智能电网环境下的继电保护探讨

王鹤　高超

摘要：当前，电网自动化、智能化逐步成为了电力系统发展的新方向。继电保护作为保障电网安全运行的第一道防线，需要积极适应电网的变化。文章基于我国智能电网建设将对电网运行产生的影响，分析了超/特高压输电、电子器件渗透、网络拓扑异变对继电保护造成的影响，并对继电保护的关键研究方向进行了介绍。

关键词：智能电网环境；继电保护；电网自动化；电网智能化；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM65 文章编号：1009-2374（2015）34-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.066

1 概述

随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对电能的需求量也越来越大；又由于传统的发电方式对能源的依赖度很大，结合当前全球的能源问题，建设智能电网刻不容缓。智能电网的应用和推广可以增加电网和用户之间的双向互动，提升电网的运行质量，并且智能电网的建成将对我国电力系统的发、输、配、用各个环节产生重大的影响。而继电保护作为电网安全运行的第一道防线，将受到智能电网的考验。传统继电保护的不足在智能电网的冲击下也开始逐渐暴露出来，但是智能电网先进的信息系统也为继电保护的发展提供了良好的环境，为适应电网的智能化发展，构建更加可靠安全的电网运行环境，继电保护的发展应该抓住机遇迎接挑战。

2 继电保护面临的挑战和机遇

2.1 继电保护面临的挑战

2.1.1 智能电网的重要特征之一是远距离，超/特高压输电，且交直流混合形成的互联大电网，这种大电网对继电保护的工作环境将会产生很大的影响：

第一，谐波分量大且非周期分量衰减缓慢，暂态过程明显这是特高压电网故障时的主要特点，这必然会对继电保护装置的可靠性和快速性产生一定的影响。加之在暂态状态下的电流互感器、电压互感器的传变特性会变差，这样很容易在系统故障状态转换的情况下，造成保护装置误动。

第二，保护装置的电流差动保护和按集中参数模型构成的保护，很容易受到超/特高压长线路分布电容的影响。

第三，继电保护会受到同塔双回或多回线路的跨线故障影响，也会受到互感和线路参数不平衡的影响。

第四，利用谐波含量对变压器保护内部故障，和励磁涌流故障的区分难度增大。

第五，这种智能化的大电网，要求继电保护设备，在可靠性、安全性和电磁兼容能力方面的性能要更高。

2.1.2 故障电流会受到电力电子设备的影响。在智能化电网的建设过程中，在一次系统中使用了大量的电力电子设备，这样对电网中的短路电流的特性和分布会产生很大的影响。主要表现在以下两个方面：

第一，FACTS元件的具体安装位置以及它在投入运行过程中发生的一些参数的调整和变化，会直接影响到电网短路电流的特性和具体的分布位置。

第二，如何对直流输电系统的控制和保护仍然是一个很突出的问题，电网智能化后交、直流系统的运行故障会相互影响。

2.1.3 继电保护装置和电网的控制策略配合要协调。智能电网需要运用大量的FACTS元件和一些其他的供电设备相互并网运行，这就要求继电保护装置能够与这些设备元件的控制策略相协调，并能够及时、可靠地做出相应的保护动作来保证电网的可靠稳定运行。

2.1.4 定值配合式保护在网络拓扑和运行方式多变的智能电网环境下面临挑战。目前我们使用的保护主要是以光纤差动为主，并且这种技术已经趋于成熟，但后备保护在电网运行方式和网络拓扑的影响下很难保证其可靠性和选择性。于是人们为了保证后备保护动作的可靠性，只能按照故障最严重的情况对后备保护进行配置和特殊的整定。为了保证智能电网后备保护的选择性，只能以牺牲后备保护的快速性和灵敏性为代价。传统的后备保护实现后备保护功能的方式是利用本地信息的相互配合，它很难去适应网络拓扑和运行方式多变的智能网络，起到保护供电可靠性的作用，这主要是由于它本身的局限性所致。其局限性主要表现在以下三个方面：

