配电网继电保护的创新路径研究

石 宇

（国网保定供电公司，河北保定 071000）

1 配电网继电保护概述

1.1 概念

配电网继电保护是保障电力系统安全稳定运行的重要组成部分。其采用先进的电子技术，通过感知电力系统异常状况，及时采取保护措施，以防止故障扩展并最小化对设备和用户的影响。配电网指将输电网传输来的高电压电能经由变电站和配变站进行变压、分支，再分配到各个终端用户的电力系统。其涉及的电压等级相对较低，一般为10 kV 以下，包括低压配电网和中压配电网。为了确保配电网的安全运行，继电保护系统起到了至关重要的作用。继电保护是一种基于继电器的电力系统保护技术。继电器是一种电气装置，具有灵敏度高、可靠性强的特点。通过感知电力系统中的异常信号，如过流、接地故障、短路等，来触发相应的动作，实现对配电网的保护。

1.2 原理

配电网继电保护的原理主要包括信号采集、信号处理与判断、动作执行3个环节。①信号采集。继电保护系统通过各类传感器或测量装置，对电力系统的电压、电流、频率等物理量进行实时监测与采集。这些传感器安装在配电设备上，能够感知系统中的异常信号。②信号处理与判断。继电保护系统通过对采集到的信号进行处理、分析及判断，确定是否存在电力系统故障或异常情况。这一过程通常需要依靠电子技术中的数字信号处理、滤波、保护算法等方法来实现。③动作执行。当继电保护系统判断存在故障或异常情况时，将触发相应的继电器动作，通过控制开关、断路器等装置，切断或隔离受故障影响的电路，以阻止故障的扩展，保障电力系统的其他部分正常运行。

配电网继电保护原理的核心在于及时感知异常信号、准确分析判断，并采取相应的措施来保护电力系统的正常运行。这种保护机制的重要性不容忽视，其能够最大限度地减少故障对电力系统和用户的影响，提高系统的可靠性和稳定性。

2 配电网继电保护创新的必要性

（1）提升电力系统的可靠性和安全性。随着电力负荷的增加和用电需求的多样化，传统的继电保护已无法满足电力系统对于高可靠性和高安全性的需求。而通过创新技术和方法，可以提高继电保护的响应速度、准确性及可靠性，及时发现和解决线路故障和异常情况，从而最大限度地保护电力设备和用户的安全。

（2）提高电力系统的运行效率和可持续发展能力。传统的继电保护系统通常需要大量的人力投入和手动操作，效率较低且易出错。而通过创新可以引入自动化技术和智能化算法，实现继电保护系统的自动化运行和智能化管理，提高系统的运行效率和响应能力。此外，创新还可以促进配电网与新能源、能量储存及智能电网等新兴技术的融合，推动电力系统向可持续发展方向转型。

（3）适应电力系统的复杂性和变化性。随着电力系统规模的不断扩大和电能质量要求的提高，电力系统的复杂性不断增加。在此背景下，传统的继电保护技术面临着诸多挑战，如对于多源接入、多级保护和电能质量问题的处理仍然存在较大难度。而通过创新可以开发出适应复杂环境和灵活应变的继电保护技术和设备，提高系统的稳定性和可操作性。

（4）推动电力行业的发展和进步。继电保护作为电力系统的核心技术之一，通过创新可以培养和吸引更多的人才投入到电力行业，推动科技成果的转化和产业的升级，提升国家在电力领域的竞争力和影响力。

3 配电网继电保护的创新方法

3.1 断路器电流保护

常见的断路器电流保护方法是过电流保护，通过监测电路中的电流大小来判断电路是否发生故障，一旦发现电流超过额定值，断路器即刻动作，切断电路，保护电力设备和电器设备的安全运行。这种保护方法凭借其简单可靠的特点得到了广泛采用。然而，随着电力系统的不断发展和电气设备的不断更新，只依靠过电流保护已经无法满足现代电力系统的需求。基于此，一种更加先进的断路器电流保护方法——差动保护出现。其通过比较电路的电流差异来判断电路是否发生故障。差动保护方法具有高速度、高精度的特点，能够迅速切断故障电路，保护电力设备的安全运行。

除了过电流保护和差动保护，其他的断路器电流保护方法正在被研究和发展。例如，基于电压和电流相位关系的继电保护方法，可以通过分析电路中的电压和电流相位差来探测电路故障，实现精准的电流保护；基于电流频率的保护方法，能够检测电路中的电流频率变化，判断故障类型，并及时切断故障电路，保护电力设备的安全运行。

3.2 馈线自动化

在配电网继电保护领域，馈线自动化方法是一项创新性的技术，以其高效、智能的特点引起了广泛关注。馈线自动化方法在配电网的运行和管理中发挥着重要的作用，能够有效地解决传统配电网中出现的一系列问题。具体体现如下。

（1）实现配电网的自动监测和故障定位。传统的配电网需要人工巡检和手动排查，耗费时间和人力资源。而馈线自动化方法通过安装智能传感器和监控装置，可实时监测配电网的运行状态。当出现故障时，能够及时发出警报并定位故障点。这大幅提高了故障排查效率，减少了停电时间，提升了配电网的可靠性和稳定性。

