智能电网中继电保护的应用与发展

李建伟

摘 要：智能电网是当今世界电力发展的最新动向，随着我国智能电网的发展，各种问题急需解决。继电保护作为电力系统安全运行的第一道防线，对继电保护在智能电网中的应用与发展的研究势在必行。文章通过对智能电网的特点、传统电网和自能电网对继电保护的不同要求的分析，得出了智能电网继电保护的3个问题，同时也提出了继电保护的最新发展特点。

关键词：智能电网；继电保护；发展

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0062-02

随着时代发展，如今智能电网已经成为电力系统最先发展方向。国家电网公司从四个方面表示了智能电网的特点，一是信息化；二是自动化；三是数学化；四是互动化。此外，在把特高压电网与清洁能源的建设规划与政策相结合联系起来，就这样形成国家电网的发展方向。

随着电网的升级，智能电网极大地改变了传统电力系统的形态。电力系统继电保护作为电力系统首要保护线，它会随其两方面发生变化从而改变，一是功能；二是作用。因此，对继电保护在智能电网中应用和发展的研究势在必行。

1 智能电网的定义和特点

智能电网可以从以下两个方面进行概括：一是根据它的技术性，可以从它的四大特点入手（信息化、自动化、数字化以及互动化）；二是在它的管理上，分别体现在四点：集团化、集约化、精益化以及标准化。

对于坚强智能电网来说，它最基础的定义是经济效果显著、透明开放等。

其中关于透明开放这点，有一些特别要求，电网开放，其各种讯息需透明和共享。

智能电网以物理电网为基础，使一部分技术得到了比较大的使用，比如电子式互感器、广域测量技术和交直流灵活输电技术等。

2 传统电网与智能电网继电保护的比较

在以前的电网里，网络拓扑结构有三种，一是总线型；二是环型；三是星型线路，它的相同效果的数学模型。传统电网的运行方式单一，潮流分布是单向的。

网状结构对智能电网来说是一个特殊的存在，因为它可以有两个特性，一方面它可以让每个点也许成为电源点；另一方面它也许会是客户，所以线路里，对于潮流进向问题，答案是双向的。

此外，形成微网单独运行这样的结果，是由于电源点也许是在网里面列罗而成，进而与其友好互动的这一特征相互照应。这就将导致电网运行方式的不确定，解列点的继电保护的定值、保护范围都应该做相应的调整，且因线路潮流的改变，各线路的长度、阻抗都将发生变化，相应的各个保护装置的保护范围和整定值都将变化，这提高了对继电保护装置的要求。

在传统电网中，因电源点的潮流是确定的，因此，一般不会发生改变的是传统继电保护电气判别量，同时，它的需求仅是保护对象的电气量，如：三相电流Ia，Ib，Ic和三相电压Ua，Ub，Uc。

智能电网中，由于电网结构和运行的新特点，继电保护的应用面临着3个主要问题，且这3个问题贯穿于智能电网继电保护的全过程中。该3个问题将在后面做详细介绍。智能电网具有分布式发电、交互供电的特点，且通信、信息技术的发展，使得网络数据共享成为可能。

智能电网中，可以广泛地利用各种传感器对电网的运行状况进行实时地监控，然后经过网络系统将数据进行收集和整合，最后做出快速的数据分析，得出结论，让保护功能与定值得到了较好的呈现，一是它的远程监控；二是它的修正。

所以，相对智能电网里面的保护装置来说，它有两个方面需要做，一是让保护对象信息化，二是得到相关设备与临近网络的运行信息。

信息的共享使得保护装置能够更加准确的判断故障状态，可以保证在快速隔离故障，避免大面积停电事故的前提下，尽量减少人工参与，充分实现智能化。

3 贯穿智能电网继电保护的3个问题

对于智能电网的运用问题，特别是继电保护的使用，一定从三个方面上进行思考。

第一个方面，从两方面鉴定继电保护是否含有自适应能力灵活，先是从运行方式上，再是它的不确定的潮流的流出方向。

D点电源点不仅能从接入电网运行，而且还能够讲其分开罗列，得到微网的独自运行结果。则对于D点的潮流流向是不确定的。因此，输入家电保护装置的讯息需要从三方面进行考量，一是线路的电气量，二是其相关线路运作的情况，三是修正、计算整定数值。

