人工智能技術在電力系統繼電保護中的應用

張璐璐

摘 要：電力安全穩定性的需求越來越高，發電、供電等電力系統中繼電保護可靠性和智能化顯得尤為重要，其中核能發電系統的安全性更為關鍵。本文探討了核電站電力系統繼電保護的現狀，分析了繼電保護系統，研究了人工智能新技術的應用。

關鍵詞：人工智能技術;繼電保護;大數據

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0069-02

0 引言

為滿足新時代背景下社會用電需求并減少發電過程中產生的污染，許多新型發電方式逐漸步入大眾視野，例如核電，核能發電效率較高、污染比傳統的火力發電相比更具優勢。同時安全性的要求也更高，為滿足現代化社會的需求，提高核電站的安全性與穩定性，提高監測效率與決策的合理性，可以研究人工智能技術在繼電保護中應用，提高系統的自動化和智能化程度，促進我國核能發電事業的發展。

1 核電站電力系統繼電保護的現狀

近年來，我國致力于尋找新的能源，核電憑借著能效高、污染低等特點，在新興能源發電事業中占據了一席之地，隨著多所核電站的建立，我國對于核能發電技術的掌握愈發成熟，隨著國家重新呼吁加強核電站的建設，并投入了大量資金，促進了我國核電站的發展，同時，也對電力系統的安全性提出了更高的要求。核電站的安全在電源上依靠供電系統的安全、電網的穩定，因此繼電保護系統的設計尤為重要。實現更為精準的風險評估、提高繼電保護系統的智能性與穩定性尤為重要，想要實現這些目標，人工智能技術的應用是一個技術研究方向。

2 繼電保護系統

2.1 系統設計要求

（1）選擇性。電力系統繼電保護在系統設計上要求在發生故障或者異常情況時，系統能夠根據實際情況切斷故障元件及其周圍線路，避免波及其他區域，消除對于整個系統的影響，同時保證其它部件能夠正常運轉。出現故障時，應首先由故障設備或者線路本身具有的保護系統進行處理，若保護系統或者斷路器拒動，才能夠對范圍內的相鄰設備進行調控，由它們的線路保護系統或者斷路器切除故障，從而避免造成大面積停電。（2）及時性。在核電站電力系統發生故障時，幾秒鐘的延遲都可能擴大事故規模，因此要求系統能夠迅速確定故障或者異常發生的區域與原因，并在最短時間內作出響應，達到故障發生時立刻能夠作出反應的程度，及時切斷相應故障，使系統能夠穩定運行，縮小故障的波及范圍、避免系統在故障情況下運行，防止故障擴大、嚴重破壞故障元件甚至影響整個電力系統的安全性。（3）靈敏性。電力系統繼電保護在系統設計上要求繼電保護系統能夠做到當電力系統中出現故障和運轉狀態不正常時，能夠監測出任意位置、任意種類的故障，能夠敏銳察覺并對其進行分類和判斷，得出最佳處理方案。具備較高靈敏度的繼電保護系統能夠準確判斷故障范圍，將其從整個電力系統中切除，并且能夠恰到好處地作出操作，既能避免故障擴大，又能減少斷電范圍。（4）可靠性。繼電保護系統本身由多種裝置共同組成，裝置質量越高、運行情況越穩定，系統中繼電器觸電現象就越少。發生故障或者運轉異常時，系統能夠準確判斷并采取正確的、可靠的措施，不會出現拒動和誤動現象。在核電站中，系統誤動與拒動都可能導致嚴重后果。

2.2 變壓器保護

核電站所用變壓器體積較大、結構復雜，建造成本高，并且重要性較高，若出現故障必定影響機組安全，并帶來較大經濟損失，且修復所需的時間較長，會造成長時間斷電。因此必須根據變壓器容量、電壓等級等來調整和設計保護裝置。變壓器繼電保護系統應當具有多重功能，以應對可能出現的故障[1]：（1）瓦斯保護和縱差保護，當發生繞組相間或匝間短路等情況時能夠迅速切斷電源或者采取其他方法進行處理;（2）過電流保護，當變壓器外部發生短路情況時，能夠作出應對，并對瓦斯保護和縱差保護進行補充和保障，全方位地避免所有可能產生最大負荷電流的情況;（3）過負荷保護，指的是變壓器出線過負荷運轉時能夠迅速查找原因并進行處理;（4）過激磁保護，對過激磁現象進行處理。

