國(guó)網(wǎng)廣水市供電公司 李 晨

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)中越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨著一系列的挑戰(zhàn)，如電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)、可再生能源的大規(guī)模接入以及對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求不斷提高等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)已成為當(dāng)今電力行業(yè)的研究熱點(diǎn)。新型電力系統(tǒng)是基于現(xiàn)代信息通信技術(shù)、智能感知技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等的高度自動(dòng)化和智能化的電力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)具有更高的可靠性、更高的靈活性。其中，配網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)，起著連接輸電網(wǎng)與用戶的重要作用，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行和供電質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響，所以配網(wǎng)繼電保護(hù)策略的研究成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的重要內(nèi)容。

傳統(tǒng)的配網(wǎng)繼電保護(hù)策略主要是基于電力系統(tǒng)的物理參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如電流、電壓、功率等。然而，在新型電力系統(tǒng)中，由于可再生能源的大規(guī)模接入和分布式發(fā)電的普及，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式發(fā)生變化，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)策略難以適應(yīng)這種變化，可能導(dǎo)致配網(wǎng)繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，從而影響電力系統(tǒng)的供電的可靠性。因此，針對(duì)新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)繼電保護(hù)策略的研究成為當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，通過(guò)對(duì)新型電力系統(tǒng)中可再生能源和分布式發(fā)電等因素的考慮，結(jié)合智能感知技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用，可以設(shè)計(jì)出更加適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的配網(wǎng)繼電保護(hù)策略，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和穩(wěn)定供電提供有力支持[1]。

2 配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)概述

配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)是指在配電系統(tǒng)中，為了保障電力設(shè)備運(yùn)行安全和電能質(zhì)量穩(wěn)定，采用繼電保護(hù)裝置對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)的技術(shù)。配電系統(tǒng)作為電能傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，承擔(dān)著將高壓輸電線路輸送的電能轉(zhuǎn)換成適用于低壓用戶的電能的重要任務(wù)。但由于各種原因，如短路故障、過(guò)載、接地故障等，配電系統(tǒng)可能會(huì)受到損壞或故障的影響，導(dǎo)致電力設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，甚至引發(fā)事故。為了應(yīng)對(duì)這些潛在的問(wèn)題，配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其利用繼電保護(hù)裝置對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，一旦檢測(cè)到異常情況，就會(huì)及時(shí)采取保護(hù)措施，避免故障擴(kuò)大，確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的主要功能包括短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)和跳閘保護(hù)。短路保護(hù)主要是通過(guò)檢測(cè)電流和電壓的變化，判斷是否存在短路故障，并及時(shí)切斷故障點(diǎn)，以避免電力設(shè)備受到損壞；過(guò)載保護(hù)則是監(jiān)測(cè)電流的大小，一旦超過(guò)設(shè)定值，就會(huì)采取相應(yīng)措施，如切斷電源或調(diào)整負(fù)荷；接地保護(hù)主要是檢測(cè)設(shè)備是否出現(xiàn)接地故障，一旦發(fā)現(xiàn)就會(huì)切斷故障點(diǎn)，以確保人身安全；跳閘保護(hù)是指當(dāng)配電系統(tǒng)中其他保護(hù)無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)切斷電源，以避免事故擴(kuò)大，繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)

3 配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

3.1 電力系統(tǒng)質(zhì)量有待提升

隨著分布式能源和可再生能源的普及，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)可能無(wú)法適應(yīng)這種變化，如傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)可能無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)和定位分布式能源發(fā)生故障的位置，從而導(dǎo)致故障恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)和供電可靠性下降。同時(shí)，配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中可能面臨通信和數(shù)據(jù)處理方面的挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)設(shè)備要實(shí)時(shí)地獲取和處理大量的數(shù)據(jù)，并與其他設(shè)備進(jìn)行高效的通信，傳統(tǒng)的配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)可能無(wú)法滿足這種需求。例如，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備可能無(wú)法處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)流和復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲和通信故障。

