继电保护在现代电网中的应用

谭元华

（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120）

0 前言

随着经济发展，电能需求日益增加，对供电可靠性和经济性的要求也更加突出，继电保护作为电网安全重要防线受到了高度重视。国家提出了智能、坚强、大电网的现代电网建设构想，给电网发展指明了方向，这主要依赖于特、超高压技术突破以及网络通信技术的应用，但在系统规模增大、新能源接入以及智能配网建设的同时带来了继保技术方面的问题，使传统保护的缺陷逐渐显露。同时，还要认识到现代电网发展，特别是信息系统的构建，为实现保护的智能化打好基础。继电保护是现代电网建设的关键，直接影响系统稳定及安全，但存在滞后于现代电网建设速度的问题，严重制约电网发展。所以，相关企业要做好继保技术创新，加大继保装置研发和维护投入，积极构建更加科学可靠的保护系统，这样继保装置能够以更优异、更稳定的性能为电网提供更安全的保证，促进电力事业发展。

1 现代电网继电保护所面临问题

现代电网的建设发展不仅是国家能源战略的政策要求，而且是社会对电能需求持续增长的必然结果。如今，国家高度重视智能电网、超特高压建设以及新能源接入等，并且取得了较快发展，但现代电网的发展也为传统继电保护带来了新的挑战。

1.1 大电网问题

超/特高压的建设是由我国客观因素决定的，主要与资源分布不均有关，特别是能源集中地区与负荷高消耗地区相隔数百甚至上千公里。大电网概念是解决能源资源配置问题的关键。如今远距离超/特高压网架结构初见规模，电网结构的整体性和复杂性日益显现，电网安全成为关注的重点。电网规模增大的同时故障的概率也随之升高，同时区域电网互联互通成为常态，这无疑为大范围停电事故提供了可能性，从国外几起严重停电事故中可见端倪，电网稳定策略的实现对继保要求更高。此外，随着高压直流输电技术成熟，电能传输效率更高，走线占地更小，具有显著综合效益，然而交直流转换也带来了控制和保护上的难题[1]。

1.2 新能源大规模接入问题

近几年，新能源的发展突飞猛进，虽然缓解了能源危机，但是也对电网安全构成威胁，需要优化继保装置配置。首先，新能源的接入会改变原有电网的潮流分布，使电网更加难以控制，如果不及时调整保护方向性和整定值，易导致保护的拒动或误动；其次，电力电子设备的应用给电网带来了大量的谐波成分，不仅降低了电能质量，而且可错误触发继保装置，损害社会和经济效益；最后，还会带来互补能源缺失的问题，随着新能源装机容量激增而传统火电、水电等规模增长有限，新能源在电能输出上有很大波动，具有不确定性，当新能源产能降低时，需要常规能源及时填补缺位，如果新能源缺口过大，而互补能源又不能满足需求，则会影响电网的整体稳定性。

1.3 配电网发展相对滞后

在现代电网中，智能配网也是电网建设的重点内容，由于传统配电网在自动化应用上的不足，采用的是单向供电模式，不存在用户同电网的信息交互，电能供应缺乏可预见性和计划性，同时配网故障缺乏自动恢复功能，增加了电能损失并使供电可靠性降低。网络信息和自动化技术发展为智能配网建设打下基础，要对传统配网进行配置优化，建立互动渠道，使电网能够获取用户用电信息并为用户提供更好的用电体验[2]。在智能配网中，继保装置是实现配网智能控制的关键，应加大先进继保技术引进使之适应复杂配网以及新能源接入所带来的问题，还要打通用户反供电网的限制，并适时调整继保装置以确保电能交互安全。

1.4 网络拓扑及运行方式多变

在传统电网中，定值配合的后备保护模式是继电保护配置的重要方式，而现代电网发展至今，网络拓扑结构及系统运行方式存在较大不确定性，对后备保护功能实现造成很大干扰[3]。在这苛刻的保护环境中，通常很难兼顾到保护的“四性”，有时为了确保整定值能够可靠动作，需要忽略灵敏性和快速性要求。由于后备保护运行的基础是保护装置自身收集到的故障信息，相邻保护间不存在信息联络，仅仅依靠保护时间的配合，这种方式很难适应现代电网多变的拓扑结构及系统方式，当发生大规模停电时，传统后备保护不仅起不到限制故障区间作用，甚至充当了连锁停电反应的帮凶。传统保护模式的不足主要有3 个方面。1）由于要考虑时间配合关系，往往延长了故障切除时间，对电力系统稳定及安全构成威胁。2）不具备自适应性特点，当运行方式变化时，传统保护的实际表现不够快速和灵敏。3）由于传统保护不能及时获取系统状态，有时即使故障已隔离，由故障引发的潮流过负荷也可能导致保护误动作。同时，随着光线通道建设趋于完备，差动保护成为较高电压等级线路保护主要方式。

