智能电网背景下的继电保护新技术

宋庆涛

（国网江苏省电力有限公司 沛县供电分公司，江苏 沛县 221600）

0 引 言

电力系统发生故障时，继电保护技术能够迅速定位故障点和报警，使技术人员能够及时解决故障问题。智能电网作为自动化电力网络对继电保护技术有着较高的要求，推动了继电保护技术在智能电网背景下的不断进步和发展。

1 有关智能电网的相关使用介绍

1.1 智能电网的主要特点

迄今为止，智能电网在我国的普及程度仍不够高，处于全面推行的初级阶段。仍处于初级阶段的标志就是尚未形成一个统一的发展策略，相关的从业研究人员正在凭借自身的理论储备和实践经验对全面的发展策略进行探索，同时也在寻求这一技术的新突破。就我国智能电网发展的现状来说，主要的特征有以下几点。

首先，智能电网的安全性较高，能够较好地抵御来自外界的干扰。铺设智能电网时安装的传感设备能够使研究人员持续地观察电网的外部情况，一旦侦测到外部干扰，智能电网会立即主动报警，将干扰造成的影响降到最低[1]。其次，智能电网能保证在线状态的持续性，它对于安全状态的评测和分析是实时的。当智能电网发生故障的时候，它还能够检测自身并排查故障的发生原因。在发现故障原因后，它可以自我修复到正常工作状态。最后，智能电网的兼容性很强，电源接入既可以采用分布式电源，也可以采用微电网，使用户和用户之间的互动效率提升，从而满足用户的使用需求。此外，在资源分配方面智能电网也能够利用合理的资源分配提高资源利用率，降低成本，提升收益。

1.2 继电保护与智能电网的关系

和传统的电网结构相比，智能电网的性能更好，成本更低。这主要是因为二者的发电和供电形式不同，继电保护的装置也不同。在智能电网正逐步扩大应用范围的背景下，继电保护装置的技术水平也需要得到提升，需要引入更多的网络信息技术，从而推动整个电力领域的发展。此外，传感器对于继电保护来说十分重要，它可以实时监测设备的运转情况，迅速对需要处理的问题做出响应。而且，除了针对外界干扰的应对措施之外，也有针对内部故障的应急处理装置，在大规模停电的时候，电网仍能保持正常运转。

1.3 继电保护技术的发展要求

智能电网的出现和推广促使着继电保护技术必须继续创新，为我国的电网工作提供更高的安全性保障。我国的建设事业要求杜绝大范围断电的现象，这需要智能电网具备较强的自我修复能力。因此，智能电网自动诊断故障源头和自动修复故障来源的能力便显得尤为重要。

2 影响继电保护装置安全运行的因素

2.1 软件因素

继电器的正常运行需要软件和硬件通力配合。在软件开发的过程中，设计团队需要将软件的安全性放在首位，坚决杜绝软件中的安全性漏洞，决不能为投入使用后的生产埋下隐患。但就现状来说，现有的继电器软件设备仍然需要优化，对生产需求的内容不明确、对代码的编写不认真以及对产品的测试不严谨等问题都是许多继电器软件中广泛存在的[2]。这些问题严重威胁了继电器的使用安全，将危害投射到了整个电力系统之中，降低了整个系统的安全性。

2.2 硬件因素

硬件是继电器无法替代的重要组成部分。就目前智能电网环境下使用的继电器来说，二次回路和辅助装置通道接口等硬件都非常重要。但部分电气企业缺乏对这些硬件装置的重视，既不做备份，也缺乏定期的检查，有些企业甚至缺少其中的几种硬件，这些现象会导致在发生问题的时候继电器无法正常工作，导致系统崩溃甚至是丢失大量数据。而且，由于继电器所需硬件的生产厂家没有严格遵守生产标准，导致生产出来的硬件无法起到应该起到的作用，出现频繁的硬件损坏现象，严重影响继电器的正常运行。

2.3 人为因素

除了软件和硬件这两方面因素之外，人为因素也是影响继电器安全运行的重要因素。软件因素可以通过不断地测试和修复来控制，硬件因素可以通过检修排除，但人为的操作失误几乎是无法杜绝的[3]。虽然在智能电网中已经不再需要太多的工作人员介入，但如果软件的开发人员缺乏安全意识，开发的软件存在漏洞，或安装硬件的工作人员疏忽大意接错设备，都会导致出现安全隐患。总之，人为失误会直接威胁到智能电网中继电保护功能的安全。

3 智能电网背景下的继电保护新技术

智能电网的环境为继电保护领域中多种新技术的出现提供了基础，这些催生而出的新技术主要包括以下几种。

3.1 智能感应技术

智能感应技术最突出的特点便是采集信息便捷可靠，承载智能感应技术的智能感应器是其技术的硬件体现。智能感应器可以用于保护电力系统中的变压器，其被安装到变压器本身及其一、二次侧，安装者可以根据不同位置的不同功能需求选择不同的感应器，如振动温度感应器、液面感应器以及流量感应器等，这些感应器的原理不同，能够根据不同的感应需求做出针对化感应[4]。其中，在一、二次侧上配置的感应器是振动感应器，它能够检测设备的位移状态。在本体上配置的感应器种类较多，振动感应器可以感应设备的位移，温度感应器可以感应设备的温度，液面感应器可以感应油面的位置，流量感应器可以感应液体和气体的流量。但感应器会受到外界因素的干扰，如一、二次侧的感应器会受到雨雪天气影响而出现感应误差，本体位置的感应器也会因为地震等严重的灾害而出现感应误差。因此，智能感应技术虽然能够为继电器提供更敏捷的侦测能力，但需要配合智能电网中的设备信息收集和继电器监控等维护功能，从而降低外界环境对智能感应技术的限制。应用智能感应技术的电力监测系统分类如表1所示。

