繼電保護(hù)在現(xiàn)代電網(wǎng)中的應(yīng)用

譚元華

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電能需求日益增加，對(duì)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求也更加突出，繼電保護(hù)作為電網(wǎng)安全重要防線受到了高度重視。國(guó)家提出了智能、堅(jiān)強(qiáng)、大電網(wǎng)的現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)構(gòu)想，給電網(wǎng)發(fā)展指明了方向，這主要依賴于特、超高壓技術(shù)突破以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，但在系統(tǒng)規(guī)模增大、新能源接入以及智能配網(wǎng)建設(shè)的同時(shí)帶來(lái)了繼保技術(shù)方面的問(wèn)題，使傳統(tǒng)保護(hù)的缺陷逐漸顯露。同時(shí)，還要認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展，特別是信息系統(tǒng)的構(gòu)建，為實(shí)現(xiàn)保護(hù)的智能化打好基礎(chǔ)。繼電保護(hù)是現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵，直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定及安全，但存在滯后于現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)速度的問(wèn)題，嚴(yán)重制約電網(wǎng)發(fā)展。所以，相關(guān)企業(yè)要做好繼保技術(shù)創(chuàng)新，加大繼保裝置研發(fā)和維護(hù)投入，積極構(gòu)建更加科學(xué)可靠的保護(hù)系統(tǒng)，這樣繼保裝置能夠以更優(yōu)異、更穩(wěn)定的性能為電網(wǎng)提供更安全的保證，促進(jìn)電力事業(yè)發(fā)展。

1 現(xiàn)代電網(wǎng)繼電保護(hù)所面臨問(wèn)題

現(xiàn)代電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展不僅是國(guó)家能源戰(zhàn)略的政策要求，而且是社會(huì)對(duì)電能需求持續(xù)增長(zhǎng)的必然結(jié)果。如今，國(guó)家高度重視智能電網(wǎng)、超特高壓建設(shè)以及新能源接入等，并且取得了較快發(fā)展，但現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展也為傳統(tǒng)繼電保護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

1.1 大電網(wǎng)問(wèn)題

超/特高壓的建設(shè)是由我國(guó)客觀因素決定的，主要與資源分布不均有關(guān)，特別是能源集中地區(qū)與負(fù)荷高消耗地區(qū)相隔數(shù)百甚至上千公里。大電網(wǎng)概念是解決能源資源配置問(wèn)題的關(guān)鍵。如今遠(yuǎn)距離超/特高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)初見(jiàn)規(guī)模，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體性和復(fù)雜性日益顯現(xiàn)，電網(wǎng)安全成為關(guān)注的重點(diǎn)。電網(wǎng)規(guī)模增大的同時(shí)故障的概率也隨之升高，同時(shí)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)互通成為常態(tài)，這無(wú)疑為大范圍停電事故提供了可能性，從國(guó)外幾起嚴(yán)重停電事故中可見(jiàn)端倪，電網(wǎng)穩(wěn)定策略的實(shí)現(xiàn)對(duì)繼保要求更高。此外，隨著高壓直流輸電技術(shù)成熟，電能傳輸效率更高，走線占地更小，具有顯著綜合效益，然而交直流轉(zhuǎn)換也帶來(lái)了控制和保護(hù)上的難題[1]。

1.2 新能源大規(guī)模接入問(wèn)題

近幾年，新能源的發(fā)展突飛猛進(jìn)，雖然緩解了能源危機(jī)，但是也對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成威脅，需要優(yōu)化繼保裝置配置。首先，新能源的接入會(huì)改變?cè)须娋W(wǎng)的潮流分布，使電網(wǎng)更加難以控制，如果不及時(shí)調(diào)整保護(hù)方向性和整定值，易導(dǎo)致保護(hù)的拒動(dòng)或誤動(dòng)；其次，電力電子設(shè)備的應(yīng)用給電網(wǎng)帶來(lái)了大量的諧波成分，不僅降低了電能質(zhì)量，而且可錯(cuò)誤觸發(fā)繼保裝置，損害社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；最后，還會(huì)帶來(lái)互補(bǔ)能源缺失的問(wèn)題，隨著新能源裝機(jī)容量激增而傳統(tǒng)火電、水電等規(guī)模增長(zhǎng)有限，新能源在電能輸出上有很大波動(dòng)，具有不確定性，當(dāng)新能源產(chǎn)能降低時(shí)，需要常規(guī)能源及時(shí)填補(bǔ)缺位，如果新能源缺口過(guò)大，而互補(bǔ)能源又不能滿足需求，則會(huì)影響電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性。

