智能電網視域下發電機的繼電保護分析

高杰楚

（山西西山熱電有限責任公司，太原 030000）

0 引言

智能電網成為未來電網的主要發展方向，為了保證可靠運行，應有效引入繼電保護裝置。智能技術模式為繼電保護工作帶來較多風險，為了提高發電機繼電保護功效，應引入更多新技術，完善設計規劃。且還應采用更有效的運檢方法，以及時辨別風險。傳統運檢停電時間長，消耗大量人力、物力資源，對電力安全性與運營成本要求較高，存在經濟性與有效性的沖突問題。在繼電保護裝置中應用智能技術，可以實現多源信息聚合，監測二次回路。因此，為了提高電力系統繼電保護運維有效性與可靠性，相關工作人員應做好可靠性建模評估工作，針對繼電保護失效與薄弱環節，制定待解決的關鍵點，充分發揮智能電網優勢。

在狀態信息收集方面，周虎[1]直接定義了保護設備的狀態監測信息；劉永欣等[2]根據二次回路在線監測需求，定義了繼電保護在線信息，但沒有考慮繼電保護設備的配置狀態，無法全面描述繼電保護狀態。在狀態監測與故障診斷方面，陰玉婷等[3]提出全站全網絡信息共享的關鍵在于實現繼電保護在線監測。

本文在此基礎上分析智能電網視域下發電機的繼電保護技術的應用情況，提高電力系統的運行效率。

1 繼電保護原理及重要性

相較傳統電網系統，智能電網具備分布特點，供電設備處于交互運行狀態，對繼電保護提出了更高的要求[4]，隨著科學技術的快速發展，繼電保護功能也得到更新。而社會經濟的發展也增加了電力能源的需求量，尤其隨著工業化進程的不斷加快，很多大中型城市甚至出現供電危機問題，嚴重影響了本地經濟的穩定性，電力企業也具備階段供電壓力[5]。為了有效緩解壓力，電力企業應充分重視智能電網的建設與維護工作，有效引入繼電保護技術，保證電網的安全可靠運行。實際運行過程中，若電網出現故障問題，繼電保護裝置可以及時反應，并針對故障類型進行預警，以便維修人員可以及時趕到現場，確保正常供電[6]。同時，繼電保護裝置狀態可以劃分為以下幾種類型，在分析總結實例報文的基礎上，保證報文數據的真實性與準確性，具體如表1所示。

表1 繼電保護裝置狀態分類

2 智能電網中繼電保護關鍵技術

作為電網系統中關鍵的組成部分，繼電保護裝置可以檢測電網設備的運行狀態，促使其實現網絡化與自動化方向發展，實現電力系統的控制檢測功能。具體結構如圖1所示。

圖1 智能電網繼電保護構成

2.1 單元件保護技術

單元件屬于繼電保護關鍵元件，應采用如下保護技術。

（1）產電裝置保護。重點處理發電機內部短路問題，保護匝間電路。繼電保護措施應嚴格按規范進行，精準計算，并檢測裝置運行靈敏程度。繼電保護后備系統時，也應研究機組承受情況，針對契合點制定合理技術方案。

（2）轉變電壓裝置繼電保護。轉換電壓期間存在勵磁涌流，情況比較復雜。因此在變壓器繼電保護期間，應著重處理勵磁涌流，深入研究變壓器繼電故障問題，并制定相應的解決方案。

（3）對交流電路進行繼電保護。智能電網使用阻值較大的接地系統，系統波動會導致短路問題，無法及時處理距離保護，電路產生較大負荷。因此，應重點保護變壓器內部故障問題。

（4）直流線路繼電保護。電路會產生難以確定的行波訊號，無法接收準確信息，保護功能較差。因此，應做好直流電路繼電保護工作，合理確定波速、母線接線方式等。

2.2 廣域保護技術

廣域保護技術的特定范圍為子集電網，分析處理電網運行故障，在廣泛收集設備狀態信息的基礎上，系統預測計算機軟件信息，明確電網故障的具體位置，提高檢修質量，具體包括以下幾種模式。

（1）廣域集中式

系統內部設置中心校，覆蓋整個區域電網，確保廠站順利運行?；締卧O置被保護裝置，集中處理所有信息完成故障判斷。此種模式的使用可以集中處理大規模信息，保證主機的安全處理能力。

（2）IED分布式

被保護設備中設置IED元件，作為決策基本單元，采集本地信息。并通過信息交互實現保護功能。IED分布模式具備靈活的保護裝置，無需過度依賴決策單元。但需要在信息交互過程中處理大量信息，需要設置良好的通信條件。