（2）实现配电网的自动重构和重新供电。在传统的配电网中，当一条馈线发生故障或需要维护时，通常需要手动操作和调整其他馈线的供电方式，易造成不必要的停电。而馈线自动化方法可以使系统自动感知故障并进行网络重构，实现对故障馈线的分离和维护，同时自动调整其他馈线的供电路径，保证用户的正常用电。这种智能化的供电方式不仅提高了供电的可靠性，还最大程度地减少了对用户的影响。

（3）配电网的远程监控和远程操作。传统配电网的管理需要人工操作和现场巡视，效率较低。而馈线自动化方法通过将继电保护设备与通信技术相结合，实现了对配电网的远程监控和操作。不仅可以通过远程终端设备实时监测配电网的运行状态，还可以进行远程操作和控制，如故障恢复、网络重构等。这大幅提高了配电网的管理效率，减少了人力资源的浪费，实现了智能化的运维管理。

3.3 集中控制

传统的配电网继电保护主要采用分散式控制方式，每个设备都配备有独立的继电保护装置，以实现对设备的保护和控制。然而，随着电力系统规模的不断扩大和电网复杂性的增加，分散式控制方式已无法满足需求。集中控制作为一种新兴的控制方式，逐渐成为了配电网继电保护领域的研究热点。集中控制指通过集中的控制中心对整个电力系统的继电保护进行统一管理和控制，将各设备间的保护装置联接起来，形成一个高度智能化、协调性强的继电保护网络。这种集中控制具备高效、灵活、可靠的特点，为配电网的安全运行提供了有力支持。具体体现如下。

（1）传统的分散式控制方式存在大量的冗余设计，如设备间的重复安装、调试及维护等。而集中控制可以实现统一的配置和管理，大幅减少了工作的重复性和资源浪费。通过集中控制中心对电力系统进行监控、故障诊断及远程操作，能够快速定位和解决问题，提高了响应速度。且其可以通过网络实现远程实时监控，在保证运行安全的前提下，最大限度地提高了系统的利用率。

（2）集中控制使继电保护系统更加灵活。在传统分散式控制方式中，当电力系统发生变动或加入新设备时，需要对每个保护装置进行独立的调整和改变，工作繁琐且容易出错。而集中控制可以通过软件配置实现对所有设备的统一调整，减少了人为操作的错误，同时也大幅节约了时间和成本。

（3）集中控制可以通过集成其他数据信息，如温度、湿度、负荷等参数，实时分析和预测电力系统的运行状态，为系统运行和维护提供更多的决策依据。在传统分散式控制方式中，每个保护装置相对独立，当其中一个设备发生故障时，可能会引发级联故障，导致电力系统的崩溃。而集中控制可以通过全面监测和分析，及时发现和处理潜在的故障隐患，避免了系统崩溃的风险。

（4）集中控制通过远程操作和自动化技术，减少了人为操作的错误，提高了继电保护系统的自动化水平，增强了系统运行的可靠性和安全性。

3.4 广域测控系统

配电网继电保护作为现代电力系统中的一项关键技术，承担着维护电网稳定运行和保障供电质量的重要使命。然而，在快速发展的电力行业中，传统的继电保护系统逐渐暴露出一系列的不足，如单一功能、局限性及运维成本高等问题。为了适应新时代的发展需求，广域测控系统得到了广泛运用，为配电网继电保护带来了创新与进步。广域测控系统，简称GWCC 系统，借助先进的通信技术与数据处理技术，实现了多站点、大区域的继电保护和自动化控制。与传统继电保护相比，GWCC 系统以其独特的优势和功能引领着继电保护技术的发展潮流。

（1）广域测控系统的创新之处体现在其对多站点的支持上。传统的继电保护系统通常只能处理一个站点的数据，而GWCC 系统通过有效的通信网络，实现了对多个站点的继电保护操作与数据管理。这意味着电力公司可以同时监测和控制位于不同地点的多个配电站，大幅提升了电网运行的灵活性和效率。广域测控系统结构如图1所示。

图1 广域测控系统结构示意

（2）广域测控系统在数据处理和应用方面呈现出突出的特点。该系统能够实时采集、传输及处理各种类型的电力数据，如电流、电压、功率及频率等指标，可准确描述电力系统的运行状态。通过智能数据分析和算法，GWCC 系统能够快速识别电力系统中的异常现象，并及时采取相应的措施进行处理，以保障电网的安全稳定。

（3）广域测控系统具备强大的自动化控制功能。通过与配电站的自动化设备进行无缝连接，GWCC系统可以实现对配电设备的远程监测和控制。在电力系统运行过程中，GWCC 系统能够自动检测和处理各类故障，如过载、短路及接地故障等，从而快速实现故障隔离和恢复。这为电力公司节约了人力、物力成本，并提高了电网的可靠性和稳定性。

4 结束语

综上所述，在配电网中实施继电保护所发挥的价值较为突出，有助于减少故障问题的发生，为配电网的稳定和安全运行提供重要的基础。因此要结合实际情况，科学实施继电保护，以此满足配电网继电保护的使用要求。