1.3 配電網(wǎng)發(fā)展相對(duì)滯后

在現(xiàn)代電網(wǎng)中，智能配網(wǎng)也是電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)在自動(dòng)化應(yīng)用上的不足，采用的是單向供電模式，不存在用戶同電網(wǎng)的信息交互，電能供應(yīng)缺乏可預(yù)見(jiàn)性和計(jì)劃性，同時(shí)配網(wǎng)故障缺乏自動(dòng)恢復(fù)功能，增加了電能損失并使供電可靠性降低。網(wǎng)絡(luò)信息和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展為智能配網(wǎng)建設(shè)打下基礎(chǔ)，要對(duì)傳統(tǒng)配網(wǎng)進(jìn)行配置優(yōu)化，建立互動(dòng)渠道，使電網(wǎng)能夠獲取用戶用電信息并為用戶提供更好的用電體驗(yàn)[2]。在智能配網(wǎng)中，繼保裝置是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)智能控制的關(guān)鍵，應(yīng)加大先進(jìn)繼保技術(shù)引進(jìn)使之適應(yīng)復(fù)雜配網(wǎng)以及新能源接入所帶來(lái)的問(wèn)題，還要打通用戶反供電網(wǎng)的限制，并適時(shí)調(diào)整繼保裝置以確保電能交互安全。

1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼斑\(yùn)行方式多變

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，定值配合的后備保護(hù)模式是繼電保護(hù)配置的重要方式，而現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展至今，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)運(yùn)行方式存在較大不確定性，對(duì)后備保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)造成很大干擾[3]。在這苛刻的保護(hù)環(huán)境中，通常很難兼顧到保護(hù)的“四性”，有時(shí)為了確保整定值能夠可靠動(dòng)作，需要忽略靈敏性和快速性要求。由于后備保護(hù)運(yùn)行的基礎(chǔ)是保護(hù)裝置自身收集到的故障信息，相鄰保護(hù)間不存在信息聯(lián)絡(luò)，僅僅依靠保護(hù)時(shí)間的配合，這種方式很難適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)多變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)方式，當(dāng)發(fā)生大規(guī)模停電時(shí)，傳統(tǒng)后備保護(hù)不僅起不到限制故障區(qū)間作用，甚至充當(dāng)了連鎖停電反應(yīng)的幫兇。傳統(tǒng)保護(hù)模式的不足主要有3 個(gè)方面。1）由于要考慮時(shí)間配合關(guān)系，往往延長(zhǎng)了故障切除時(shí)間，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定及安全構(gòu)成威脅。2）不具備自適應(yīng)性特點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)行方式變化時(shí)，傳統(tǒng)保護(hù)的實(shí)際表現(xiàn)不夠快速和靈敏。3）由于傳統(tǒng)保護(hù)不能及時(shí)獲取系統(tǒng)狀態(tài)，有時(shí)即使故障已隔離，由故障引發(fā)的潮流過(guò)負(fù)荷也可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。同時(shí)，隨著光線通道建設(shè)趨于完備，差動(dòng)保護(hù)成為較高電壓等級(jí)線路保護(hù)主要方式。

2 現(xiàn)代電網(wǎng)中繼電保護(hù)應(yīng)用策略

面對(duì)復(fù)雜多變的現(xiàn)代電網(wǎng)，繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)變化，不斷研發(fā)新型繼電保護(hù)原理和技術(shù)，加大對(duì)廣域保護(hù)、系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的多元化發(fā)展。同時(shí)，繼電保護(hù)裝置的維護(hù)管理也是保證繼保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵。

2.1 廣域保護(hù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)繼電保護(hù)方式多采取的是設(shè)備位置的信息，對(duì)被保護(hù)設(shè)備而言存在單端和雙端保護(hù)兩類，這主要與軟、硬件技術(shù)不足有關(guān)，雖可基本滿足傳統(tǒng)電網(wǎng)需要，但如今網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成更加復(fù)雜，在有限的電量信息條件下，傳統(tǒng)繼電保護(hù)很難全面的反應(yīng)故障象征，存在局限性。隨著智能堅(jiān)強(qiáng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的建設(shè)，特別是信息化平臺(tái)的搭建，為廣域保護(hù)發(fā)展提供有利條件[4]。廣域保護(hù)可獲取更加全面的故障相關(guān)信息，并在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)故障的綜合分析，從而使保護(hù)具有自適應(yīng)性特點(diǎn)，自動(dòng)修改保護(hù)動(dòng)作策略。在多方面獲取故障信息的前提下，繼電保護(hù)不再需要在方式調(diào)整時(shí)進(jìn)行定制調(diào)整，保護(hù)更加精準(zhǔn)和快速。由于電網(wǎng)規(guī)模龐大，廣域保護(hù)往往是先將電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，然后在不同區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。廣域保護(hù)不僅是判斷故障和保護(hù)電網(wǎng)安全，而且具有控制功能，控制故障范圍，修復(fù)故障區(qū)間，實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的自我保護(hù)。這是繼電保護(hù)的發(fā)展方向，可有效提升現(xiàn)代電網(wǎng)的安全保證能力。