表1 高级电力监测系统

3.2 超高压交直流混输技术

超高压交直流混输技术的应用需要以继电保护技术为前提和基础，其提升的供电能力会抬高继电保护技术的标准。由于超高压交直流混输技术的电压很高，所以一旦出现了故障，电网的暂态特征会变得十分突出，电网非周期分量衰减会导致谐波分量的提升，从而增加继电保护装置的压力，使得继电保护装置必须继续提升自身的性能才能够满足超高压环境下的性能标准。在智能电网出现之后，继电保护感应器的性能得以提升，对于超高压交直流混输技术中的谐波和滤波分量能够进行有效地处理。而且，超高压的环境会使电网的暂态性质更加复杂，采用将谐波作为主要依据的方法将会更加困难，超高压线路中可能会出现的串联补偿等问题也促使着继电保护装置的性能提升。在输电线路中，保护暂态量的方案如图1所示。

图1 输电线路暂态量保护的方案框图

采用智能电网背景下的加强交直流线路保护方法，使用启动元件、方向元件、边界元件、雷电干扰识别元件、合闸于故障判别元件以及选相元件等保护元件才能适应当下的环境，在智能电网背景下实现继电保护技术的最佳效果。在智能电网背景下，为了满足超高压交直流混输技术所提出的性能要求，继电保护技术也应充分结合智能电网的优势，充分满足电力系统对它的要求。

3.3 电力电子元件的应用

智能电网的推广为许多新兴电力电子元件的应用提供了环境保障，功率经典感应晶体管和功率整流二极管等元件的大范围推广在很大程度上受到了智能电网的影响。由于电力电子元件对于开关的次数需求很大，大量的谐波会在电路中出现，从而阻碍电网的正常运作，这一阻碍作用在直流电路中体现得尤为明显。所以在设计和应用电力电子元件时，如何处理频繁开关带来的谐波也是一个需要重点关注的问题。此外，在柔性交流输电系统的作用下，行波信号会变得十分不稳定，继电保护装置作为电力系统的保障系统，其使用的电力电子元件也应具有提高总体电能质量的作用。通过采用更高质量和更适合当前电力环境的元件，继电保护技术中的电网监视系统也能够变得更加稳定，从而为整个电力系统提供更高的稳定性，使得智能电网背景下的电力系统质量获得更大程度的提升。

3.4 新能源并网

智能电网的重要特征之一便是其可以接入可再生的环保能源（风能、水能以及太阳能等）。当前的能源危机主要来源于对石油、煤矿即金属矿等不可再生能源的过度开采，所以智能电网可以使用可再生能源的特性不只为电力系统提供了更多成本节约的可能性，而且为全球的环保事业做出了贡献。但是，由于新兴的可再生环保能源都具有来源不够稳定和采集技术不够成熟的特点，如果过高占比地利用新能源，可能会导致出现能源储备不足和电能质量波动的负面现象。例如，风能是将自然风力转化为动能，再利用动能发电，但如果风能的接入点、接入方式或设备运作状态出现了波动，都会直接影响到线路中的电流运行。所以，对继电保护技术来说，智能电网新能源的接入为继电保护技术提出了新的挑战，继电保护装置的设计要充分考虑新能源的特殊属性，将一切不可控的因素都纳入设计需求之中，从而在设计层面上应对新能源并网时可能会出现的问题，在应用层面上予以优化或全面的解决。

4 智能电网背景下的继电保护新技术的发展趋势

4.1 数字化程度逐渐加深

数字化和网络化是当今各大行业发展的主要趋势，智能电网作为通信技术和信息技术与电力行业结合的产物，自然附带着信息技术的长处，但归根结底，智能电网不是完全的数字化。在智能电网背景下的继电保护技术需要顺应时代的风向，继续与信息技术进行深度融合，向着完全数字化的运作模式转变。就现状而言，与数字化技术结合度更高的新式电子互感器已经开始逐渐取代过去的交流互感器，使得继电保护装置的整体工作效率实现了较大的提升，推动了整个电力系统的技术革新。在智能电网模式下，设备的保护行为是自动的，设备会将自身与检测目标的信息统一传输到云端，使得对于信息的收集工作变得更加便捷。此外，信息技术与电力系统的深入结合能够改革信息传输的方式，提升了信息传输的效率，保证了信息本身的准确程度，使得整个电网系统的统筹工作更具科学性，提升了整体的生产效率和质量。

4.2 输电灵活性不断提升

智能电网背景引入了许多其他领域的高精尖技术和承载着技术的设备，其中较为典型的便是电能质量监控设备，这一设备能够做到对电能质量的实时监控，将输电能力可视化，许多提升输电质量的装置可以适当接入，从而通过电能质量监控设备监测新装置对输电能力的影响[5]。同时，输电可控元件正在被广泛的推广中，电网暂态过程的各种特点会更加明显，从而促进解决这些问题的技术出现，使得继电保护新技术实现升级和进步。

5 结 论

智能电网自身的先进技术推动着继电保护技术继续进步，软件、硬件以及人为等因素都不能成为继电保护技术向前发展的阻碍。智能感应技术和新兴电力电子元件等的应用为继电保护技术提供了新的发展。继电保护新技术应保证与数字化技术的紧密联系，巩固在感应技术、电力电子元件以及新能源并网等方面的成果，不断突破技术壁垒，从而推动电力事业的发展。