吳友哲

（山東貝特建筑項目管理咨詢有限公司，山東 濟南 250011）

0 引 言

電力系統(tǒng)工作過程中常會發(fā)生一些突發(fā)性危險、電力故障以及異常運行等特殊情況。細小的零部件故障可能會發(fā)展成嚴重的電力事故，從而影響整個電力系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的正常工作，導(dǎo)致用戶的供電系統(tǒng)損壞、停止供電或電能質(zhì)量降低等，嚴重時甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞和人身傷害等后果。因此，要盡可能縮短維修、檢測以及拆卸故障部件所需的時間，才能將損失和影響控制在最小。這種瞬間判斷和采取相應(yīng)措施的動作僅依靠人工是不可能完成的，因此需要設(shè)計一套智能化裝置來執(zhí)行相應(yīng)的操作。

1 繼電保護的作用及組成

電力系統(tǒng)的繼電保護一般由測量部分（和值調(diào)整部分）、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。當(dāng)電力系統(tǒng)的受保護部件（如發(fā)電機和線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障時，繼電保護裝置應(yīng)能快速找出故障部件，以防止故障點的范圍因連帶反應(yīng)不斷擴大，保證無故障部件能夠繼續(xù)正常工作。此外，及時對損壞的零件進行封鎖處理，通知維修人員對該點位進行零件替換。

當(dāng)電力系統(tǒng)的受保護部件在運行中出現(xiàn)異常時，繼電保護裝置應(yīng)能及時響應(yīng)，根據(jù)運行維護情況向值班人員發(fā)出聲光報警和圖形信息等報警信號[1]。此時，值班人員不要求保護系統(tǒng)迅速動作，而是根據(jù)故障點對電力系統(tǒng)及其部件的危害程度設(shè)置一定的隔離和保護機制，避免再受到其他電磁的干擾。這種保護裝置不僅能保護電力系統(tǒng)中的高精密設(shè)備，還能保護工作人員的人身安全。

2 繼電保護的基本要求

電力系統(tǒng)的繼電保護裝置應(yīng)滿足電力系統(tǒng)保護機制的可靠性、對故障部件的選擇性、高靈敏性以及維修動作速度性的要求，如圖1 所示。

圖1 繼電保護的基本要求

2.1 動作選擇性

電力系統(tǒng)中繼電保護裝置的動作選擇性指保護裝置要通過故障設(shè)備或線路本身的保護機制來消除系統(tǒng)中潛在的故障。當(dāng)檢測故障的設(shè)備在動作選擇的前提下啟動保護機制或斷路器被拒絕運行時，只有通過相鄰電子元件才能進行針對性的動作選擇，保護設(shè)備的正常運行。確保線路保護或斷路器故障保護具有針對性，才能消除繼電保護的故障點。上下電網(wǎng)（包括同一級別）之間繼電保護裝置的設(shè)置應(yīng)遵循逐級配合的基本原則，以確保在電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠有效排除故障[2]。當(dāng)系統(tǒng)故障部件斷開連接時，要求其他無故障的電子部件能夠正常運作和持續(xù)供電。

2.2 動作速度性

動作速度性一般是指保護裝置應(yīng)能夠盡快排除短路故障，提高繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少對設(shè)備和線路的損壞，縮小電力故障的蔓延范圍，提高自動重合閘、備用電源以及備用設(shè)備自動投入運行的完成效果。

2.3 操作靈敏性

電力系統(tǒng)中管控系統(tǒng)的操作靈敏度要在可管控范圍之內(nèi)，一般需要在0.1 ～0.9 s 內(nèi)做出準(zhǔn)確判斷。當(dāng)金屬性短路發(fā)生在設(shè)備或線路的保護范圍內(nèi)時，電力系統(tǒng)的繼電保護裝置必須承擔(dān)起整個系統(tǒng)故障判斷和檢測靈敏度的工作[3]。而這種高靈敏度的繼電系統(tǒng)保護裝置承載著整個電力保護措施的預(yù)判責(zé)任。電力維修系統(tǒng)需要對靈敏度進行設(shè)定，并按照規(guī)定時間進行檢查，避免系統(tǒng)的操作靈敏度下降。

2.4 運行可靠性

我國電力系統(tǒng)的繼電保護裝置要確保系統(tǒng)運行的可靠性，確保系統(tǒng)中的線路和各種零部件的使用安全可靠。在電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，持續(xù)對故障問題進行實時監(jiān)督和檢測，可能會影響電力輸出的故障問題及時反饋給數(shù)據(jù)終端。

3 繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀和方向

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及其在繼電保護系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用，許多新型計算機控制原理和方法不斷應(yīng)用于繼電保護。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及專家理論等人工智能技術(shù)已在電力系統(tǒng)的許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，提高了繼電保護的水平。人工智能技術(shù)的發(fā)展為繼電保護注入了新的元素，不僅可以提高繼電保護的可靠性，還為繼電保護裝置的發(fā)展指明了方向[4]。

隨著我國電力系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，我國電力系統(tǒng)繼電保護的相關(guān)技術(shù)也在不斷提升和創(chuàng)新。在未來，我國電力系統(tǒng)繼電保護裝置的發(fā)展將會朝著計算機智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及和綜合自動化的方向不斷發(fā)展。