2.2 系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用

由于現(xiàn)代電網(wǎng)越來(lái)越智能化，在新設(shè)備、新技術(shù)的支持下現(xiàn)代化電網(wǎng)中深化應(yīng)用系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)，借助該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的重新構(gòu)制，優(yōu)化原有結(jié)構(gòu)及性能，但是要注意系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的合理性，使其符合現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)提出了更高標(biāo)準(zhǔn)要求。在現(xiàn)代電網(wǎng)中，特別是智能配網(wǎng)中系統(tǒng)重構(gòu)可有效解決供電可靠、降低線損以及平衡負(fù)荷等具體指標(biāo)。繼電保護(hù)裝置是系統(tǒng)重構(gòu)的重要一環(huán)，需要借助繼保裝置提供的故障信息，自行調(diào)整故障或異常電網(wǎng)的運(yùn)行方式，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)修復(fù)，這是現(xiàn)代智能電網(wǎng)的典型應(yīng)用，而傳統(tǒng)電網(wǎng)由于技術(shù)、設(shè)備上的不足，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，在供電安全和穩(wěn)定上有很大不足。因此，繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展，特別是自適應(yīng)保護(hù)的應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)起到重要支撐作用。

2.3 繼電保護(hù)多元化發(fā)展

現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)繼保工作提出了功能多樣化和保護(hù)智能化的新要求，這也是電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，需要在繼保技術(shù)創(chuàng)新上做出努力，不斷推進(jìn)繼保多元化發(fā)展，從而為電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量和效益提升保駕護(hù)航。首先，隨著數(shù)字技術(shù)在現(xiàn)代電網(wǎng)中的應(yīng)用增多，也為繼保技術(shù)發(fā)展提供了新的契機(jī)，特別是繼保裝置關(guān)鍵器件數(shù)字化傳感器的研發(fā)升級(jí)，使數(shù)據(jù)傳輸效率和精度有較大提升，避免了傳感器頻繁發(fā)生異常的情況，傳感器工作更加穩(wěn)定。其次，在繼保裝置中，大數(shù)據(jù)同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，使繼保裝置能夠接收到更多的電網(wǎng)運(yùn)行或者故障相關(guān)信息，經(jīng)相應(yīng)算法使繼保裝置能加智能，故障處理更加精確和高效，在維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定上可發(fā)揮更大作用。最后，還要注重發(fā)電機(jī)、變壓器等電網(wǎng)單元的保護(hù)，對(duì)原有保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，不僅要提高電機(jī)主保護(hù)的設(shè)計(jì)、整定以及校驗(yàn)的精確性，而且在后備保護(hù)和失磁失步保護(hù)的配合方面也應(yīng)加強(qiáng)研究，此外定轉(zhuǎn)子的接地保護(hù)也是重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)變壓器來(lái)說(shuō)，如何準(zhǔn)確的區(qū)分故障電流和勵(lì)磁涌流是保護(hù)正確動(dòng)作的關(guān)鍵，應(yīng)積極研發(fā)變壓器內(nèi)部故障保護(hù)新原理，降低勵(lì)磁涌流所帶來(lái)影響。

2.4 加強(qiáng)繼保裝置維護(hù)管理

不論是在高壓輸電還是供配電系統(tǒng)建設(shè)中，繼保裝置對(duì)電網(wǎng)安全及相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的，繼保裝置配置數(shù)量急劇增多，裝置結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行維護(hù)工作有了更高要求。首先，傳感器對(duì)于繼保以及電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)十分關(guān)鍵，要確保傳感器正常工作，才能使繼保裝置可靠動(dòng)作，監(jiān)控人員方可通過(guò)所傳信號(hào)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)及保護(hù)裝置異常并將異常信息告知運(yùn)維人員處理；當(dāng)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)封鎖保護(hù)動(dòng)作出口，以防保護(hù)誤動(dòng)情況發(fā)生，避免造成停電事故，甚至更大損失。其次，要關(guān)注雨、雪、雷以及大風(fēng)等天氣條件對(duì)繼保裝置的不利影響，加強(qiáng)巡視避免出現(xiàn)接線松動(dòng)、振動(dòng)異常等狀況，保證繼保裝置運(yùn)行正常；最后還要加強(qiáng)繼保裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，綜合分析異常原因，做好問(wèn)題處置方案，提高繼保問(wèn)題處理效率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展離不開(kāi)繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，只有順應(yīng)智能堅(jiān)強(qiáng)大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，繼電保護(hù)才能更好地發(fā)揮電網(wǎng)防護(hù)功能。現(xiàn)代電網(wǎng)所面臨的大電網(wǎng)建設(shè)、配網(wǎng)建設(shè)滯后性、新能源接入以及電力系統(tǒng)多變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等問(wèn)題也給繼保裝置帶來(lái)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。因此，要注重繼電保護(hù)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，大力發(fā)展廣域保護(hù)、系統(tǒng)重構(gòu)等技術(shù)，推動(dòng)繼保功能多樣化發(fā)展，并做好繼保裝置的維護(hù)工作，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。