當前智能電網構架下繼電保護技術的實踐

摘 要：高速發展的世界經濟模式下，動力都是電力提供的，可以說經濟和社會的發展離不開電力。在我國，經濟發展突飛猛進，傳統的電網已經不能滿足未來經濟的需求，文章基于目前我國電網的運行和發展狀況，從而提出建設未來高效能的電網的幾點建議。智能電網在配電、用電或是發電、輸電等過程中運用了較多的新型技術，并且隨著技術的發展和升級，可以使電力系統更加完善，使其優于傳統電網的方面充分展現出來。

關鍵詞：繼電保護；智能電網；電子互感器

21世紀電力工業的重大創舉就是智能電網的出現和迅猛發展，對于世界區域內能源問題、環境問題的出現也有很好的抵制作用，同時也是一種有效提升電網運行質量的措施。智能電網的投入和使用在中國電力系統發電、輸電、配電和用電的各個環節都有廣泛影響，它為電網安全首要防線的繼電保護系統帶來了新的機遇和挑戰。在這樣的對比下，傳統的保護系統的弊端逐漸暴露出來，但是，先進的信息系統也讓繼電保護有了更好的發展，我們對此的態度應該是積極的，力求逐漸變革電力網絡，建立更加合理可靠的保護系統。

1 智能電網概況

智能電網的基礎是物理電網，將先進的計算機技術、傳感測量技術和信息技術同決策者與電網集成，然后建立在高速運轉的雙向通信網絡基礎上，最終達到可靠、安全的電網運行。兼容利用和能源替代是智能電網的本質，必須創建開放系統和建立信息共享的模式，使數據得到最大的整合，優化其運行和管理。就我國而言，基于能源的特征，發電裝機中占主要比例的還是燃煤火電機組，但是化石能源所引起的環境問題日益受到重視，開發風能、太陽能以及其他可再生能源是日后發展的主要方向。

網絡拓撲模型是傳統電網當中最多見的，包括總線型、環形和星形路線等，但是這些模型都可以總結為線型模型，每個電源點都是同方向的流動，這對于電流和距離和保護的實現比較輕松，這也是得到一致認可的。對于網狀結構，因為沒有起點終點之分，線路的流向都是雙向的。

2 智能電網的繼電保護構成

自我修復故障的能力和智能化的故障診斷能力是智能電網中繼電保護部分所必須具備的，在故障發生時可以快速準確地隔離，從而避免運行中事故的發生。繼電保護的裝置圖如圖1所示：

圖1 繼電保護的裝置圖

3 智能電網中繼電保護技術所具備的特點

3.1 繼電保護的數字化

在智能電網中，互感器的傳輸性能會增強，與此同時故障幾率會有很大的降低。信息傳輸的真實性使繼電保護裝置的性能提高了，在以后的技術升級中，需要考慮怎樣使繼電保護的輔助功能簡單化，利用數字化的傳感器提高它的性能，這也是這篇文章中主要提到的方法。

3.2 繼電保護的網絡化

將智能電網與互聯網進行對接，用戶可以將信息或數據共享，利用其它組件提高其保護能力，簡化繼電保護裝置（實際上就是智能終端，將被保護的原件的數據或信息傳送到網絡控制中心，使其可以利用運行故障中的數據信息）。

3.3 繼電保護的自動整定技術

該特點是指依據電力運行方式和故障變化改變保護性能、定值和特性，盡可能地適應電力系統的變化，改善其性能。

4 電子互感器在智能變電站中的實踐應用

智能電網中的智能變電站主要實現網絡控制化、功能一體化、狀態可視化、測量數字化、信息互動化。這些要求都是基于對電流電壓的精確測量，所以電子互感器有了廣泛的應用。

4.1 電子互感器的分類

電子互感器可以模擬電壓輸出，可供15-100hz的電氣測量儀器和繼電保護裝置使用。它分為電子式電流互感器和電子式電壓互感器兩種，文章主要以前者為例。

4.2 電子式電流互感器的原理

無源式電子式電流互感器：原理即磁致旋光效應，也就是通常所說的Faradary效應。LED發出的光徑起偏器后為一線偏振光，它在電流產生的磁場作用下通過磁光材料時，會發生偏轉，旋轉角正比于磁場H沿著線偏正光通過材料路徑的線積分，公式如下：

θ=V∫·Hdl

若光路設計為N圈的閉合回路，根據全電流定律可得：

θ=V∫·Hdl=V·N·i

其中，V為Verde常數，N為光路和電流交鏈的匝數，i為導體中流過的電流。故得出結論：電流i與θ角成正比，通過測量偏振光旋角θ即可得到電流i。

光學材料一般用于無源式電子式互感器，所以環境的因素對它的性能影響很大，比如穩定性方面或溫度的漂移，所以能否解決這兩個問題是能否推廣的必要前提。

有源式電子式互感器的原理也是Faradary電磁感應原理，有Rogowski線圈型和低功率線圈型。前者亦稱為空心線圈，是把漆包線纏繞在環形骨架上制成的，因此不會出現磁滯和磁飽的問題。當載著電流的導線從線圈中心穿過時，因為導線有電流，線圈的兩端會產生電勢e。Rogowski線圈型對電流的測量依據互感系數，并將所測得的電勢e進行積分處理后，即可得到被測電流的大小，但是，Faradary電磁感應原理對它的一個限制就是不能測量恒穩直流，對于那些變化比較緩慢的非周期分量的測量也有一定的局限性，有測量信號頻帶的限制。

5 結束語

我國自2009年提出智能電網以來已經建立了21個項目點，其中電子式互感器在智能變電站中的使用體現在電網的動態觀測和提高繼電保護的可靠安全性運行方面：一方面，它的接口方便，通訊能力強，采用的是數字輸出，在使用后可以實現多點對一點或一點對一點的過程，可取代二次電纜線，解決二次接線的問題，簡化測量和保護系統的結構，最大化信息共享；另一方面，電子互感器的輸出采用電纜傳輸，光纜數較少，傳統的互感器維修頻率較大，壽命較短約30年左右，電子式互感器在使用壽命內基本不需要維護，大大減少了工作量。

參考文獻

[1]范志宇.智能電網繼電保護的應用探討[J].中國傳媒科技，2012（18）.

[2]郝文斌，洪行旅.智能電網地區繼電保護定值整定系統關鍵技術研究[J].電力系統保護與控制，2011（02）.

作者簡介：張家森（1976，9-），男，山東壽光人，本科學歷，工程師，現工作于國電南瑞科技股份有限公司，研究方向：電力系統繼電保護。