智能電網中繼電保護的應用與發(fā)展

李建偉

摘 要：智能電網是當今世界電力發(fā)展的最新動向，隨著我國智能電網的發(fā)展，各種問題急需解決。繼電保護作為電力系統(tǒng)安全運行的第一道防線，對繼電保護在智能電網中的應用與發(fā)展的研究勢在必行。文章通過對智能電網的特點、傳統(tǒng)電網和自能電網對繼電保護的不同要求的分析，得出了智能電網繼電保護的3個問題，同時也提出了繼電保護的最新發(fā)展特點。

關鍵詞：智能電網；繼電保護；發(fā)展

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0062-02

隨著時代發(fā)展，如今智能電網已經成為電力系統(tǒng)最先發(fā)展方向。國家電網公司從四個方面表示了智能電網的特點，一是信息化；二是自動化；三是數(shù)學化；四是互動化。此外，在把特高壓電網與清潔能源的建設規(guī)劃與政策相結合聯(lián)系起來，就這樣形成國家電網的發(fā)展方向。

隨著電網的升級，智能電網極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)。電力系統(tǒng)繼電保護作為電力系統(tǒng)首要保護線，它會隨其兩方面發(fā)生變化從而改變，一是功能；二是作用。因此，對繼電保護在智能電網中應用和發(fā)展的研究勢在必行。

1 智能電網的定義和特點

智能電網可以從以下兩個方面進行概括：一是根據(jù)它的技術性，可以從它的四大特點入手（信息化、自動化、數(shù)字化以及互動化）；二是在它的管理上，分別體現(xiàn)在四點：集團化、集約化、精益化以及標準化。

對于堅強智能電網來說，它最基礎的定義是經濟效果顯著、透明開放等。

其中關于透明開放這點，有一些特別要求，電網開放，其各種訊息需透明和共享。

智能電網以物理電網為基礎，使一部分技術得到了比較大的使用，比如電子式互感器、廣域測量技術和交直流靈活輸電技術等。

2 傳統(tǒng)電網與智能電網繼電保護的比較

在以前的電網里，網絡拓撲結構有三種，一是總線型；二是環(huán)型；三是星型線路，它的相同效果的數(shù)學模型。傳統(tǒng)電網的運行方式單一，潮流分布是單向的。

網狀結構對智能電網來說是一個特殊的存在，因為它可以有兩個特性，一方面它可以讓每個點也許成為電源點；另一方面它也許會是客戶，所以線路里，對于潮流進向問題，答案是雙向的。

此外，形成微網單獨運行這樣的結果，是由于電源點也許是在網里面列羅而成，進而與其友好互動的這一特征相互照應。這就將導致電網運行方式的不確定，解列點的繼電保護的定值、保護范圍都應該做相應的調整，且因線路潮流的改變，各線路的長度、阻抗都將發(fā)生變化，相應的各個保護裝置的保護范圍和整定值都將變化，這提高了對繼電保護裝置的要求。

在傳統(tǒng)電網中，因電源點的潮流是確定的，因此，一般不會發(fā)生改變的是傳統(tǒng)繼電保護電氣判別量，同時，它的需求僅是保護對象的電氣量，如：三相電流Ia，Ib，Ic和三相電壓Ua，Ub，Uc。

智能電網中，由于電網結構和運行的新特點，繼電保護的應用面臨著3個主要問題，且這3個問題貫穿于智能電網繼電保護的全過程中。該3個問題將在后面做詳細介紹。智能電網具有分布式發(fā)電、交互供電的特點，且通信、信息技術的發(fā)展，使得網絡數(shù)據(jù)共享成為可能。

智能電網中，可以廣泛地利用各種傳感器對電網的運行狀況進行實時地監(jiān)控，然后經過網絡系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行收集和整合，最后做出快速的數(shù)據(jù)分析，得出結論，讓保護功能與定值得到了較好的呈現(xiàn)，一是它的遠程監(jiān)控；二是它的修正。

所以，相對智能電網里面的保護裝置來說，它有兩個方面需要做，一是讓保護對象信息化，二是得到相關設備與臨近網絡的運行信息。

信息的共享使得保護裝置能夠更加準確的判斷故障狀態(tài)，可以保證在快速隔離故障，避免大面積停電事故的前提下，盡量減少人工參與，充分實現(xiàn)智能化。

3 貫穿智能電網繼電保護的3個問題

對于智能電網的運用問題，特別是繼電保護的使用，一定從三個方面上進行思考。

第一個方面，從兩方面鑒定繼電保護是否含有自適應能力靈活，先是從運行方式上，再是它的不確定的潮流的流出方向。

D點電源點不僅能從接入電網運行，而且還能夠講其分開羅列，得到微網的獨自運行結果。則對于D點的潮流流向是不確定的。因此，輸入家電保護裝置的訊息需要從三方面進行考量，一是線路的電氣量，二是其相關線路運作的情況，三是修正、計算整定數(shù)值。

第二方面，對于繼電保護來說，它的運作方式是會發(fā)生變化的，所以可以讓繼電保護的功能隨著其變化做出一定的調整。

在D點解列運行時，N4從系統(tǒng)中分離開來。這樣該點的繼電保護裝置應該所有都停止運作，對于繼電保護裝置而言，其N3、N2節(jié)點處，定值、保護范圍都會做出調整。因為線路的阻抗、長度和潮流分布都發(fā)生了相應的變化。

