電保護(hù)算法，并連接專(zhuān)家系統(tǒng)，自動(dòng)處理故障，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈功能。決策支持技術(shù)指的是將大量采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為清晰信息，為電網(wǎng)人員處理問(wèn)題提供依據(jù)，主要以動(dòng)畫(huà)、圖表虛擬現(xiàn)實(shí)或其他簡(jiǎn)明數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以智能電網(wǎng)繼電保護(hù)失效機(jī)理與薄弱環(huán)節(jié)為分析點(diǎn)，引入單元件保護(hù)技術(shù)、廣域保護(hù)技術(shù)、重構(gòu)技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電網(wǎng)自愈技術(shù)等，保證繼電保護(hù)裝置的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)定位故障，在整合分析保護(hù)狀態(tài)信息的前提下，確定預(yù)警信息對(duì)應(yīng)的故障位置，提高系統(tǒng)運(yùn)行的便捷性與有效性，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的智能化與數(shù)字化發(fā)展[10－11]，為此后智能電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。