智能變電站繼電保護(hù)優(yōu)化研究

曹懿穎

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司高郵市供電分公司 江蘇 揚(yáng)州 225600

引言

為了適應(yīng)現(xiàn)代化的社會活動的需求，供電企業(yè)不斷地對變電站進(jìn)行改造升級。在傳統(tǒng)變電站的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的智能變電站。在智能變電站的日常運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置是其重要的一部分，該裝置監(jiān)測著電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠及時地將故障線路進(jìn)行切斷，達(dá)到保護(hù)電力設(shè)備的作用，并且隨著設(shè)備的不斷升級，繼電保護(hù)裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)對智能變電站指令的判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤情況時，能夠及時地進(jìn)行信息的反饋。繼電保護(hù)裝置定期進(jìn)行檢測，有助于提升電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

1 繼電保護(hù)特點(diǎn)

在智能電網(wǎng)大背景下，繼電保護(hù)的應(yīng)用價值得以充分展現(xiàn)，現(xiàn)如今我國人口數(shù)量大，增長快速，對于電力的需求也明顯增長。在城市化建設(shè)大環(huán)境下，各區(qū)域的電力需求增長迅速，對于供電企業(yè)來說，其運(yùn)行發(fā)展承受了壓力巨大，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，能夠在一定程度上緩解供電網(wǎng)絡(luò)壓力，全面提升電網(wǎng)整體運(yùn)行速率，隨著供電量的加大，各項(xiàng)需求也能夠得到滿足，智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展也取得一定成就。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，由于智能電網(wǎng)類似于傳統(tǒng)電網(wǎng)，因而故障與失效問題仍時有發(fā)生，通過繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠就故障與失效問題加以有效改善，為智能電網(wǎng)安全運(yùn)行提供可靠保障。一旦智能電網(wǎng)出現(xiàn)故障或失效問題，可通過機(jī)電保護(hù)技術(shù)來做出預(yù)警，自動切斷故障設(shè)備，便于工作人員基于預(yù)警來采取有效的處理措施，確保故障與失效問題得到及時有效的解決，保障智能電網(wǎng)正常運(yùn)行。繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，能夠?yàn)橛秒姲踩蕴峁┍Ｕ?，降低供電風(fēng)險(xiǎn)，推動智能電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展。

2 智能變電站繼電保護(hù)使用要求

需要充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，合理設(shè)計(jì)智能變電站繼電保護(hù)，以全方面掌控電力系統(tǒng)的情況，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，從源頭上降低智能變電站設(shè)備維護(hù)成本。針對當(dāng)前智能變電站運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，應(yīng)該采取科學(xué)合理的安全防范措施，優(yōu)化智能變電站內(nèi)繼電保護(hù)配置，保證電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)智能變電站安全運(yùn)行的目標(biāo)[1]。智能變電站電力系統(tǒng)具有復(fù)雜性，為了保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，需要做好電網(wǎng)管控。需針對各類電力設(shè)備的性能和使用壽命制定針對性的繼電保護(hù)方案。同時，需要保護(hù)好變電站繼電保護(hù)裝置的功能，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。優(yōu)化智能變電站繼電保護(hù)的時候，相關(guān)工作人員應(yīng)該全方位地了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況和設(shè)備參數(shù)，了解電力系統(tǒng)運(yùn)行故障點(diǎn)的位置、電力線路的分布信息等，然后有針對性地解決多種因素誘發(fā)的電力系統(tǒng)錯誤[2]。需要深入分析電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中各個電氣元件的問題，準(zhǔn)確了解電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響因素，采取針對性的措施，這樣才能夠保證電網(wǎng)穩(wěn)定的可靠性?？梢詫/G技術(shù)合理應(yīng)用到智能變電站中，從而切實(shí)保證繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用效率。在電力設(shè)備傳統(tǒng)運(yùn)行模式中融合D/G技術(shù)，提升電力設(shè)備的靈活性和適應(yīng)性，能夠保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，真正實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。

3 智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)行問題

3.1 設(shè)備管理問題

前期階段的設(shè)備管理工作會涉及多個方面的內(nèi)容，如設(shè)計(jì)、計(jì)劃、裝置、測試等；后期階段的設(shè)備管理工作由使用、維護(hù)、升級等多個方面內(nèi)容共同組成。在實(shí)際開展110kV智能變電站運(yùn)行維護(hù)工作時，存在設(shè)備管理方面的問題，不僅缺乏人力和物力資源的支持，也會產(chǎn)生機(jī)電設(shè)施與維護(hù)設(shè)備處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，導(dǎo)致實(shí)際開展的故障運(yùn)維管理工作缺乏針對性和有效性。不僅如此，變電站的維修部門沒能認(rèn)識到自身工作的重要性，實(shí)際開展的創(chuàng)新和改造工作難以滿足實(shí)際要求，導(dǎo)致設(shè)備無法滿足110kV智能變電站運(yùn)行要求，進(jìn)而就會阻礙供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 設(shè)備可靠性差

