智能化电力系统继电保护技术的应用探析

罗永峰?曾昕?唐军?陈粤新

摘要：“电网2.0”时代，电力系统朝着智能化的方向发展，其主要是以集成、高速双向通信网络为基础，在各类先进的技术设备支持下，达到安全、高效的应用目标。继电保护技术不仅能保障智能化电力设备的安全、稳定，还能借助于科学手段预防电网大面积停电。就继电保护技术展开探讨，旨在全面提升继电保护装置的可靠性，助力智能化电力系统高效运行。

关键词：智能化电力系统；继电保护技术；运行

一、前言

继电保护技术主要是指通过对电气设备的有效配置与管理，以此保障电网的可靠运行。在该项技术的应用过程中，工作人员不仅需要了解其运行原理和操作规范，还需结合继电保护装置的特点，遵循灵活性等原则，最大化发挥其应用价值。通过继电保护技术的应用，全面、动态化地反映电网的运行状况，进而综合各项数据，加以分析和处理，及时发现并解决其中存在的问题，避免出现大规模停电的现象。

二、智能化电力系统概述

智能电网的本质就是电网智能化，以传统的物理电网为基础，综合运用各类先进技术保障整个电网的稳定运行，获得更多的经济和社会效益。智能电力系统是指基于先进的信息技术和通信技术，将传统电力系统与数字化、自动化、智能化技术相结合的一种新型电力系统。它集成了智能感知、智能控制、智能优化和智能决策等功能，旨在提高智能化电力系统的可靠性、安全性、经济性和可持续性，有效满足现代用户的用电需求。

智能化电力系统具有以下特点：

1.智能感知：通过各种传感器、智能检测设备等实时监测电力系统的运行状态、电能质量、负荷需求等，精确采集和感知电力信息。

2.智能控制：借助智能化的数据分析、通信和控制技术，对电力系统进行实时监控、分析和优化，以精确控制电力设备、负荷、能源。

3.智能优化：通过数据分析和智能算法，对电力系统运行数据进行实时分析和优化，以提高智能化电力系统的效率。

4.智能决策：基于大数据分析和人工智能技术，通过智能化的决策支持系统，为智能化电力系统运行和管理提供科学的决策支持。

5.互联互通：智能电力系统通过互联网、物联网和通信技术，实现电力设备、用电用户和能源供应之间的全面互联互通，形成一体化的智能电力系统。

三、继电保护技术在智能化电力系统中的应用优势

（一）快速准确地检测

故障继电保护技术能够实时监测电力系统中的电流、电压、频率等参数，并能迅速准确地检测系统中的故障，如短路、地线故障等。这有助于及时采取故障隔离和恢复措施，维护智能化电力系统的稳定运行。

（二）增强系统可靠性

继电保护技术能够对智能化电力系统中的故障进行及时地切除和隔离。这有助于防止故障扩大，减少供电中断时间。

（三）智能化的保护调度

继电保护技术可以与其他智能设备和系统进行交互，共享实时数据和状态信息。通过与智能电力系统的集成，继电保护可以根据实时的系统状态和负荷需求，实现智能化的保护调度和优化。

（四）远程监测和管理

继电保护技术的智能化特性允许远程监测和管理。通过远程监控，运维人员可以实时获取智能化电力系统的状态和事件信息，快速响应和决策，减少了人力资源的需求。

（五）故障分析和诊断

继电保护技术能够记录和存储智能化电力系统中的故障事件和数据，利用智能分析算法进行故障诊断和根因分析。这有助于查找故障原因，提高故障处理和维修的效率。

（六）安全性和可维护性提升：继电保护技术在智能电力系统中的应用通常伴随着自动化和远程监控功能，减少了人员在危险环境中暴露的时间和风险。此外，继电保护技术的智能化特性还能提供电力系统的状态监测和设备健康状况评估，提前预警设备故障并进行维护。