3.1 云計算

為了推動國家電力系統(tǒng)的發(fā)展，相關(guān)的專業(yè)人士不斷突破當(dāng)前的技術(shù)壁壘，對我國電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)要求。電力繼電保護系統(tǒng)除了具備基本的保護功能，還應(yīng)具有預(yù)判故障的處理和數(shù)據(jù)上傳的功能，即云計算功能。在電力系統(tǒng)運行的過程中會產(chǎn)生大量的系統(tǒng)故障信息和數(shù)據(jù)，通過云端網(wǎng)絡(luò)將信息數(shù)據(jù)存儲到故障數(shù)據(jù)庫中。該數(shù)據(jù)庫還要具備電力修復(fù)通信功能和數(shù)據(jù)共享能力。整個系統(tǒng)的信息和網(wǎng)絡(luò)資源通過與其他保護裝置、控制裝置以及電力調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)[5]。

我國電力系統(tǒng)的智能化內(nèi)涵不僅包括設(shè)備管理的升級，還包括可操作和監(jiān)控系統(tǒng)化的智能管理。未來，我國電力系統(tǒng)的發(fā)展和科技的創(chuàng)新要徹底拋棄各種老式的機電設(shè)備，在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷探索更節(jié)能、更具科技發(fā)展力的新型技術(shù)手段，以提高我國電力系統(tǒng)繼電保護裝置的安全性、靈敏性以及可靠性,為促進我國電力系統(tǒng)科技水平的發(fā)展和社會經(jīng)濟效益的提升貢獻力量。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

電力保護系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)對接遠程云端網(wǎng)絡(luò)形成一種特有的網(wǎng)絡(luò)化智能處理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)線路的保護和變壓器零部件的保護等功能。網(wǎng)絡(luò)繼電保護系統(tǒng)作為一種新型的繼電保護科技，是未來智能化網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。這種具備高科技含量的繼電保護模式，可以通過精密的科學(xué)技術(shù)對電力保護系統(tǒng)實施不間斷的通信監(jiān)控。將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用到繼電保護系統(tǒng)中可以進行實時的檢測和管理，針對我國各省、市骨干電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，達到電力系統(tǒng)繼電保護的基本條件。同時，將系統(tǒng)中的主要保護裝置接入云端計算機網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)保護裝置與維修服務(wù)平臺的互聯(lián)，并實現(xiàn)實時監(jiān)控的功能。

目前，我國電力繼電保護系統(tǒng)的智能化防護網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實現(xiàn)基本的科技創(chuàng)新，但仍然處于初級試驗階段，在充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)管理、電力線路保護以及變壓器保護等功能方面還有很大的發(fā)展空間[6]。

3.3 綜合自動化

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，繼電保護裝置已經(jīng)能夠通過智能化的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動篩出危險信號，并在故障發(fā)生之前發(fā)出預(yù)警信號，為專人提供智能化的處理選項。一部分繼電保護裝置會在故障發(fā)生前給出提醒信號，一部分繼電保護裝置會在故障發(fā)生后的0.1 ～0.8 s 內(nèi)做出判斷，并自行采取一定的斷電措施，以防零件因負荷過重而損毀。

電力系統(tǒng)的繼電保護裝置會儲存故障發(fā)生的時間和原因，并連同具有相同危險信號的零件將檢測到的數(shù)據(jù)上傳至終端信號服務(wù)器。維修人員只需讀取信息就可迅速了解故障原因和故障點位，提升了維修人員的工作效率。維修人員會將獲取的維修記錄上傳，儲存至電力系統(tǒng)的云端系統(tǒng)。此外，將運行過程中產(chǎn)生的問題和故障點的信息和數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)終端，并將相關(guān)數(shù)據(jù)備份至電力系統(tǒng)的云端系統(tǒng)，也可以將被保護部分的任何數(shù)據(jù)信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)控制中心或其他終端設(shè)備。

通過集智能化和科技化于一體的繼電保護電力系統(tǒng)，不僅可以完成基礎(chǔ)的繼電保護功能，還可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和控制電力輸出、維持數(shù)據(jù)通信等功能，實現(xiàn)電力系統(tǒng)保護、故障檢測和控制、電力輸出量的測量以及數(shù)據(jù)通信等全面智能化處理。智能化的電力保護系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的專業(yè)壁壘，解決了傳統(tǒng)檢測設(shè)備所存在的報警延遲問題，降低了電力系統(tǒng)損壞率，能夠有效保障電力系統(tǒng)不間斷正常運行。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，繼電保護自動化系統(tǒng)已經(jīng)在國家電網(wǎng)建設(shè)中起到了推進式的作用，為國家電網(wǎng)運行的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性提供了保障[7]。

4 直流輸電技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，直流輸電技術(shù)日趨成熟。目前，各種新的發(fā)電方式將被推廣，新的發(fā)電方式所產(chǎn)生的電力將以直流電的形式傳輸，如磁流體發(fā)電、電燃氣發(fā)電、燃料電池以及太陽能電池等方式。

此外，超高壓輸電也顯示出其特有的優(yōu)勢，如增加了用電高峰時段的輸電容量、延長了部分地區(qū)的輸電距離、降低了單位功率輸電的工程成本、減少了線路的能量損耗和線路走廊占用的面積等。綜合以上應(yīng)用分析，直流輸電具有顯著的綜合經(jīng)濟效益和社會效益，在今后的繼電保護中將實現(xiàn)長久的發(fā)展和應(yīng)用。

5 結(jié) 論

高效可靠的電力繼電保護是電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，也是我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基本要求。隨著電力繼電保護系統(tǒng)的不斷革新，檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)維修技術(shù)以及人工智能檢測等技術(shù)飛速發(fā)展，繼電保護理論體系也在不斷完善。就我國電力技術(shù)的發(fā)展來看，通過從原始的人工管理創(chuàng)新改革成數(shù)字化和智能化的數(shù)字管理系統(tǒng)，其將具有廣闊的發(fā)展空間。