智能變電站繼電保護的穩定性分析

王曉園

（國網江蘇省電力有限公司寶應縣供電分公司，江蘇 揚州 225800）

隨著不斷出現的智能設備，先進的探測技術和1EC61850 的應用標準是不可避免的，根據所采取的措施，可靠、安全、經濟、高效和環境清潔智能電網已逐漸得到實現。從智能電網的進展歷程進行劃分可分為三個環節：2009～2010 年作為規劃試點環節；2011～2015 年作為綜合建設環節；2016～2020 年作為提升帶領環節，這一環節的中國智能電網已到達全球水平的前沿位置。第二階段結束后，既將開啟我國家智能網格全面發展的核心時期。我們國家的電力水平正在穩步上升，連接范圍正在擴大，電氣連接越來越緊密。電網中斷的可能性和連鎖反應將大大增加。所以，繼電保護防御系統的維護和運行是較難完成的。

繼電保護主要經歷了電機式、集成電路式和微機型等5 個環節。當前國內所使用的繼電保護裝置主要為微機型。微機保護起源于1960 年代，成熟于1990 年代，后大規模使用于國內。

雖然我國進行了很多有關微機保護可靠性評估的工作，但作為數字保護的發展和對第二次設備的在線監測系統的提案，根據現有的可靠性評估方法在一定程度上存在考驗。因此，根據新的情況，制定新的可靠性研究方法是當務之急。準確的誠信評估系統能夠精準預測繼電保護系統的可靠性，找出系統中存在的缺陷，對相關人員進行理論指導，使繼電保護系統更加完善，建設更加具有科學性。

一、繼電保護的概述

在電力系統運行過程中，隨時會發生各種故障或者系統發生異常。當電力系統出現故障或者系統異常的時候，事件保護就會對系統進行檢測發出警報，甚至可以直接將故障部分進行切除或者隔離，繼電保護是電力系統的重要保護措施。

電力系統的正常運轉，其中最主要的原因就是能及時排除這種故障，從而使電力系統遠離危險的環境。在電力系統的運行過程中，對變壓器、發電機和輸電線路等進行保護是極其重要的，如果對系統及其元件保護不及時，有可能導致整個電力系統的癱瘓。在實際操作中，通常采用有觸點的繼電器對系統和元件進行有效保護，使整個系統運行正常，這種保護的方法人們稱為繼電保護。當電力系統在運行過程中發生故障或者出現異常情況時，繼電保護裝置就能在最短的時間內自動從系統中切除故障部位，或者發出警報信號。值班的工作人員根據系統發出的警報信號對故障進行跟蹤并查找故障的根源，從而避免設備遭受更嚴重的破壞，或者對相鄰地區的供電造成更大范圍的影響。

繼電保護有一個前提，那就是繼電保護裝置必須具有以下功能：一是正確識別被保護的元件是正常運轉狀態還是真正發生了故障；二是啟動繼電保護后，是區域內保護還是區域外保護。只有滿足這兩個條件，繼電保護裝置才能發揮它應有的功能。一旦電力系統發生故障，工頻電氣量就會發生明顯的變化，并呈現以下特征：電流突然增大，電壓突然降低，電流與電壓之間的相位角發生改變，測量阻抗發生明顯變化等。利用故障發生時電氣量的明顯變化，便可構成繼電保護。

二、智能變電站繼電保護的穩定性

當今電力智能迅速發展，我國的智能變電站變得極為重要，其安全穩定直接關系到人們的生活。經研究發現，大部分實踐的智能變電站所受影響因素極多，很容易就造成供電異常的情況出現，給人們的生活帶來極大不便。此外，還會造成相關設備損壞的利弊，經濟損失也不可避免。所以構建智能變電站繼電保護系統的同時，還需要使變電站中各種設備的穩定運作得以保障，減少干擾因素的影響。這樣使繼電保護裝置的損害因素有所下降。在面對電力系統運行時的突發狀況，智能變電站可通過繼電保護來發出預警，讓相關技術人員對相關故障進行緊急處理，減少故障損失。如果相關故障發生在智能變電站，繼電保護設備會及時清除它們，將電網與故障節點分開，防止故障擴大，減少故障損傷范圍，為智能變電站提供有效的安全隔離。

三、繼電保護故障檢測方法介紹

（一）參照法

對繼電保護裝置進行日常檢測的最常用的方法就是參照法。通過這個方法對繼電保護故障進行檢測，需要使用它的正常數據作為參考。通過對繼電保護裝置里的參數進行大量的比對和分析，從而才能找出故障所在的具體位置，以及找出排除故障的其他相關因素，為徹底排除故障打下堅實的基礎。一旦發生接線問題的時候，工作人員的通常做法是，利用參照法對故障進行及時檢測，確保以最快速度排除故障。同路改造是電力系統經常面對的工作任務，在改造過程中，通常的做法是對繼電保護裝置進行更換。但是，在運行一段時間后，就會發生同路接線困難等問題，在這種情況下，只能按照參照法進行故障排除處理。在檢測的過程中，檢測出來的數值和繼電保護裝置的標準數值之間誤差比較大，對繼電保護裝置的問題就不好判斷，這時候不應該對設備的刻度指示進行常規化的調整。正常的做法是，應該對其他元件進行檢測并分析，從而進行綜合分析。在處理問題的過程中，確保繼電保護裝置是同一個回路是基本的要求。如果檢測的結果真實可靠，而且確信裝置存在問題，就要及時進行更換處理。