2.3 輸電線路保護

對于輸電線路而言，可能出現的故障種類較多，原因也較復雜，需要采取多種保護措施。其中，單相接地故障很容易發生故障，接地零序電流與電源無關，只受到變壓器分布影響。對于單相接地故障和相間短路故障，需要設置保護系統，有效切除故障，達到快速跳閘、快速合閘，減少故障造成的損失。

2.4 發電機保護

核電站中的發電機建造成本要遠遠高于普通發電機，同時也是電力系統首端的設備，因此對于發電機運行中可能出現的各種故障和異常狀態，都應當配備相應的保護裝置。應當采用的繼電保護裝置有許多種，例如應使用逆功率保護來保證然汽輪發電機的正常運轉，設置縱差聯動保護、有選擇性的接地保護，還有對發電機外部電路采取過電流保護等。

3 人工智能新技術的應用

3.1 傳感技術對繼電保護新原理發展中應用

在電力系統各處安裝傳感技術，能夠更加準確和方便地獲取諸如電流、電壓和溫度、壓強、空氣組分、濕度等各方面的信息，并將其上傳到繼電保護系統的中央處理器，使其根據各項參數進行響應，解決設備監測和保護功能的運行。在目前核電站中，多采用無刷發電機系統，其中勵磁機是旋轉設備，相關信號采用比較困難，而使用光電傳感器、探測線圈和無線傳輸技術使用，有效解決了勵磁機難于增加有效的繼電保護問題，并且具有靈敏度高且能夠準確測量較高的電流和電壓，且本身功率較低，耗能較少，是一種較為理想的繼電保護系統參數獲取設備[2]。

3.2 人工智能技術對繼電保護新原理發展中應用

電力設備故障能產生暫態信號（高頻信號），但產生隨機性大無法用計算機精確仿真，同時系統元件的高頻響應特性復雜無法用準確的數學解析式描述。隨著傳感器技術發展，暫態保護技術發展較快，從其本質而言，暫態保護仍然滿足歐姆定律、基爾霍夫定律。繼電保護研究者一直想從復雜的高頻信號中尋找其本質的規律，人工智能正適合處理非線性系統及無法用解析式表達的知識。于是，繼電保護研究者把目光轉向了人工智能技術。目前已經應用在行波故障測距以及在核電廠中壓不接地系統中小電流接地選線等繼電保護設備。

3.3 大數據系統在繼電保護上應用

繼電保護系統作為電力行業傳統專業技術意義非常大，結合大數據技術具有較高的先進性，能夠快速提升智能水平。因此，如何繼電保護領域中使用大數據技術成為了電力系統發展新的研究課題。在電力系統進行故障排除，通過大數據分析，利用專家系統來對故障產生的原因進行分析與判斷，從而確定故障原因，及時采取有效的對策去解決問題，通過利用這些規則還可以實現對繼電保護設計中的問題全方位分析，進而可以解決電力保護設計中的矛盾沖突。通過運用大數據參數對設備使用壽命、電壓級別、設備類型以及分布情況進行分析，使用相關指標，對設備的可靠性做出指標分析，結合檢修對策模型，得出不同檢修方案，對不同健康水平的設備進行專門的檢查維修，并可以根據繼電保護系統的各種參數，評估出保護設備當前的運行狀態[3]。

3.4 人工智能技術與物聯網技術在繼電保護上的應用

使用物聯網技術能夠對核電站的整個電力系統進行實時監控，發現一些具有明顯表象特征的故障，使用人工智能技術技術則能夠根據電氣元器件形狀和大小的不同對其進行智能化識別，減少誤操作的概率，使繼電保護系統能夠做出更加精準的判斷。物聯網系統具有全面感知、可靠傳遞和智能處理的特點，能夠使用計算機化采集，獲取電力系統中的相關數據，并使用計算機軟件按照繼電保護原理對硬件進行控制，完成各項指令，它還能夠解決在原有繼電保護系統中經常出現的大容量故障信息問題，彌補長期保存數據功能缺陷，并提升通信功能的可靠性，實現整個系統的數據共享。

4 結語

綜上所述，文章通過基于現有繼電保護技術特點和要求，介紹了人工智能新技術的特點，分析人工智能技術在繼電保護上發展的幾個技術方向，從整體上來說，人工智能技術在繼電保護領域的應用，對電力系統和繼電保護領域的發展是極大的進步。

參考文獻

[1] 韋強強.電力系統中智能變電站繼電保護技術分析[J].通訊世界，2020（1）：224-225.

[2] 張慶紅.電力系統繼電保護實用技術應用分析[J].自動化應用，2020（1）：115-117.

[3] 周虎.智能變電站繼電保護在線監測系統設計與應用[J].科技風，2019（33）：181.