智能變電站內(nèi)的電力設(shè)備自身存在缺陷，可能出現(xiàn)變壓器漏油或者斷路器損壞的情況，會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。通常，電力系統(tǒng)內(nèi)部的電力設(shè)備和線路隨著時間推移會發(fā)生不同程度的老化，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障，無法達(dá)到預(yù)期效果。如電力系統(tǒng)可能因設(shè)備老化發(fā)生絕緣性接地短路而發(fā)生斷電事故。在電力設(shè)備運(yùn)行過程中，會因?yàn)槿毕莺凸收隙l(fā)生電力線路問題，以致整個電網(wǎng)電壓波動或者發(fā)生短路的情況。各類機(jī)械、化學(xué)反應(yīng)是導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障的常見原因，會嚴(yán)重影響變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作。

3.3 檢修時效性低

通常，智能變電站維修工作是在發(fā)生事故之后開展，不可否認(rèn)這種維修方式應(yīng)用非常高，但是從整體角度分析就會發(fā)現(xiàn)存在一定的滯后性。在發(fā)生故障之后不可避免地會產(chǎn)生損失。雖然能夠認(rèn)識到維修工作的重要性，但是并不能保證后續(xù)發(fā)生同樣的故障。智能變電站運(yùn)行環(huán)境具有一定的特殊性、復(fù)雜性，極易使智能變電站設(shè)備維修的時效性受到影響。不僅如此，智能變電站運(yùn)行期間非常依賴?yán)^電保護(hù)系統(tǒng)，一旦沒能嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求開展系統(tǒng)維修和養(yǎng)護(hù)工作，就會埋下諸多安全隱患。

4 智能變電站繼電保護(hù)優(yōu)化措施

4.1 開關(guān)柜運(yùn)維措施

我國智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠長時間進(jìn)行應(yīng)用，主要因?yàn)楹侠碓黾永^電保護(hù)的用電負(fù)荷、配電容量，但是無形中增加了開關(guān)柜拒合問題的發(fā)生概率?？偨Y(jié)發(fā)生問題的原因，可知包括承載開關(guān)的線路短路；在實(shí)際合閘期間具體產(chǎn)生的沖擊電流，極易對設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響。開關(guān)剛投入使用，具體產(chǎn)生的沖擊電流負(fù)荷影響程度比較低；但是經(jīng)過長時間的應(yīng)用，供電負(fù)荷也會不斷增大，這樣就會使沖擊電流增多，在電流達(dá)到峰值之后就會產(chǎn)生開關(guān)拒合問題?；诖?，工作人員應(yīng)保證優(yōu)化處理工作有序開展。此外，還要將會自動化技術(shù)應(yīng)用其中，既要保證智能電網(wǎng)整體處于安全高效運(yùn)行的狀態(tài)，也要在自動化技術(shù)的輔助下，保證啟停和供電處理工作及時開展，從而為智能單元運(yùn)行創(chuàng)造條件。

4.2 保護(hù)重構(gòu)技術(shù)

在智能電網(wǎng)大背景下，保護(hù)重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，可以補(bǔ)充并配置整個保護(hù)系統(tǒng)，確保繼電保護(hù)技術(shù)與相應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的對應(yīng)性，繼電保護(hù)整體效果也得到明顯改善。隨著科學(xué)技術(shù)水平的顯著提升，國家智能電網(wǎng)獲得良好建設(shè)與發(fā)展，這就必須要保證繼電保護(hù)技術(shù)的先進(jìn)性及其與電網(wǎng)的適應(yīng)性，確保滿足智能電網(wǎng)發(fā)展需要。繼電保護(hù)技術(shù)不僅要具備故障診斷與修復(fù)能力，還應(yīng)當(dāng)具備系統(tǒng)重構(gòu)功能，若繼電保護(hù)原件出現(xiàn)故障，無法實(shí)施運(yùn)作，通過應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)來對可替代原件加以自動搜尋，為繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定高效運(yùn)行創(chuàng)造優(yōu)良條件[3]。保護(hù)重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于，能夠?qū)υO(shè)備靈活性實(shí)施有效保護(hù)，保證整定值的自適應(yīng)性，即便是在突發(fā)狀況下也能夠保證應(yīng)對的有效性。與此同時，通過保護(hù)重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，可對設(shè)備適配能力加以強(qiáng)化，把握電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的第一時間加以合理調(diào)整，確保設(shè)備在此種變化下的適應(yīng)性。通過保護(hù)重構(gòu)技術(shù)可定時監(jiān)測并診斷裝置原件，嚴(yán)密檢測設(shè)備中的多樣風(fēng)險(xiǎn)，保證風(fēng)險(xiǎn)消除的時效性，整個電網(wǎng)系統(tǒng)也具備了安全可靠運(yùn)行的條件。

4.3 線路繼電保護(hù)

