智能電網環境下的繼電保護探討

王鶴　高超

摘要：當前，電網自動化、智能化逐步成為了電力系統發展的新方向。繼電保護作為保障電網安全運行的第一道防線，需要積極適應電網的變化。文章基于我國智能電網建設將對電網運行產生的影響，分析了超/特高壓輸電、電子器件滲透、網絡拓撲異變對繼電保護造成的影響，并對繼電保護的關鍵研究方向進行了介紹。

關鍵詞：智能電網環境；繼電保護；電網自動化；電網智能化；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM65 文章編號：1009-2374（2015）34-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.066

1 概述

隨著經濟的發展，人民生活水平的提高，人們對電能的需求量也越來越大；又由于傳統的發電方式對能源的依賴度很大，結合當前全球的能源問題，建設智能電網刻不容緩。智能電網的應用和推廣可以增加電網和用戶之間的雙向互動，提升電網的運行質量，并且智能電網的建成將對我國電力系統的發、輸、配、用各個環節產生重大的影響。而繼電保護作為電網安全運行的第一道防線，將受到智能電網的考驗。傳統繼電保護的不足在智能電網的沖擊下也開始逐漸暴露出來，但是智能電網先進的信息系統也為繼電保護的發展提供了良好的環境，為適應電網的智能化發展，構建更加可靠安全的電網運行環境，繼電保護的發展應該抓住機遇迎接挑戰。

2 繼電保護面臨的挑戰和機遇

2.1 繼電保護面臨的挑戰

2.1.1 智能電網的重要特征之一是遠距離，超/特高壓輸電，且交直流混合形成的互聯大電網，這種大電網對繼電保護的工作環境將會產生很大的影響：

第一，諧波分量大且非周期分量衰減緩慢，暫態過程明顯這是特高壓電網故障時的主要特點，這必然會對繼電保護裝置的可靠性和快速性產生一定的影響。加之在暫態狀態下的電流互感器、電壓互感器的傳變特性會變差，這樣很容易在系統故障狀態轉換的情況下，造成保護裝置誤動。

第二，保護裝置的電流差動保護和按集中參數模型構成的保護，很容易受到超/特高壓長線路分布電容的影響。

第三，繼電保護會受到同塔雙回或多回線路的跨線故障影響，也會受到互感和線路參數不平衡的影響。

第四，利用諧波含量對變壓器保護內部故障，和勵磁涌流故障的區分難度增大。

第五，這種智能化的大電網，要求繼電保護設備，在可靠性、安全性和電磁兼容能力方面的性能要更高。

2.1.2 故障電流會受到電力電子設備的影響。在智能化電網的建設過程中，在一次系統中使用了大量的電力電子設備，這樣對電網中的短路電流的特性和分布會產生很大的影響。主要表現在以下兩個方面：

第一，FACTS元件的具體安裝位置以及它在投入運行過程中發生的一些參數的調整和變化，會直接影響到電網短路電流的特性和具體的分布位置。

第二，如何對直流輸電系統的控制和保護仍然是一個很突出的問題，電網智能化后交、直流系統的運行故障會相互影響。

2.1.3 繼電保護裝置和電網的控制策略配合要協調。智能電網需要運用大量的FACTS元件和一些其他的供電設備相互并網運行，這就要求繼電保護裝置能夠與這些設備元件的控制策略相協調，并能夠及時、可靠地做出相應的保護動作來保證電網的可靠穩定運行。

2.1.4 定值配合式保護在網絡拓撲和運行方式多變的智能電網環境下面臨挑戰。目前我們使用的保護主要是以光纖差動為主，并且這種技術已經趨于成熟，但后備保護在電網運行方式和網絡拓撲的影響下很難保證其可靠性和選擇性。于是人們為了保證后備保護動作的可靠性，只能按照故障最嚴重的情況對后備保護進行配置和特殊的整定。為了保證智能電網后備保護的選擇性，只能以犧牲后備保護的快速性和靈敏性為代價。傳統的后備保護實現后備保護功能的方式是利用本地信息的相互配合，它很難去適應網絡拓撲和運行方式多變的智能網絡，起到保護供電可靠性的作用，這主要是由于它本身的局限性所致。其局限性主要表現在以下三個方面：

