DQZHAN技術(shù)訊：智能電網(wǎng)建設(shè)中的繼電保護技術(shù)

從智能電網(wǎng)定義、建設(shè)及繼電保護作用入手，討論了智能電網(wǎng)建設(shè)過程中影響繼電保護裝置的關(guān)鍵因素，具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng);繼電保護;智能感應(yīng)

中圖分類號: TM773

Relay Protection Technology in Constructing Smart Grid

LIN Ze-yuan

(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co., Ltd., Jinan 250013, Shandong, China)

Abstract: Starting from the definition and construction of smart grid, and the role of relay protection, discusses the key factors affecting relay protection devices in the process of constructing smart grid, which is of important significance.

Keywords: smart grid; relay protection; smart induction

0引言

隨著國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)工作的開展，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、微網(wǎng)運行等技術(shù)及分布式電源接入等問題也相應(yīng)出現(xiàn)，對現(xiàn)階段的繼電保護提出了新要求。同時，伴隨智能電網(wǎng)出現(xiàn)的新技術(shù)，如新型傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)及光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用也為繼電保護裝置的發(fā)展提供著廣闊空間。

1智能電網(wǎng)及建設(shè)

1.1智能電網(wǎng)定義

智能電網(wǎng)即Smart Grid，亦被稱做智能網(wǎng)或智能網(wǎng)格。其定義為：以傳統(tǒng)物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，超高壓和特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，高度集成現(xiàn)代先進的通信計算機技術(shù)、傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)及控制技術(shù)，形成現(xiàn)代新型智能化電網(wǎng)。智能電網(wǎng)中使用智能傳感器進行整個電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控，如對發(fā)、輸、配、供、用各個環(huán)節(jié)電力設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控，并且通過智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合收集獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時進行相關(guān)智能化處理，其本質(zhì)是實現(xiàn)對能源的兼容利用及對相關(guān)綠色能源的替代。

1.2 智能電網(wǎng)的建設(shè)

智能電網(wǎng)建設(shè)是一項十分復(fù)雜巨大的工程，要考慮到各方面因素，難度非常大。現(xiàn)代電力系統(tǒng)主要由以下4個環(huán)節(jié)，即發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、供電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)，可以將智能電網(wǎng)的建設(shè)過程看作對已有電力系統(tǒng)進行能源體系智能化和動態(tài)化改造的過程。

2 傳統(tǒng)繼電保護及其重要作用

電力系統(tǒng)繼電保護裝置用于在設(shè)備發(fā)生故障時，自動地、快速地且有選擇地將系統(tǒng)中故障設(shè)備切除，從而保證其它無故障設(shè)備的正常運行及避免故障設(shè)備繼續(xù)遭到破壞;當系統(tǒng)處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置可以發(fā)出報警，使值班人員采取相關(guān)有效措施。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電源處潮流流向是單向的。繼電保護設(shè)備中的輸入通常是本側(cè)電氣量，包括：三相電流Ia、Ib和Ic，以及三相電壓Ua、Ub和Uc。保護裝置通過判別上述電氣量，進行動作以滿足相關(guān)保護要求。對于較復(fù)雜線路光纖差動保護而言，其輸入量為被保護線路對側(cè)電流?？梢钥闯觯瑐鹘y(tǒng)繼電保護電氣判別量基本上不變，并且只需本側(cè)保護對象電氣量[1]。其示意圖見圖1。

3 智能電網(wǎng)中的影響繼電保護的關(guān)鍵因素

智能電網(wǎng)繼電保護在原理上與常規(guī)微機保護差別不大，其主要發(fā)展在于保護二次回路變化。保護二次回路運用了一系列影響智能電網(wǎng)繼電保護的關(guān)鍵技術(shù)和因素，例如基于IEC61850標準和電子式互感器的應(yīng)用、智能一次設(shè)備的出現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用及自動化系統(tǒng)總體架構(gòu)。這幾個因素實際上互相關(guān)聯(lián)，不能割裂，以下作詳細介紹。

3.1 IEC 61850標準

IEC 61850標準本身并非繼電保護專業(yè)技術(shù)標準，但由于該標準對變電站功能架構(gòu)、通信體系和自動化系統(tǒng)帶來巨大變化及其廣泛影響力，繼電保護不可避免受到其深刻影響。

3.2 電子式互感器

電子式互感器是國際電工委員會對各種新型非常規(guī)或半常規(guī)、光電轉(zhuǎn)換原理或電磁感應(yīng)原理電流互感器或電壓互感器的統(tǒng)稱。其對繼電保護的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：a) 互感器傳變性能的提升，主要是抗飽和能力提升，改善繼電保護的工作條件;b) 互感器輸出信號數(shù)字化，引起保護裝置采樣方式的變化;c) 采樣環(huán)節(jié)的移出，使得保護裝置自身不能控制采樣時刻，測量頻率跟蹤方法只能采用軟件算法。

從智能電網(wǎng)繼電保護的實施情況來看，后兩方面對繼電保護的影響更為明顯。

3.3 一次設(shè)備智能化

智能一次設(shè)備中，對繼電保護影響*大的是智能斷路器。目前斷路器智能化的實現(xiàn)方式為：傳統(tǒng)斷路器+智能終端。智能終端的出現(xiàn)帶來以下變化：a) 改變了斷路器操作方式，斷路器操作箱回路及繼電器被數(shù)字化、智能化，功能通過軟件邏輯實現(xiàn);b) 保護裝置的跳合閘輸出方式和閉鎖、啟動信號輸入方式均由常規(guī)硬接點、電纜連接改變?yōu)閿?shù)字信號，通過光纖、以太網(wǎng)交換機連接。