第三方面，考慮環(huán)境條件與保護定值之間存在的聯(lián)系，是否對其有一定的影響。

因為在智能電網里面，繼電保護主要通過傳感器對輸電線路的容量、溫度等進行實時地監(jiān)控，從而到達分析、調整功率分布，維持電網的安全穩(wěn)定運行。因此，為了適應容量和溫度的變化，需要實時調整輸電線路的過負荷保護定值，借此來調整功率，以便達到運行的極限。

4 智能電網繼電保護的發(fā)展

4.1 準確、快速甄別故障

在加速建設智能電網過程中，研發(fā)出超高速出口速度的保護裝置具有很重要的意義。為了提高保護裝置的保護速度，提出了甄別故障元件的新原理來解決工頻保護不能解決的問題。電壓越高，因為故障產生的不平衡功率越高。切出故障的速度越快，則故障電流對設備的損壞越小，產生的不平衡功率越小，減小低電壓時間，從而可以提高系統(tǒng)的安全性，增強可靠性。因此，快速切除故障的方式能夠通過這樣的方式去實現(xiàn)：加快甄別故障。

針對超高壓交流的輸電線路暫態(tài)分量保護問題，能夠通過以下的方式識別內外的故障，一是發(fā)生故障時，尤其是在區(qū)內、外。其電流、電壓高頻分量的幅值；二是從方向不同去識別，實現(xiàn)甄別故障以及超高壓交流輸電線路暫態(tài)保護。

對于超高壓直流輸電線路單端速動保護，應該在線路兩端加裝平波電抗器和直流濾波器，實現(xiàn)隔離直流輸電高頻暫態(tài)量，構成保護系統(tǒng)。

對于超高速母線保護，可以利用行波差動原理判斷出區(qū)內、外故障，該方法靈敏、可靠，且動作速度快，不受過渡電阻和互感器飽和的影響。

4.2 保護裝置配合的新發(fā)展

傳統(tǒng)電網保護配置，在電網發(fā)生故障時，可能大范圍地切除故障元件，繼而擴大了停電的范圍，降低了保護的可靠性。且在同桿雙回路輸電線路保護中，有一種情況會引起切除故障后余下的系統(tǒng)分開，是由于保護設備和自動重合閘相互協(xié)作。在其協(xié)作當中，系統(tǒng)也許遭遇故障的碰撞問題，減小系統(tǒng)的性能，主要是安全可靠方面的。

在變電站里面，能夠有一種方式取消后備保護，那就是通過集中的方式，換而言之，每一個被保護元件都只配備主保護。由于這個形勢，產生了兩方面的作用，一個是使其擁有近距離的后備保護，二個是開關用不起同時也得到保護。

還可以編制專門的數(shù)值積分計算程序計算出最佳重合閘時間，然后增大故障暫態(tài)穩(wěn)定的極限。

以下幾點會導致最佳重合閘時間產生一定的陶染，一是故障點的距離；二是傳輸功率的大小；三是保護動作時間。對于這些問題，面對重合閘時間的改變，暫態(tài)能量呈現(xiàn)的特點是連續(xù)的，所以能夠讓不在線的計量結果應用于實際。

同時，隨著光纖通信的發(fā)展和應用，保護利用遠方的信息不再困難，使得發(fā)展后備保護與配置成為可能。而被保護單元間的數(shù)據(jù)共享，使實現(xiàn)雙回線的六相重合閘變得更為方便。

5 結 語

現(xiàn)代智能電網的發(fā)展，對繼電保護提出了更高的標準。時代的發(fā)展，通過故障暫態(tài)信息去辨識故障已經容易多了。信息網和數(shù)字化使得多處、遠方的同步信息得到集中處理。

由于故障暫態(tài)中具有兩點內容，一是故障地點；二是類型信息。完全的去深究與通過運用數(shù)字信息這兩方面，能夠構成更加靈敏、高速的保護繼電器。發(fā)展繼電保護的“預保護功能”可以防患于未然，將保護功能提高一個等級。同時，在高速發(fā)展的信息時代，要求繼電保護工作人員與時俱進，充分利用現(xiàn)代信息技術，最大程度上保證電網安全可靠運行。

參考文獻：

[1] 張保會，郝治國.智能電網繼電保護研究的進展（一）——故障甄別新 原理[J].電力自動化設備，2010，30（1）：1-6.

[2] 張保會，郝治國.智能電網繼電保護研究的進展（二）——保護配合方 式的發(fā)展[J].電力自動化設備，2010，30（2）：1-4.

[3] 張保會，郝治國.智能電網繼電保護研究的進展（三）——保護功能的 發(fā)展[J].電力自動化設備，2010，30（3）：1-6.

[4] 盧思遠，盧勝國.淺談智能電網對繼電保護發(fā)展的影響[J].中小企業(yè)管 理與科技，2010，（34）.

[5] 宋菁，唐靜，蕭峰.國內外智能電網的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].電工電氣，2010，（3）.