（3）站域集中與區域分布式

融合站域集中與區域分布模式，可以雙重保護區域與戰域。每個廠站均設置站域主機，通過站內元件發揮后備保護功能，并集中不同元件信息。分布式系統構建時應將各站設置為區域保護子站，進行有效連接。站間聯絡線故障處理應通過區域保護功能實現，利用站域主機交互信息判斷故障發生區域，為站內元件提供遠后備功能。

2.3 重構技術

智能電網的發展對繼電保護技術提出了更多要求，為了有效適應電網結構與運行方式的變化，繼電保護應可以進行自我診斷與維護，促進電網的安全運行。繼電保護裝置在電網運行過程中極易出現元件失靈問題，采用重構技術可以快速檢測故障，尋找替換元件，恢復電網正常運行狀態。此技術改進了原有繼電保護系統，提高了自適應力能力，應用效果更為顯著[7]。

2.4 電子傳感技術

智能電網系統主要應用智能控制設備，以有效管控系統元器件的運行狀態，發揮設備的檢測功能。電力設備兼顧變電、發電、配電等各個環節，新型電子傳感器改進了原有設備，增加了智能感應功能，可以廣泛收集電網實時運行數據，為電網維護檢修工作提供精準數據信息，保證繼電保護工作的規?；l展。在保護發電機時，應更多關注內部短路線路，尤其做好匝間短路保護，在設計保護方案的基礎上進行整定計算，完成精細化處理。同時，還應根據電力系統的實際運行狀態，進行過激磁等保護判斷，以協調系統的承受能力，保證電網系統的有序運行。除此之外，還可以應用光電流互感器與光電壓互感器，隔離高壓與弱電絕緣，減少占地面積。同時，引入光纖傳遞信號無電磁干擾等技術，降低二次電纜使用量，避免CT飽和問題，改善各類保護技術性能，顛覆保護應用方式與應用條件。

2.5 電網自愈技術

智能電網的關鍵特征便是自愈，其可以自行隔離系統中的某個元件，避免發生大規模的停電故障，并在少進行人工干預或不進行人工干預的情況下，短時間恢復電力系統的正常運行，降低經濟損失。因此，電網自愈技術具備安全與經濟特點，需要繼電保護技術具備更高的靈敏度，因此電力企業應不斷改進傳統的繼電保護配置方法，擴大智能電網的研究范圍，實現故障數據采集的便捷化，簡化數據計算流程[8]。

2.6 通信技術

通信技術可以為傳感器傳遞各項監測數據，保證智能電網繼電保護作用的發揮。繼電保護系統需要在雙向通信系統中進行實時監測與校正，以自動復位故障。同時，通信技術可以提供繼電保護基礎服務，連接不同類型的智能電子設備，由主站進行統一管理，合理利用繼電保護裝置，減少資源浪費的同時監測擾動因素，實現繼電保護系統無功補償功能，提高繼電保護裝置運行性能，降低故障發生幾率[9]。

2.7 設備技術

智能電網使用多種智能化設備，保證電網正常運行，設備技術包括超導技術、大容量儲能技術以及電子技術等，電子技術利用電子器件控制電能，達到節能效果。超導技術綜合超導限流器與超導電纜，保護電網運行電流。超導電纜可以高效率傳遞電能，包括熱絕緣超導電纜與冷絕緣超導電纜。超導限流器具備限流、監測與轉換功能，幾乎無電阻，一旦發生故障，超導體將會產生高電阻，具體如圖2所示。超導限流器動作響應快，結構簡單，可以自動觸發與復位，集中限流、觸發以及檢測功能，可靠性較強。

圖2 超導電纜與常規電纜的電阻特性

2.8 控制與決策支持技術

控制技術指的是智能電網在分析繼電保護情況的基礎上進行判斷預測，設置隔離、切除等繼電保護算法，并連接專家系統，自動處理故障，實現智能電網自愈功能。決策支持技術指的是將大量采集數據轉化為清晰信息，為電網人員處理問題提供依據，主要以動畫、圖表虛擬現實或其他簡明數據實現。

3 結束語

本文以智能電網繼電保護失效機理與薄弱環節為分析點，引入單元件保護技術、廣域保護技術、重構技術、電子傳感技術、電網自愈技術等，保證繼電保護裝置的在線狀態監測，自動定位故障，在整合分析保護狀態信息的前提下，確定預警信息對應的故障位置，提高系統運行的便捷性與有效性，實現繼電保護的智能化與數字化發展[10－11]，為此后智能電網的廣泛應用打下堅實的基礎。