10kV配電網繼電保護整定及智能化管理研究

[摘 要]在配電網系統中，繼電保護是一種重要的保護性裝置，能夠對故障區域起到切斷、隔離的作用，有效避免了故障對整個電力系統的傷害。文章介紹了10 kV配電網繼電保護系統的整定計算，探討了智能電網背景下繼電保護智能化管理的關鍵技術和應用功能，旨在最大程度地發揮出繼電保護系統的功能價值。

[關鍵詞]10 kV配電網；繼電保護；整定計算；智能化管理；智能電網

[中圖分類號]TM77 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0173–03

Research on Relay Protection Setting and Intelligent Management of 10 kV Distribution Network

DENG Guanqun

[Abstract]In the distribution network system， relay protection is an important protective device that can cut off and isolate the fault area， effectively avoiding the damage of the fault to the entire power system. Based on this， this article first introduces the setting calculation of the 10 kV distribution network relay protection system， and then explores the key technologies and application functions of intelligent management of relay protection under the background of smart grid. It is hoped that this can provide some inspiration and reference for relevant power units and practitioners， and maximize the functional value of the relay protection system.

[Keywords]10 kV distribution network； relay protection； setting calculation； intelligent management； smart grid

10 kV配電網是當前電力系統中十分重要的組成部分，為社會的正常運轉和人們的生產生活提供了極大的助益。因此一旦10 kV配電網在運行中出現故障問題，導致大范圍的停電事故，必然會影響到人們的正常生活。在進行繼電保護設計時，要注意整定計算工作，以提升繼電保護的靈敏度和可靠性，并利用智能技術開展繼電保護的智能化管理，進一步強化繼電保護效能，降低故障所帶來的負面影響。

1 10 kV配電網繼電保護的整定

1.1 10 kV配電網繼電保護技術概述

10 kV配電網繼電保護的技術包括變壓器繼電保護、線路繼電保護、定時限過流保護等，各類型的繼電保護都包括3個核心環節：①信號采集。繼電保護是基于電氣量等數據的判斷而啟動的保護措施，因此信號采集就成了故障判斷的基礎性環節。繼電保護需要采集所需的信號并進行測量和比較，從而形成一個特定的邏輯信號，以便后續環節判斷保護裝置是否啟動。②信號判斷。根據信號采集測量所形成的邏輯信號進行判斷，準確評估故障情況及動作反應情況，給信號輸出下達信號指令。③信號輸出。繼電保護系統的保護完成是以動作的執行為標志的，因此繼電保護系統中必然包含執行層面，能夠借助自動化技術根據信號判斷所下達的執行指令進行動作，完成保護措施。

1.2 10 kV配電網繼電保護的整定計算

1.2.1 整定原則

在開展繼電保護的整定計算之前，應當明確基本的整定原則：①選擇性原則。繼電保護的本質是發現電力系統中的故障，并對其進行針對性切除等保護性處理，要準確隔離故障部分的線路，而不能讓整個線路斷電。因此整定計算時須確保繼電保護系統能夠精準地查找到故障源，減少誤操作的可能性。②速動性原則。繼電保護要起到保護電力系統的作用，其響應速度十分關鍵，如果響應速度過慢，就無法起到良好的保護作用。但針對不同的故障類型，其動作時間也會存在一定的差異，這是整定計算時要充分考慮的問題。③靈敏性原則。繼電保護需要良好的靈敏度，但靈敏度并非越強越好，對于較為微小的異常信號，如果靈敏度過高，可能會出現誤操作，反而對電力系統運維管理不利。

1.2.2 整定計算

隨著電力系統的發展，當前10 kV配電網的線路日漸復雜，如果繼電保護配置時對每一個開關都采用一級保護，必然會存在保護時限過短無法逐級配合的情況。如果采用這種繼電保護模式，一旦出現故障，很有可能會大范圍停電，失去繼電保護的意義。因此對于3個及以上開關的復雜配電網線路，通常采用有層級劃分的三段式保護，并根據Q/GDW 10422―2017《國家電網繼電保護整定計算技術規范》的要求進行動作時限的級差配合，這樣既能實現動作時限的精密配合，也能提升繼電保護的選擇性和靈活性。

（1）Ⅰ段保護。電流速斷保護，可保護15%～50%的配電網線路。Ⅰ段整定計算的原則是其定值應當能夠躲避故障所產生的最大三相短路電流。整定公式為

2 10 kV配電網繼電保護的智能化管理

繼電保護系統能夠通過對電力系統中異常情況的檢測和及時隔斷部分線路實現對配電網的保護，可以有效避免故障的擴大，保障整個系統不受損害。但傳統繼電保護存在一定的不足，如靈敏性不夠、自適應能力不強、對人力依賴較大等。隨著信息時代的到來，當前我國各地正在積極推進智慧電網建設工作，即將信息技術、智能技術引入電力系統，以實現電力系統的自動化、智能化運行。在繼電保護系統中應用現代化科學技術手段，能夠實現對保護裝置的自動控制和遠程管理，不僅進一步提升了電力系統的管理水平，更強化了繼電保護系統的保護能力，電力系統將更加安全、可靠。