智能變電站線路繼電保護(hù)主要是利用計(jì)算機(jī)硬件、微型計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)時監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過傳感器、數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和遙測設(shè)備等傳輸各種信息。在傳統(tǒng)輸電線路中，主要是將電直接轉(zhuǎn)換成電磁波，然后傳遞給相關(guān)人員使用，整個能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中的智能化程度不高。對此，需要合理應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，在有故障出現(xiàn)的時候，及時處理和解決電網(wǎng)運(yùn)行故障。線路繼電保護(hù)在智能變電站電力系統(tǒng)中起著重要作用，不僅可以保護(hù)不同系統(tǒng)的電壓，還可以起到通信監(jiān)控和測量保護(hù)的作用。在智能變電站電力系統(tǒng)中，為了解決線路保護(hù)配置中存在的問題，保持設(shè)備的運(yùn)行效率，從根本上提高供電的安全性和穩(wěn)定性，集中保護(hù)和后備保護(hù)得到廣泛應(yīng)用法。

4.4 間隔合并單元故障維護(hù)

間隔合并單元故障是智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，也是設(shè)備運(yùn)維管理的薄弱環(huán)節(jié)[4]。鑒于此，在智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)中，相關(guān)運(yùn)維人員一定要將這一問題重視起來，以豐富的運(yùn)維工作經(jīng)驗(yàn)，確保故障發(fā)生時能夠在較短的時間內(nèi)對故障位置精準(zhǔn)識別、對故障原因快速判斷，并將當(dāng)前先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)技術(shù)手段利用起來，有效解決故障問題，降低二次故障的發(fā)生率。就拿單套配置的間隔合并單元來說，設(shè)備運(yùn)行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)合并單元故障的問題，面對這種情況，如果發(fā)生故障，運(yùn)維人員就要盡快申請“斷開”設(shè)備，也就是說，要及時斷開出現(xiàn)故障的間隔單元開關(guān)，停止設(shè)備運(yùn)行；而如果是雙套配置的間隔合并單元，當(dāng)發(fā)生故障時，運(yùn)維人員就要及時停止單線間隔和故障位置保護(hù)出口壓板的運(yùn)行，并且還要停止故障位置保護(hù)母線裝置的運(yùn)行，全面分析故障問題。

4.5 提升可靠性措施

提升系統(tǒng)的可靠性研究主要是從系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)、線路保護(hù)以及變壓器保護(hù)等方面來說的。系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)第一是利用交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)對所有信息的手機(jī)，達(dá)到對電力設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控的作用，對變電站狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測[5]。另一方面是結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的利用，結(jié)合變電站的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)、合理的優(yōu)化。線路在電力系統(tǒng)中能夠?qū)Σ煌▊€的電壓進(jìn)行間隔有效地控制，能夠在一定程度上保證了線路的安全和穩(wěn)定性，再加設(shè)安全保護(hù)裝置，結(jié)合實(shí)際情況能夠有效地提升系統(tǒng)的可靠性。

5 智能變電站繼電保護(hù)發(fā)展趨勢

5.1 數(shù)字化方向

在互感器故障明顯降低的情況下，在智能電網(wǎng)大環(huán)境下繼電保護(hù)技術(shù)的變革不需要考慮互感器故障所引發(fā)的故障問題，例如回路接地、回路斷線等，以數(shù)字化傳感器為支持，能夠促進(jìn)繼電保護(hù)整體性能的不斷強(qiáng)化，精簡輔助功能，促進(jìn)繼電保護(hù)水平得到顯著提升，奠定智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)。

5.2 網(wǎng)絡(luò)化方向

在智能電網(wǎng)建設(shè)中，以網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)裝置為支持，得以推動智能電網(wǎng)的數(shù)字化發(fā)展，對于智能電網(wǎng)運(yùn)行效率的提升至關(guān)重要，以數(shù)字接口為載體，電力管理者可將控制信息發(fā)送至繼電保護(hù)裝置，以便全面化、自動化操控整個智能電網(wǎng)。在智能電網(wǎng)運(yùn)行過程中，可將其與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)調(diào)應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮，可科學(xué)配置繼電保護(hù)裝置，保證其可操作性，促進(jìn)其安全高效運(yùn)行。

5.3 協(xié)同保護(hù)方向

就傳統(tǒng)保護(hù)來看，能夠以定值為對象實(shí)現(xiàn)自整定保護(hù)，以被保護(hù)線路為輔助，把握其運(yùn)行狀態(tài)，這是傳統(tǒng)保護(hù)的基本原理。而在智能電網(wǎng)大環(huán)境下，促進(jìn)了繼電保護(hù)技術(shù)的全面升級，可立足全網(wǎng)信息保護(hù)狀態(tài)出發(fā)，確保配置與整定的自動化特征，促進(jìn)繼電保護(hù)系統(tǒng)良性運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)互相保護(hù)，以協(xié)同保護(hù)模式取代傳統(tǒng)分散式獨(dú)立保護(hù)，確保智能電網(wǎng)大環(huán)境下繼電保護(hù)技術(shù)的持續(xù)健康發(fā)展。

6 結(jié)束語

現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活水平顯著提升，對于電能的需求量也明顯增加，這就需要積極轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行模式，推動電能技術(shù)改造，以確保電網(wǎng)運(yùn)行效率得到顯著提升。在智能電網(wǎng)大環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)高度重視繼電保護(hù)技術(shù)的變革，應(yīng)用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化管理，以有效保護(hù)措施來促進(jìn)電能安全可靠傳遞，滿足社會的用電需要。