3.4 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

智能變電站將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入自動化系統(tǒng)，出現(xiàn)了站控層/間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。其中，過程層網(wǎng)絡(luò)包括GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)，GOOSE網(wǎng)主要用于保護裝置之間的聯(lián)閉鎖信息交互、保護裝置與智能終端跳合閘命令傳遞和開關(guān)位置信息采集;SV網(wǎng)用于傳輸電氣量采樣值。不難看出，過程層網(wǎng)絡(luò)運行情況對保護裝置保護功能的實現(xiàn)具有重要影響。

3.5 自動化體系結(jié)構(gòu)

作為自動化體系結(jié)構(gòu)的一個組成部分，繼電保護受體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響較大[2]。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅影響保護裝置的接口要求，更重要的是從整體上影響保護裝置配置、功能實現(xiàn)方式、運維方式及運行**、可靠性。

4 智能電網(wǎng)中的繼電保護相關(guān)問題

對智能電網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展，很大程度上改變了傳統(tǒng)電能傳輸?shù)哪承┨攸c，智能電網(wǎng)信息化和數(shù)字化的特征，使得智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有了非常大的區(qū)別，而繼電保護作為智能電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，也需緊跟智能電網(wǎng)發(fā)展步伐，與時俱進進行相關(guān)研究工作。

4.1 網(wǎng)絡(luò)化改變了繼電保護的配置形態(tài)

智能電網(wǎng)采用IEC61850網(wǎng)絡(luò)的智能變電站，它的采用使傳統(tǒng)繼電保護信息獲取和信號發(fā)送的媒介發(fā)生了改變。智能電網(wǎng)一個前沿性問題是利用共享的站內(nèi)相關(guān)電氣元件信息，對主保護性能進行改善和提高，同時，采用共享控制信號網(wǎng)絡(luò)簡化繼電保護配置[3]。可是，智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化帶來共享信息的同時,也需要考慮信息傳輸?shù)目煽啃院?*性。區(qū)別于傳統(tǒng)二次電纜的傳輸方式，必須要保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性，因此，如何保證保護配置的可靠，是數(shù)字化變電站條件下網(wǎng)絡(luò)化二次回路的關(guān)鍵問題。

4.2 提高**自動裝置性能

智能電網(wǎng)中的PMU和WAMS網(wǎng)絡(luò)，可以為電力系統(tǒng)廣域信息提高防御和緊急控制。如此，使得智能電網(wǎng)可以使用其已建成的網(wǎng)絡(luò)，改善時間敏感性不強的后備保護及**自動裝置的性能，同時可以改變現(xiàn)有保護的整定原則，使得在某些情況下，保護裝置可以及時自動判斷系統(tǒng)故障，同時采取措施，避免大停電等惡性事故的發(fā)生。

4.3 與傳統(tǒng)保護的配合

智能電網(wǎng)規(guī)劃過程及建成后，必須要考慮與傳統(tǒng)微機保護及數(shù)字化變電站內(nèi)保護實現(xiàn)保護配合和協(xié)作問題，需要考慮類型不同的保護之間的協(xié)調(diào)配合，主要有：a) 線路采用差動保護時，線路一側(cè)采用電磁式電流互感器，而另一側(cè)采用電子式互感器，這樣，區(qū)外發(fā)生故障時，電磁式電流互感器側(cè)有可能會有單端飽和現(xiàn)象發(fā)生，所以線路兩端的差動保護必須可以判段單端飽和并且防止保護誤動;b) 原有線路差動保護數(shù)據(jù)同步算法的基礎(chǔ)是兩側(cè)都是模擬式互感器，這樣便會存在兩側(cè)不同互感器數(shù)據(jù)類型是否同步的問題，需要進行新保護算法的研究。

4.4 在線整定技術(shù)

自適應(yīng)保護的思想在繼電保護領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，限于之前的技術(shù)條件，傳統(tǒng)的自適應(yīng)保護僅能根據(jù)被保護線路運行情況對定值進行調(diào)整，不能利用全網(wǎng)信息準確、實時地判斷運行方式來調(diào)整定值[4]。智能電網(wǎng)的發(fā)展有望改變這一現(xiàn)狀，從而實現(xiàn)在線整定。

5 結(jié)語

智能電網(wǎng)建設(shè)作為電力系統(tǒng)的一次重大變革，是電力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，而繼電保護裝置是促使智能電網(wǎng)正常工作的保障，是維護其**、可靠、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此，本文從智能電網(wǎng)定義、特點、建設(shè)及繼電保護作用入手，討論了智能電網(wǎng)建設(shè)過程中繼電保護關(guān)鍵技術(shù)，包括智能感應(yīng)技術(shù)、廣域測量技術(shù)、仿真分析與控制決策技術(shù)、電力電子技術(shù)等，接著對智能電網(wǎng)中繼電保護裝置的發(fā)展趨勢進行了探討，對智能電網(wǎng)建設(shè)過程中影響繼電保護裝置的關(guān)鍵因素和需關(guān)注的相關(guān)問題進行了探討和分析，有助于為智能電網(wǎng)的建設(shè)工作和**運行提供技術(shù)支撐，具有重要意義。