3.2 繼電安全保護(hù)性能較低

由于新型電力系統(tǒng)中分布式能源的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性有效增加，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)往往難以適應(yīng)這種復(fù)雜的環(huán)境，無(wú)法對(duì)各種異常情況進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷和處理，繼電安全保護(hù)性能較低成為新型電力系統(tǒng)運(yùn)行中的突出問(wèn)題。同時(shí)，在應(yīng)用新型電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)通常需要與智能電網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，但因智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)變得更加智能化和自動(dòng)化，這給繼電保護(hù)技術(shù)提出更高的要求，而目前繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用還比較薄弱，無(wú)法滿足實(shí)際需要。

另外，新型電力系統(tǒng)中大規(guī)模的可再生能源接入也給配網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)，可再生能源的不穩(wěn)定性和波動(dòng)性使得電力系統(tǒng)更加容易受到電壓暫降、頻率變化等異常情況的影響。然而，繼電保護(hù)技術(shù)在面對(duì)這些異常情況時(shí)的反應(yīng)速度較慢，無(wú)法及時(shí)采取措施保護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，2020～2022年某市配網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2020-2022年某市配網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)繼電保護(hù)構(gòu)建

4.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性

在配網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)階段，采用二次電纜將配網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)連接不同互感器的二次仿真電氣量，并將有關(guān)數(shù)據(jù)資源通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過(guò)濾，以強(qiáng)化數(shù)據(jù)的真實(shí)性。但這種方法對(duì)保護(hù)裝置數(shù)量提出更高要求，只能使用個(gè)別裝置數(shù)量，如果在配網(wǎng)中連接很多保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性特征將會(huì)有所降低[2]。所以，在配網(wǎng)繼保數(shù)量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的情況下，數(shù)據(jù)的精確度還要提高一些。

交換不同傳感器中的信息數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，利用先進(jìn)的對(duì)時(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置與數(shù)據(jù)采集裝置在時(shí)間上的同步問(wèn)題，以提高數(shù)據(jù)采集的真實(shí)性。傳統(tǒng)配網(wǎng)繼電保護(hù)時(shí)，是通過(guò)串口、脈沖、編碼等方式，以GPS 時(shí)間信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，提高對(duì)時(shí)精度。并對(duì)數(shù)據(jù)同步提出了更高的要求，基于IEEE1588時(shí)間同步協(xié)議，有助于不同配網(wǎng)繼電保護(hù)裝置之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步運(yùn)行。因此，工作人員應(yīng)對(duì)IEEE1558技術(shù)原理進(jìn)行全面分析，進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)中數(shù)據(jù)同步與時(shí)鐘誤差的關(guān)系，通過(guò)相關(guān)提取模型中的變量，判斷協(xié)議中使用的同步算法，明確對(duì)數(shù)據(jù)同步造成嚴(yán)重影響的因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行控制，使數(shù)據(jù)同步問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解決系統(tǒng)中的最優(yōu)問(wèn)題[3]。

4.2 保護(hù)建模參數(shù)

在開(kāi)關(guān)拒動(dòng)和主保護(hù)問(wèn)題上，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的后備保護(hù)配置現(xiàn)象，采用控制變量的方法，對(duì)區(qū)域數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)要素的綜合分析和后備保護(hù)配置方案的分析，注重體現(xiàn)出方案自動(dòng)化特征，自動(dòng)隔離可能出現(xiàn)故障問(wèn)題的區(qū)域，構(gòu)建健全的保護(hù)系統(tǒng)。目前，工作人員要對(duì)其進(jìn)行如下調(diào)整。在傳統(tǒng)電網(wǎng)異常分析方法中是以電流、電壓正負(fù)序斷線情況為參考數(shù)據(jù)，如果只應(yīng)用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，很容易出現(xiàn)漏判、誤判等問(wèn)題。針對(duì)該種問(wèn)題，工作人員要進(jìn)一步拓展判斷數(shù)據(jù)覆蓋范圍，將其拓展到新型電力系統(tǒng)相關(guān)的通信數(shù)據(jù)，能進(jìn)一步拓展新型電力系統(tǒng)下新產(chǎn)生的信息電氣量范圍，涉及電網(wǎng)傳輸中的異常數(shù)據(jù)，要構(gòu)建健全的分類器模型，重新判斷這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

5 新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化措施

5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)

