人工智能背景下的电力系统继电保护技术分析

2022-11-25陈征宇

科学与信息化 2022年7期

关键词：变压器继电保护电网

陈征宇

舟山华电风力发电有限公司浙江杭州 310000

1 智能电网及继电保护技术的特点

1.1 智能电网

智能电网就是对电网进行智能化改造，基于集成化、高速双向通信网络，配备了先进的传感技术、测量技术、控制方式与决策支持系统，使电网能够始终处于安全、高效、经济化状态下运行。

与普通电网相比，智能电网具有自愈性、激励性功能，可以确实满足大众日渐提升的用电要求，允许不同发电形式设备接入，对启动并加快电力市场发展进程具有重要意义。

在智能电网实际运行过程中，可以使每个用电用户的用电行为均能够得到实时监管、每个电力设备节点信息双向流动、电力市场交易与电网成员无缝衔接。具体而言，智能电网的特征主要体现在以下几方面：

安全性[1]。智能电网自身具备较强的自愈与自适应能力，可以从根本上控制大规模停电事故出现，切实保障电力系统实际运行过程中的设备安全；

兼容性。智能电网可以保障传统集中性大电源设备接入，也可以接入太阳能、风能等新型分布式能源系统，实际兼容性更高；

灵活性。智能电网可以实现供电企业与用户之间的实时互动，使电力资源得到优化配置，电网运行期间的经济效益更为显著；

通过分析智能电网的运行特征发现，智能电网大部分功能的实现需要建立在信息处理与通信支撑方面。

我国于20世纪末开始展开智能电网的建设工作，借助西电东输项目，将煤电、水电、核电等资源进行跨越式运输，使各地区均获得了充足的电力支持。在当前智能电网建设环节，主要以建设坚强智能电网为主，以高压电网为脉络，将发电装置、输电装置与变电装置结合在一起，具有更加鲜明的数字化、信息化与自动化优势。

1.2 继电保护技术的特点

依照配电网实际操作要求，在配电网管理过程中，需要加强内外循环管理力度，分析影响电网正常运行水平的各类因素，切实增强电力资源实际传输效果。在电力系统实际运行过程中，经常会遇到诸多因素影响，因此需要制定出专项管控机制，控制安全故障问题发生概率。工作人员需要通过考核后持证上岗，确保继电装置保护实施方案能够高质高效运行。

在电力系统运行故障问题发生后，继电保护装置能够快速判断出故障发生位置，采用切断隔离措施，保护电路中其他设备及元件不会受到不利影响。在继电保护装置实际运行期间，主要通过测定瞬时电流大小判断电力系统具体运行情况，也被称之为电流速断保护。

继电保护装置应当保障自身的高度灵活性，确保在设备发生故障后，能够及时采取有效的保护措施，制定正确反应动作，为后续故障方案的制定提供重要理论依据。

2 智能电网背景下继电保护技术分析

2.1 保护重构技术

在智能电网背景下，保护重构技术主要就是基于循环方式的继电保护信道重构。在电力系统实际运行期间，电力设备继续受到外界环境因素影响，导致继电保护系统出现退出或误动作，引发安全稳定装置连锁动作，导致大面积停电问题发生。为确保智能电网下的继电保护装置能够充分发挥出应有作用，还需要建立起可靠的通道，快速切断故障部位。复制所有通信链路，实现通信链路配置的双重化目标。配合使用迂回通讯通道，可为故障问题的解决提供一条临时信息传输路径，作为自然条件下的智能电网临时主保护装置，保障智能电网系统安全高效运行。

2.2 智能传感技术

在电力系统继电保护技术应用过程中，配合使用智能传感技术可以从根本上提升信息的采集与利用水平。借助变压器保护手段，以传感技术为基础，在一侧与二侧电网处均配备智能传感器。由于变压器功能不同，需要选择适宜的传感器种类，如振动传感器、温度传感器、液面传感器以及流量传感器等。在一次侧与二次侧位置安装振动传感器，可以检测设备运行期间的位移量；温度传感器和检测设备运行期间的温度；液面传感器能够检测油面位置。

现阶段智能电网也出现了光电流互感装置与光电压互感装置。通过将两互感装置应用在电力系统中，可以切实保障电力设备电信号转化水平，便于后期对设备运行情况进行计算保护与测量，并将信号更为精准地传送到网络主控室。主控室借助网络系统，对被保护电力设备进行操作控制，借助一体化装置执行断路器的操作。

随着人工智能技术在电力系统继电保护装置中的应用普及度更高，还可以借助智能传感技术采集输电线路、发电装置、变压器信息，对继电保护装置及活动的运行状态进行全面评估，精准确定故障出现部位，并制定出专项可行的继电保护装置调试与检查方案。

2.3 广域保护技术

广域保护系统主要包括仅涉及故障或扰动后的系统保护、保护功能拓展后的故障切除常规保护。通过使用广域测量技术测量电力系统运行期间的信息数据，与常规保护手段结合在一起，对故障发生部位进行快速切除，并且切除后的部位进行在线安全分析，采用合理方式防止大规模或系统重建问题出现。