四、继电保护装置的概念及作用

（一）继电保护装置的概念

继电保护装置由三大部分构成：测量、逻辑和执行，在其实际的运行过程中，必须满足四大要求：可靠性、选择性、灵敏性和速动性，才能最大化地发挥应用作用（如图1所示）。

可靠性是指在一定的范围内，继电保护装置选择的动作是可靠的，通常不会发生较大变动。选择性是指针对上下级电网的继电保护进行整定，需要主机积极配合，如果电网发生故障时，能够选择性地清除一部分故障，解决部分问题，其他没有发生故障的部分依然持续供电。灵敏性是指如果线路出现了金属性的短路故障，那么继电保护装置会自动调整，具有灵敏系数，由继电保护装置的整定值实现。速动性是指当发生短路故障的时候，在极短的时间内，继电保护装置可以将其切除，以此维持系统运行稳定性，在原本的基础上持续缩小故障负面影响的范围[1]。

（二）继电保护技术的作用

1.预保护作用

随着社会的不断进步，电网建设速度持续加快，在该背景下，继电保护任务越来越繁重。为了切实有效降低事故的发生概率，降低负面因素的影响，就必须增强运用继电保护技术，发挥其保护作用，做好相关风险的预警活动，以此满足电网发展的现实需求。继电保护技术的应用需要合理控制各类不平衡功率，并结合现实情况构建失步解列控制系统，减少平时停电事故的发生概率，也避免了电力企业发生经济损失，造成资源浪费[2]。与此同时，由于电网的发展使得其复杂性增加，智能化水平上升，所以继电保护技术的功能也越来越完善，应用更加广泛。在器械设备的支持下，使得相关电力数据得以高效处理，动态化存储到对应的数据库中，在智能技术的支持下合理分析，得出准确的结果，便于工作人员把握其变化规律，达到高质量的综合管控目的，进一步完善智能电网建设，满足人们日益提高的用电需求。

2.保证电气元器件正常运作

随着信息化设备及技术的逐渐成熟，继电保护技术装置也愈发完善，技术使用效果更佳。通过继电保护技术的应用，能及时发现系统运行存在的问题，并为工作人员提供参考，便于第一时间予以维修，使得电气元器件的运行更加稳定。与此同时，在继电保护技术的支持下，对于已经发生故障的元器件，该项技术可以快速准确地将其隔离开来，有效保护电力设备，使得其他正常的元器件工作不会受到影响，大大提高了电力资源传输水平，促进智能化电力系统朝着高质量运行的方向发展。

3.提高输电断面安全性

新时代，国家积极建设智能电网，在各项信息技术的支持下，为了保护智能化电力系统的高效稳定运行，继电保护技术发挥了一定的作用，其不仅能够增强输电断面的安全性，合理协调各项保护、稳控装置的运转，还能有效避免断面支路发生连锁过载跳闸等情况。电力系统的运行过程中，有发生连锁过载跳闸的概率，那么继电保护技术就能紧急对其予以控制，将支路过载积极消除，并且允许过负荷保护延时跳闸，避免了停电事故的发生，避免了给人们生活工作等造成负面影响[3]。

五、智能化电力系统中继电保护技术的运用原则

（一）三段式继电保护原则

智能化电力系统工作过程中，经过电流感应器的电流大小一样，但方向相反，这一状态就提示电流是正常的，此时继电保护器并没有启动。在该状态下，感应磁通数值一般是0，断电开关也处于静止的状态。但是，如果状态和上述相反，电流的方向一致，则感应磁通的数值不为0，而后断电开关会自动运转，这一状态也属于自动启用继电保护器的提示。

（二）接零保护原则

针对智能化电力系统设备来说，如果其已经发生了导线外露，那么工作人员需要对接线进行接零保护，尤其是带有金属的部分，更要引起重视。在具体的操作过程中，不要直接熔断电阻丝，而需要配备保护的零线。与此同时，在次要保护零线上，一般也不会安装开关，为了进一步降低风险隐患，也应注意不要将接地保护零线和接零保护零线放在一起安装，如此则能够达到安全使用的目的。

（三）接地保护原则

在智能化电力系统的使用中，为了避免其装备接地效果受到外界干扰，工作人员在操作中应遵循接地保护的原则，明确关键操作内容就是要有至少三个接地点，做好系列接地处理工作，且将电阻率的范围控制在1～4Ω。若导线外露，对其予以接地保护，主要是在没有产生电流的前提下进行，这样工作人员在具体的操作中并不会受到影响，降低了安全隐患。不管是对哪一种金属外壳和装备予以接地处理，都需要参照上述要求，采取必要措施，这样才不会引发后续的故障问题[4]。