第一，由于傳統繼電保護的整定配合往往比較復雜，這使得保護裝置的動作時間很長，智能電網發生故障時，保護有可能不能及時切除故障滿足電網的運行要求，以致對電網的安全運行造成威脅。

第二，傳統的繼電保護裝置受整個電網系統運行方式的影響很大，在智能電網的環境下，很難適應智能電網運行方式的快速變化，在保護的選擇性和靈敏性上很難同時滿足要求。

第三，由于傳統的繼電保護裝置保護裝置對系統內故障和故障切除后引起的潮流轉移、過負荷不能明確地區分清楚，極易造成連鎖跳閘，會產生保護誤動作。

2.2 智能電網的建設給繼電保護帶來的新機遇

智能電網的發展在一定程度上也促進了新型繼電保護裝置的發展，其中在智能電網發展過程中研究所得的一些成果，也可以很好地應用到繼電保護裝置系統中來，比如：在電網信息采集方面，我國構建的實時動態監測系統，其中的相量測量單位和廣域測量系統在我國所有的500kV變電站和絕大部分的220kV變電站都已經安裝完成。相量測量單元和廣域測量系統的特點是能夠實現廣域電網的在線同步測量監控，并且可把數據更新的速度縮短至幾十毫秒的時間，這項研究成果可以很好地應用在基于同步信息的繼電保護系統的功能實現上，這樣可以在一定程度上對新型繼電保護裝置的發展起到很好的促進作用。

在電網的信息通信方面，光纖在我國500kV的覆蓋率已達到全部覆蓋，220kV為99.2%，110kV為93%，在我國已經形成了以光纖分層分級為主要特征的自愈環網電力通信網絡。并且變電站內的一次設備的數字化和二次裝置的網絡化，都是基于IEC61850的統一標準建設的。這就使得全站的通信平臺都得到了統一的標準，對實現全站信息的共享和互聯互通做好了基礎保障，同時也可以滿足保護裝置的高速、實時、可靠的信息通信要求。這在很大程度上也促進了繼電保護裝置的發展。

3 繼電保護未來應重點研究的內容

在智能電網飛速發展的今天，為了保證電網的安全可靠運行，繼電保護應該適應電網的變革，對單元保護和廣域保護兩個方面進行重點研究。

3.1 單元保護研究的內容

在單元保護研究方面，應該重點研究的對象包括發電機保護、變壓器保護、交流線路保護、直流線路保護等。在這些方面研究的重點應該放在如何改良對傳統元件的保護和一些新原理、新算法的研究上。

3.2 廣域保護研究的內容

近年來，繼電保護方面研究的熱點之一便是廣域保護，它主要是以高速實時的信息通信為基礎，在保護系統中加入多點多類型的信息數據，通過對繼電保護配置方式的革新，使繼電保護的動作性能得到顯著提高。

傳統繼電保護信息的來源主要來自被保護設備，它利用信息的主要方式有單端量和雙端量兩種。由于受到軟硬件技術水平的限制，信息量獲取少，繼電保護故障角度單一的缺點也逐漸暴露出來。隨著智能電網時代的到來，它對繼電保護的信息獲取方式提出了多信息化獲取的更高要求，因此，為適應智能電網的發展的新形勢，繼電保護發展的重點應為廣域保護。

4 結語

通過以上分析我們可以看出，我國電力系統的發、輸、配、用各個環節均將受到智能電網建設的影響。智能電網的建設使繼電保護的運行環境發生了變化，對保護系統提出了更高的要求，同時通過智能電網先進信息平臺的搭建，也給繼電保護集成廣域信息提供了發展的機遇。希望通過本文的相關論述能對相關工作者有所助益。

參考文獻

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[2] 李乃湖，倪以信，孫舒捷.智能電網及其關鍵技術綜述[J].南方電網技術，2010，（4）.

（責任編輯：蔣建華）