第二方面，对于继电保护来说，它的运作方式是会发生变化的，所以可以让继电保护的功能随着其变化做出一定的调整。

在D点解列运行时，N4从系统中分离开来。这样该点的继电保护装置应该所有都停止运作，对于继电保护装置而言，其N3、N2节点处，定值、保护范围都会做出调整。因为线路的阻抗、长度和潮流分布都发生了相应的变化。

第三方面，考虑环境条件与保护定值之间存在的联系，是否对其有一定的影响。

因为在智能电网里面，继电保护主要通过传感器对输电线路的容量、温度等进行实时地监控，从而到达分析、调整功率分布，维持电网的安全稳定运行。因此，为了适应容量和温度的变化，需要实时调整输电线路的过负荷保护定值，借此来调整功率，以便达到运行的极限。

4 智能电网继电保护的发展

4.1 准确、快速甄别故障

在加速建设智能电网过程中，研发出超高速出口速度的保护装置具有很重要的意义。为了提高保护装置的保护速度，提出了甄别故障元件的新原理来解决工频保护不能解决的问题。电压越高，因为故障产生的不平衡功率越高。切出故障的速度越快，则故障电流对设备的损坏越小，产生的不平衡功率越小，减小低电压时间，从而可以提高系统的安全性，增强可靠性。因此，快速切除故障的方式能够通过这样的方式去实现：加快甄别故障。

针对超高压交流的输电线路暂态分量保护问题，能够通过以下的方式识别内外的故障，一是发生故障时，尤其是在区内、外。其电流、电压高频分量的幅值；二是从方向不同去识别，实现甄别故障以及超高压交流输电线路暂态保护。

对于超高压直流输电线路单端速动保护，应该在线路两端加装平波电抗器和直流滤波器，实现隔离直流输电高频暂态量，构成保护系统。

对于超高速母线保护，可以利用行波差动原理判断出区内、外故障，该方法灵敏、可靠，且动作速度快，不受过渡电阻和互感器饱和的影响。

4.2 保护装置配合的新发展

传统电网保护配置，在电网发生故障时，可能大范围地切除故障元件，继而扩大了停电的范围，降低了保护的可靠性。且在同杆双回路输电线路保护中，有一种情况会引起切除故障后余下的系统分开，是由于保护设备和自动重合闸相互协作。在其协作当中，系统也许遭遇故障的碰撞问题，减小系统的性能，主要是安全可靠方面的。

在变电站里面，能够有一种方式取消后备保护，那就是通过集中的方式，换而言之，每一个被保护元件都只配备主保护。由于这个形势，产生了两方面的作用，一个是使其拥有近距离的后备保护，二个是开关用不起同时也得到保护。

还可以编制专门的数值积分计算程序计算出最佳重合闸时间，然后增大故障暂态稳定的极限。

以下几点会导致最佳重合闸时间产生一定的陶染，一是故障点的距离；二是传输功率的大小；三是保护动作时间。对于这些问题，面对重合闸时间的改变，暂态能量呈现的特点是连续的，所以能够让不在线的计量结果应用于实际。

同时，随着光纤通信的发展和应用，保护利用远方的信息不再困难，使得发展后备保护与配置成为可能。而被保护单元间的数据共享，使实现双回线的六相重合闸变得更为方便。

5 结 语

现代智能电网的发展，对继电保护提出了更高的标准。时代的发展，通过故障暂态信息去辨识故障已经容易多了。信息网和数字化使得多处、远方的同步信息得到集中处理。

由于故障暂态中具有两点内容，一是故障地点；二是类型信息。完全的去深究与通过运用数字信息这两方面，能够构成更加灵敏、高速的保护继电器。发展继电保护的“预保护功能”可以防患于未然，将保护功能提高一个等级。同时，在高速发展的信息时代，要求继电保护工作人员与时俱进，充分利用现代信息技术，最大程度上保证电网安全可靠运行。

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