首先，建立完善的保護(hù)裝置。傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置主要包括過(guò)流、過(guò)載、短路等功能。而在新型電力系統(tǒng)中，由于電力負(fù)荷和供電方式的改變，需要引入更多的保護(hù)裝置，如電壓保護(hù)、頻率保護(hù)等。這些新型保護(hù)裝置能夠更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，及時(shí)采取措施保護(hù)發(fā)電機(jī)免受異常電壓、頻率等問(wèn)題的影響。其次，結(jié)合智能化技術(shù)。隨著科技的進(jìn)步，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用也逐漸滲透到電力系統(tǒng)中。通過(guò)將智能化技術(shù)與發(fā)電機(jī)保護(hù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。例如，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。同時(shí)，通過(guò)人工智能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，提高保護(hù)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。最后，加強(qiáng)對(duì)故障診斷的能力。在新型電力系統(tǒng)中，由于電力負(fù)荷和供電方式的改變，發(fā)電機(jī)可能面臨更加復(fù)雜多樣的故障情況。因此，需要引入先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，對(duì)發(fā)電機(jī)的故障進(jìn)行快速準(zhǔn)確的判斷。例如，利用紅外成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的溫度分布情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障部位。結(jié)合智能化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警，提高故障處理的效率和準(zhǔn)確性。

5.2 母線和線路接地保護(hù)

在新型電力系統(tǒng)下，母線和線路接地保護(hù)需要采取一系列的優(yōu)化措施。一是母線保護(hù)。傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)方法已不能滿足新型電力系統(tǒng)的需求，要引入微分保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，其中微分保護(hù)技術(shù)通過(guò)比較母線兩端電流的差異來(lái)判斷是否存在故障，從而準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)。差動(dòng)保護(hù)技術(shù)則是通過(guò)比較母線兩側(cè)電流的差異，來(lái)判斷是否有故障發(fā)生。這些保護(hù)措施可以提高母線的可靠性和穩(wěn)定性；二是線路接地保護(hù)。傳統(tǒng)的接地保護(hù)方法主要是采用零序電流保護(hù)，而在新型電力系統(tǒng)中，由于負(fù)荷的增加和電網(wǎng)的復(fù)雜性，單一的零序電流保護(hù)已經(jīng)不再適用。因此，要采用多重接地保護(hù)技術(shù)，如零序電流差動(dòng)保護(hù)、零序電壓保護(hù)和零序電壓差動(dòng)保護(hù)等，這些保護(hù)技術(shù)能夠準(zhǔn)確地判斷故障類型，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，提高了線路接地的安全性和可靠性。

5.3 變壓器保護(hù)

變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分將電能從一電壓級(jí)別轉(zhuǎn)換為另一電壓級(jí)別，變壓器的正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。但在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器可能會(huì)遭受各種故障，如短路、過(guò)載和接地故障等，導(dǎo)致變壓器的損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重后果。為了保護(hù)變壓器免受故障的影響，配網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)要采取差動(dòng)保護(hù)裝置，通過(guò)檢測(cè)變壓器的輸入和輸出電流之間的差異，判斷是否存在故障。當(dāng)差流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)發(fā)出信號(hào)觸發(fā)斷路器跳閘，從而切斷故障電流，保護(hù)變壓器的安全運(yùn)行。同時(shí)，采用過(guò)流保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)變壓器，通過(guò)監(jiān)測(cè)變壓器的輸入電流來(lái)檢測(cè)是否存在過(guò)載故障。一旦輸入電流超過(guò)設(shè)定值，過(guò)流保護(hù)裝置會(huì)觸發(fā)斷路器跳閘，切斷故障電流，防止變壓器受損[5]。除了差動(dòng)保護(hù)和過(guò)流保護(hù)，還可以采用溫度保護(hù)措施來(lái)保護(hù)變壓器，溫度保護(hù)裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的溫度，并在溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)，可以及時(shí)采取措施，避免變壓器由于溫度過(guò)高而造成損壞。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在新型電力系統(tǒng)下，配網(wǎng)繼電保護(hù)策略需要考慮到系統(tǒng)的特點(diǎn)、智能化水平、與其他系統(tǒng)的互動(dòng)以及對(duì)環(huán)境的影響。只有綜合考慮這些因素，才能設(shè)計(jì)出適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的配網(wǎng)繼電保護(hù)策略，并確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。