不同区域广域保护系统的要求不同，各阶段掌握的技术种类存在较大差异。现阶段广域保护技术可分为SCAD/EMS系统、带系统保护终端平面结构、多层结构。

广域测量技术是现阶段的智能电网下电力系统继电保护装置电路分析重要手段，在电力系统处于非稳定状态如功率摇摆状态的情况下，设备运行期间的电压及电流值变化较为缓慢，可以将磁变化作为设备稳定状态，评估设备运行行为。借助广域同步向量测量技术，可以增强继电保护装置在线不稳定预测、故障录波、扰动录波、输电及发电系统计算模型检验等功能，为从根本上提升系统综合管控水平，充分发挥出继电保护装置应用功能奠定了坚实基础。

2.4 基于自动化技术二次设备状态检修

微机保护和微机自动装置能够实现自身状态监控，从根本上提升继电保护设备的状态监管水平。保护软件装置内部主要包括存储器、电源、CPU等构件。借助自动化系统，可以将各站的二次设备诊断信息上传至控制主站。主站通过分析此些信息，发现存在于系统运行期间的各类问题，并就此些问题发生位置与发生原因制定相应解决对策，投入或退出等保护。

借助二次设备，将信息上传至监控系统，由监控系统对这些信息进行集中处理，提取设备状态故障信息。配合使用故障诊断平台，判断设备实际运行状态。在设备智能化管控过程中，故障诊断系统是主要工具，可以从根本上提升设备状态检测水平。在故障诊断系统实际运行过程中，需要着重关注信息状态的检测工作，配合使用专家数据库内大量理论知识，评估二次设备运行状态，结合故障诊断平台专业人员对自检信息进行分析，分析电力设备故障发生位置、故障发生原因以及故障影响范围，制定出专项可行的设备维护技术方案。

2.5 新能源并网

在智能电网建设与发展过程中，还需要着重关注可再生新能源的使用工作，如风能、水能、光伏能源等。由于新能源种类较多，获取难度较小，可再生性强，能够有效解决地区发展与资源紧缺矛盾问题。但就目前来看，新能源的来源并不稳定，相应的开发技术尚未成熟，仍需要对现有继电保护装置进行不断优化，增强新能源场站在电力系统中的稳定性与可靠性。

2.6 电力电子元件的应用

智能电网下的电力系统继电保护装置还应当着重使用电力电子元件，如功率整流二极管、可管断晶闸管、功率静电感应晶体管等。在设计继电保护装置过程中，为避免电力电子元件开关频率较大，产生的谐波对电网运行状态造成不利影响，还需要设计出柔性交流输电系统，完善电网监控系统内部功能。

2.7 变压器继电保护

在电力系统实际运行期间，变压器可直接影响到系统运行质量及效率，需要将人工智能技术应用在变压器保护工作中。

首先，对变压器瓦斯进行保护。电力系统内部变压器油箱设施经常会因故障问题产生有毒或易燃气体，严重影响到电力系统运行期间的安全性。可使用人工智能设施能够自动监测变压器油箱内瓦斯含量。如果瓦斯含量超过安全限值，可自动进行断电操作并发出预警，以有效控制故障问题发生概率，避免在变压器运行过程中出现较大安全事故问题；

其次，对于变压器短路情况进行保护。配合使用人工智能技术，能够借助抗阻电磁保护装置管控电力系统变压器短路情况，使变压器发生短路时也能够自动运转。

最后，借助人工智能技术做好暂态稳定计算工作。在电力系统运行工作开展期间，人工智能技术还可应用在变压器状态稳定计算过程中，通过对变压器电源线进行跟踪及布置，为继电保护装置安全可靠运行提供必要数据支持。通常情况下，暂态稳定计算工作需要对电路进行假设，判断电路故障问题发生原因，针对此原因制定专项可行解决方案。如果在实际分析期间并没有出现各因素排斥问题，则假设结果正确。如出现排斥情况，则需要进行重新假设，并以此类推找寻到真正引发故障问题的原因；配合使用计算机及人工智能计算方式，借助稳定分析结果增强电力系统保护水平。相较于传统变压器运维管控模式而言，将人工智能技术与站台稳定计算工作结合在一起，可以切实提升系统运维管控水平，有效控制变压器故障问题发生概率。

3 人工智能背景下继电保护技术的发展

在电力系统实际运行过程中，经常会出现各类不良因素影响系统运行期间的稳定性，因此在智能电网建设与运营过程中，需要配合使用更加先进的继电保护技术与配电自动化手段，对系统可能出现的安全漏洞问题进行细致分析，精准划分故障区域，传达故障通知信号，快速解决故障问题。

借助继电保护与智能传感器装置，快速锁定出现故障问题的电力设备位置，分割故障区域，控制设备故障问题对周边电力系统运行效果造成影响。就目前来看，继电保护与配电自动化系统虽然在实际功能上存在较大差异，但均已保护电力系统，高效平稳运行为目标。

为从根本上提升继电保护装置的智能化及网络化水平，需要确保保护装置具备功能完善、运行性能高等优势，能够在电力系统中起到一个智能终端的作用。保护装置可以在网络上获取与电力系统及系统故障维护相关的信息资料，并将这些信息资料传输到网络控制中心。因此微机保护装置可具备继电保护功能，还可以在系统正常运行的情况下做好测量、控制、通信等工作[2]。

在人工智能背景下继电保护装置不仅应当做好切除故障元件、降低事故发生概率的工作，还是要采用合理方式为系统运行提供一个安全稳定的环境。要求各保护单元的共享系统运行及故障信息数据均能够得到高效应用，加强微机保护装置的网格化水平[3]。因人工智能系统的学习功能强大，在电力设备故障频繁发生的情况下，保护装置后期的检验精准度就会越高，使继电保护效果能够得到根本上提升。