2.1 智能化繼電保護的關鍵技術

2.1.1 自動化技術

自動化技術能夠對繼電保護系統進行全面控制和管理，是智能化管理的關鍵技術之一，有效減輕了繼電保護系統對人力的依賴，提升了繼電保護的靈敏性。自動化技術的主要作用在于通過對電壓、電流等信號的監測，評估是否出現了異常，從而進行故障判定，并控制繼電保護裝置對故障位置進行隔離和切除。根據配電網的實際需求，自動化技術還能夠滿足故障記錄和故障通信等功能，故障記錄即對故障位置中的異常信號進行記錄和存儲，形成故障數據庫，以便后續開展特征提取、數據分析及故障預測。故障通信是指數據信息的通信傳輸。自動化技術的突出優勢在于能夠實現遠程管理，管理人員只需要通過控制中心就能調整參數、下達指令，提升了繼電保護的響應速度和管理效能。

2.1.2 物聯網技術

物聯網技術是自動化技術實現精細控制的基礎。實現智能化管理的前提和基礎是信號獲取，系統所采集的數據信息越多，管理就越趨于智能化。借助物聯網技術，能夠通過傳感器、射頻識別等設備實現全面的數據采集，以供繼電保護裝置對是否進行斷電、隔離及防護進行精準判斷。

此外，物聯網還能夠實現對繼電保護裝置的管理和運維。10 kV配電網中包含多個繼電保護裝置，如果采用人工運維模式，不僅工作負擔較重，管理時還有可能出現人為失誤。利用物聯網技術開展繼電保護運維，有助于進一步保障配電網的穩定性，全面監測設備運行狀況，打造智能化的運維檢修體系。

2.1.3 人工智能技術

在智能化管理模式下，人工智能技術的加入顯著提升了電力系統的智能化水平。繼電保護系統及整個電力系統的運行會產生大量的數據信息，這些數據信息包含特殊價值，能夠為故障診斷、運行判定提供精確的數據支撐。而要解讀這些數據，就要依托人工智能技術中所包含的神經網絡技術、算法技術。以故障診斷為例，通過對人工智能模型的海量數據訓練，能夠形成一個包含了已知故障特征的數據庫，在運行中，只要將實時采集的數據進行特征提煉和對比，就能夠準確判斷故障類型，從而做出正確應對。人工智能技術還具有學習能力，能夠不斷吸收數據特征擴充故障數據庫，不斷提升故障判定水平。

2.2 繼電保護智能化管理的技術架構

繼電保護系統智能化管理的技術架構大致可以分為5層：第一層為設備層，包括繼電保護裝置及電力系統的關鍵設備；第二層為感知層，通過物聯網技術設置點位，布設傳感器等數據采集裝置，以形成無線傳感網絡系統；第三層為數據層，通過通信技術將感知層與此層相連，所有采集的數據將通過數據加密傳輸的方式傳輸至數據層進行基礎預處理，包括數據清洗、數據轉換等，從而形成結構化數據以便進行準確的分析；第四層為決策層，本層配有數據庫，包括知識庫、專家庫、故障庫等，結構化數據在本層進行深度分析、比對及應用，形成智能化決策；第五層為應用層，本層與信息化管理平臺相連，智能化決策結果會以分析報告、故障預警等形式在本層展現。同時，用戶登錄平臺界面后會有各類功能按鈕，包括實時監測、運行維護、命令控制等，管理人員只需要在本層進行應用操作，即可實現對繼電保護系統的控制和管理。

2.3 繼電保護智能化管理的主要功能

2.3.1 繼電保護策略優化

自動化技術、物聯網技術等先進技術手段有效提升了繼電保護裝置的靈敏度，能夠對電力系統中的故障進行更加精準的判斷，既降低了誤操作的概率，也減少了繼電保護響應的延誤。而人工智能技術提升了繼電保護的智能化水平，使其具備自感知、自適應能力，即可以根據電力系統運行狀態和外部環境狀況的變化對繼電保護裝置的參數設置進行調整，這使得保護策略更加靈活有效，電力系統運行更加科學合理。

2.3.2 遠程監控管理

依托通信技術和計算機技術，繼電保護智能化管理能夠滿足遠程監控和管理的需求。信息化管理平臺具有多個終端平臺，包括PC端、移動端等，管理人員只需要登錄平臺，即可實時查看系統的運行狀態，并執行各類管理操作。遠程管理的優勢在于減輕了人力負擔，提升了管理效能，不需要去現場進行管理和操作，并且能夠實現多個系統的同時管理和高效響應。

2.3.3 故障排查和維護

繼電保護系統的核心功能在于對電力系統故障的感知和處理。通過智能化管理，繼電保護能夠精準、快速地判斷故障信號和故障位置，同時進行隔離、切除等保護性操作。同時，物聯網、人工智能等技術有助于實現自動重接功能，即分析和判斷電力系統的恢復狀況，確認正常后會對隔離線路進行自動重接，而不需要人力進行恢復，響應速度大幅提升。

3 結束語

電力系統和電力基礎設施是社會正常運行的基礎和保障，其中10 kV配電網與大眾生產生活密切相關。繼電保護是配電網線路中的重要組成部分，其本質是通過切斷部分線路隔離故障源來避免整個線路的斷電或損壞，因此其故障判斷能力、動作響應速度十分關鍵，需要通過科學的整定計算進行設計和配置。在智能電網建設的當下，繼電保護應當加快轉型，借助物聯網、人工智能等技術手段，實現更加高效且智能的運行、控制及管理，這樣才能更好地保障10 kV配電網的正常運行。

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