第一，由于传统继电保护的整定配合往往比较复杂，这使得保护装置的动作时间很长，智能电网发生故障时，保护有可能不能及时切除故障满足电网的运行要求，以致对电网的安全运行造成威胁。

第二，传统的继电保护装置受整个电网系统运行方式的影响很大，在智能电网的环境下，很难适应智能电网运行方式的快速变化，在保护的选择性和灵敏性上很难同时满足要求。

第三，由于传统的继电保护装置保护装置对系统内故障和故障切除后引起的潮流转移、过负荷不能明确地区分清楚，极易造成连锁跳闸，会产生保护误动作。

2.2 智能电网的建设给继电保护带来的新机遇

智能电网的发展在一定程度上也促进了新型继电保护装置的发展，其中在智能电网发展过程中研究所得的一些成果，也可以很好地应用到继电保护装置系统中来，比如：在电网信息采集方面，我国构建的实时动态监测系统，其中的相量测量单位和广域测量系统在我国所有的500kV变电站和绝大部分的220kV变电站都已经安装完成。相量测量单元和广域测量系统的特点是能够实现广域电网的在线同步测量监控，并且可把数据更新的速度缩短至几十毫秒的时间，这项研究成果可以很好地应用在基于同步信息的继电保护系统的功能实现上，这样可以在一定程度上对新型继电保护装置的发展起到很好的促进作用。

在电网的信息通信方面，光纤在我国500kV的覆盖率已达到全部覆盖，220kV为99.2%，110kV为93%，在我国已经形成了以光纤分层分级为主要特征的自愈环网电力通信网络。并且变电站内的一次设备的数字化和二次装置的网络化，都是基于IEC61850的统一标准建设的。这就使得全站的通信平台都得到了统一的标准，对实现全站信息的共享和互联互通做好了基础保障，同时也可以满足保护装置的高速、实时、可靠的信息通信要求。这在很大程度上也促进了继电保护装置的发展。

3 继电保护未来应重点研究的内容

在智能电网飞速发展的今天，为了保证电网的安全可靠运行，继电保护应该适应电网的变革，对单元保护和广域保护两个方面进行重点研究。

3.1 单元保护研究的内容

在单元保护研究方面，应该重点研究的对象包括发电机保护、变压器保护、交流线路保护、直流线路保护等。在这些方面研究的重点应该放在如何改良对传统元件的保护和一些新原理、新算法的研究上。

3.2 广域保护研究的内容

近年来，继电保护方面研究的热点之一便是广域保护，它主要是以高速实时的信息通信为基础，在保护系统中加入多点多类型的信息数据，通过对继电保护配置方式的革新，使继电保护的动作性能得到显著提高。

传统继电保护信息的来源主要来自被保护设备，它利用信息的主要方式有单端量和双端量两种。由于受到软硬件技术水平的限制，信息量获取少，继电保护故障角度单一的缺点也逐渐暴露出来。随着智能电网时代的到来，它对继电保护的信息获取方式提出了多信息化获取的更高要求，因此，为适应智能电网的发展的新形势，继电保护发展的重点应为广域保护。

4 结语

通过以上分析我们可以看出，我国电力系统的发、输、配、用各个环节均将受到智能电网建设的影响。智能电网的建设使继电保护的运行环境发生了变化，对保护系统提出了更高的要求，同时通过智能电网先进信息平台的搭建，也给继电保护集成广域信息提供了发展的机遇。希望通过本文的相关论述能对相关工作者有所助益。

参考文献

[1] 毕天妹，刘素梅.智能电网含义及共性技术探讨[J].华北电力大学学报（自然科学版），2011，（38）.

[2] 李乃湖，倪以信，孙舒捷.智能电网及其关键技术综述[J].南方电网技术，2010，（4）.

（责任编辑：蒋建华）