（二）分段法

在日常的維護工作中，分段法也是常用的檢測方法。按照這個檢測方法，首先要對系統中的繼電保護裝置進行劃分，根據一定的順序對設備逐個進行檢查并找出故障。在這個檢測過程中，對高頻保護收發機的定期檢測是重要的內容，查的內容主要包括兩部分：一是檢查設備的運行是否正常。二是檢查接收信號的情況。通過分段法的方式進行劃分，從而對收發機和大型設備的運行情況進行檢測，這種檢測的方法就叫分段法。這種檢測的方法必須確保通道的通暢，在通道通暢的情況下接入相應的負載。完成以上工作以后再結合通道情況對繼電保護的故障進行初步判斷，找出故障存在的具體位置，并采取必要的措施進行處理，確保電網的安全。

（三）替換法

在實際工作中還有第3 種檢測的方法——替換法。這種方法比較容易理解，按照通常的說法，當保護裝置里的某個元件出現故障的時候，就找相同的元件替換它，然后，對使用的情況進行檢查。這通常出現兩種情況：第1 種情況是把元件替換了以后，系統馬上運行正常，這種情況說明問題出在元件上；第2 種情況是把元件替換上去后故障依然存在，這種情況說明，問題不是出在元件上，最初的判斷是錯誤的，所以要要繼續查找故障的位置。和前面介紹的兩種方法相比，前面的方法相對復雜，而且技術含量太高，而這種方法比較簡單而且容易操作，因此，在實際工作中的運用相對廣泛。但是，這個辦法也有一個缺陷，就是查找故障比較浪費時間，使得故障不能及時排除。

四、變電站與繼電保護技術

繼電保護作為安全電網的第一道防線應迅速檢測到阻隔點，并對所有的故障點都能迅速隔離開。建造必須有四個特征：可靠性、速度性、靈敏性和有選擇性。繼電保護經歷了整流型、晶體管型、集成電路、保護微計算機等等一系列的技術，但“四性”是電網的基本需求。在不同的開發階段，繼電保護技術的四個特性也在不斷改善。根據電網的異常情況，繼電保護需要快速、精確并可靠地解決故障，計算電力系統的過渡問題信息，使用基波來解決問題，不同故障的時間范圍不同，算法也不同。繼電保護系統主要可以分為；模擬數據收集、A/D 轉換、邏輯操作、輸入/輸出環節。模擬數據收集來自互感器，輸出到開關直至跳閘。通過微計算機的保護，保護裝置有效地解決了設備簡化與邏輯電路的問題，并擁有執行功能。主設備和二級設備之間的交流信息主要由二次電纜進行。因為保護裝置必須是在出現故障的地方絕緣故障，簡化保護繼電保護系統連接將提高繼電保護的穩定性與可靠性。

（一）傳統變電站與繼電保護

現如今自動化技術和網絡通信技術正在快速發展中，智能變電站技術將帶來新的局面。過程層設備國產化和信息傳輸網絡化等具有鮮明特征的技術，將徹底改變變電站的建設與運行方式。根據技術的不斷進步和繼電保護“四性”的不斷提高，繼電保護作為電網安全穩定運行的第一道防線的重要性越來越得以充分表現。所有技術中，繼電保護的“四性”已成為根本準則。

（二）智能變電站與繼電保護

因為智能變電站中的IEC61850 逐漸被應用起來，所以繼電保護技術發生了極大的變革。它不會像原來的獨立性一樣，而是開展了將以前的“保護裝置”時代向“保護系統”進行轉化，與保護設備能夠進行一次性融合。在如今這類新勢力下，繼電保護的“四性”怎樣才能得以提升，繼電保護在國際上的地位如何才能得到保持。繼電保護工作者為國家智能發電站的謀劃帶來了創新，為間隔裝置和自動型信息獲取的安全與可依靠性帶來了一個“嶄新的世界”。由智能發電站的自身優點進行開展基于區間層、站控層和區域電的研究，得到網絡保護系統架構。智能發電站繼電保護技術多半是由傳統繼電保護技術為基礎發展起來的；就像三層兩網的保護架構，智能電網的技術更新主要體現在采樣跳閘，傳統電纜改為光纜，光纜將過去傳輸的模擬和開關信號轉換為數字編輯利用電路、跳閘電路和繼電器保護，可靠地實時監測的四個方面也提出了更高的要求。

五、結語

電力是經濟建設的主要支撐點，在社會發展中起著重要作用。電力在經濟建設和社會生產方面有著重要的影響力。現如今的智能變電站發展極為迅速，而且電網已經成為首要防御體系。智能化繼電保護技術包含了信息網絡和智能操作的新內容，并在安全管理中達到了電網可靠性的新水平。與傳統的中繼保護相比，智能化繼電系統具有更高的設備協作能力，設備交換能力更簡單、更方便，可以節省大量的人力和物質資源，因此具有明顯的優勢。但智能變電站的繼電保護技術同時也有著一些特殊的限制。由于設備的可靠性和功能一體化程度的提高，仍然需要測試當地防御的可靠性及其在繼電防御系統方面的有效性。智能化變電站技術所實施的計劃在工程實踐中不斷進步，在智力實踐中不斷發展。在保護繼電器方面，從電子選擇變壓器到常規模式，再通過混合裝置選擇樣品，然后直接選擇本地智能接口設備，從一無所有到應有盡有再到一無所有。因此，繼電保護系統正在向吸收強度、生態、敏捷性和可靠性的方向進行全面發展。