2 现代电网中继电保护应用策略

面对复杂多变的现代电网，继电保护系统应主动适应电网变化，不断研发新型继电保护原理和技术，加大对广域保护、系统重构技术的应用，实现继电保护的多元化发展。同时，继电保护装置的维护管理也是保证继保系统运行稳定的关键。

2.1 广域保护的应用

传统继电保护方式多采取的是设备位置的信息，对被保护设备而言存在单端和双端保护两类，这主要与软、硬件技术不足有关，虽可基本满足传统电网需要，但如今网架结构和系统构成更加复杂，在有限的电量信息条件下，传统继电保护很难全面的反应故障象征，存在局限性。随着智能坚强现代化电网的建设，特别是信息化平台的搭建，为广域保护发展提供有利条件[4]。广域保护可获取更加全面的故障相关信息，并在计算机技术支持下实现故障的综合分析，从而使保护具有自适应性特点，自动修改保护动作策略。在多方面获取故障信息的前提下，继电保护不再需要在方式调整时进行定制调整，保护更加精准和快速。由于电网规模庞大，广域保护往往是先将电网进行分区，然后在不同区域内实现保护功能。广域保护不仅是判断故障和保护电网安全，而且具有控制功能，控制故障范围，修复故障区间，实现供电网络的自我保护。这是继电保护的发展方向，可有效提升现代电网的安全保证能力。

2.2 系统重构技术的应用

由于现代电网越来越智能化，在新设备、新技术的支持下现代化电网中深化应用系统重构技术，借助该技术可实现电力系统的重新构制，优化原有结构及性能，但是要注意系统重构技术应用的合理性，使其符合现代电网对继电保护提出了更高标准要求。在现代电网中，特别是智能配网中系统重构可有效解决供电可靠、降低线损以及平衡负荷等具体指标。继电保护装置是系统重构的重要一环，需要借助继保装置提供的故障信息，自行调整故障或异常电网的运行方式，从而实现电网的自动修复，这是现代智能电网的典型应用，而传统电网由于技术、设备上的不足，很难实现系统重构，在供电安全和稳定上有很大不足。因此，继电保护技术发展，特别是自适应保护的应用对系统重构的实现起到重要支撑作用。

2.3 继电保护多元化发展

现代智能电网的发展对继保工作提出了功能多样化和保护智能化的新要求，这也是电网发展趋势，需要在继保技术创新上做出努力，不断推进继保多元化发展，从而为电网运行的质量和效益提升保驾护航。首先，随着数字技术在现代电网中的应用增多，也为继保技术发展提供了新的契机，特别是继保装置关键器件数字化传感器的研发升级，使数据传输效率和精度有较大提升，避免了传感器频繁发生异常的情况，传感器工作更加稳定。其次，在继保装置中，大数据同网络技术的结合，使继保装置能够接收到更多的电网运行或者故障相关信息，经相应算法使继保装置能加智能，故障处理更加精确和高效，在维护电网稳定上可发挥更大作用。最后，还要注重发电机、变压器等电网单元的保护，对原有保护进行优化。对发电机来说，不仅要提高电机主保护的设计、整定以及校验的精确性，而且在后备保护和失磁失步保护的配合方面也应加强研究，此外定转子的接地保护也是重点内容。对变压器来说，如何准确的区分故障电流和励磁涌流是保护正确动作的关键，应积极研发变压器内部故障保护新原理，降低励磁涌流所带来影响。

2.4 加强继保装置维护管理

不论是在高压输电还是供配电系统建设中，继保装置对电网安全及相关功能实现是至关重要的，继保装置配置数量急剧增多，装置结构更加复杂，对运行维护工作有了更高要求。首先，传感器对于继保以及电网远程监测功能的实现十分关键，要确保传感器正常工作，才能使继保装置可靠动作，监控人员方可通过所传信号及时发现电网及保护装置异常并将异常信息告知运维人员处理；当继电保护装置内部出现故障时，应及时封锁保护动作出口，以防保护误动情况发生，避免造成停电事故，甚至更大损失。其次，要关注雨、雪、雷以及大风等天气条件对继保装置的不利影响，加强巡视避免出现接线松动、振动异常等状况，保证继保装置运行正常；最后还要加强继保装置的状态监测，综合分析异常原因，做好问题处置方案，提高继保问题处理效率。

3 结语

综上所述，现代电网的发展离不开继电保护技术的进步，只有顺应智能坚强大电网的发展趋势，继电保护才能更好地发挥电网防护功能。现代电网所面临的大电网建设、配网建设滞后性、新能源接入以及电力系统多变的拓扑结构和运行方式等问题也给继保装置带来了新的问题和挑战。因此，要注重继电保护技术的研发和应用，大力发展广域保护、系统重构等技术，推动继保功能多样化发展，并做好继保装置的维护工作，从而提高电网运行稳定和安全。