（四）继电保护器的安装原则

安装过程中需要考虑两方面因素，一是额定的继电保护时长。一般情况下，不同等级的支干线额定的继电保护时长并不一样，相对于平常的保护时长而言，一级和其相差0.2s，三级和其相差0.4s。二是针对不同等级的支干线而言，额定的继电保护电流大小也不一样，需要将其控制在0～300mA[5]。

六、继电保护技术在智能化电力系统中的具体应用

（一）电网运行维护

在智能化电力系统中，输变电电网比较重要，占据了一定的地位，输变电电网能否安全稳定运行在一定程度上决定了电力系统的运行质量。继电保护技术的应用，从源头上降低了风险隐患，减少了故障的发生概率，有助于工作人员及时发现风险苗头，并将风险扼杀在萌芽状态，使得电网运行安全水平得到大幅提高。与此同时，工作人员应正确把握安装要求，综合考虑多方因素，并依据相关规章制度，选择合理的继电保护装置，确保其具备较快的响应速度，并且灵敏度也要高。此外，工作人员还应考虑电网自身特点，关注周围的环境特点，了解当地的气候条件、电磁干扰情况等，制定针对性的应用方案，这样才能最大化地发挥继电保护技术的应用价值，使其在任何状态、条件下都能发挥预期的作用，达到预期保护目的。

（二）发电机继电保护

各个电气设备相辅相成，在智能化电力系统中一起发挥效用，达到供电目的。其中，发电机是重中之重，如果发电机发生故障，那么电力系统必然无法继续供电。在发电机中，比较常见的故障是定子组匝间短路，其使得相关设备的温度持续上升，在高温的负面影响下，发动机内部绝缘层的功能慢慢丧失，发电机的运行也会逐渐减缓，直至故障无法使用，甚至会给整个系统造成无法挽回的后果。基于此，为了能有效解决上述问题，工作人员可以安装保护匝间装置，这样能够解决上述问题，减少短路情况。同时，如果发电机单相接地电流超出了规定数值，那么继电保护装置会接收到这一信号，进而自主启动，应对故障。又如，发电机的故障在低负荷状态下会造成绝缘击穿故障，此时继电保护装置也会发挥作用，及时向工作人员报警，将电源主动切断，保护了发电机装置。

（三）变压器继电保护

信息技术的不断发展促使继电保护技术的应用成为电力行业的一次新探索，在具体的应用中，其能依据电压等级等信息，解决存在的故障，实现对系统的全方位保护。为最大化地利用设备，发挥变压器继电保护的作用，达到预期效果，工作人员在前期的选择安装中应结合实际情况，选择匹配相符的装置，并将相关数值代入模型中予以计算，避免出现偏差过大等问题。就继电保护技术的应用情况来看，可以从如下几个方面予以分析：

其一是接地保护。由于变压器是十分重要的电气设备之一，其接地系统已经成熟了，工作人员需严格参照说明手册及技术要求等予以安装，对接地左右两侧进行零序电流保护。如果变压器本身并没有包含自接地系统，则需要对其进行二次处理，可以运用零序电压保护的方法。

其二是瓦斯保护。因为变压器中有油箱设备，所以油箱设备的安全性也会影响运行效果。一旦油箱发生故障，那么变压器中的绝缘材料就会被分解，进而在和油料的相互作用下，产生大量的气体，甚至会发生不可挽回的爆炸事故。基于此，为了保障人身财产安全，避免发生经济损失等，继电保护技术的应用就能切实有效地解决这类问题，满足智能化电力系统稳定运行的有关要求，在发现异常时立即切断电源。

其三是短路保护。由于变压器的故障类型繁多，且具有一定的复杂性，其中短路故障是危害性最大的一类，短路故障不仅可能损坏变压器，还可能扩大负面影响，造成更加严重的后果。而继电保护技术的应用则能妥善解决短路故障，发现安全隐患时马上切断电源系统，保护系统的稳定运行[6]。

（四）线路接地保护

工作人员需要结合个人的理论知识和工作经验，了解智能化电力系统各个电器元件的应用机制和功能，了解输变电网的实际情况，并依据不同的情况对不同线路采取不同的接地方法，将应用价值最大化。不论采取哪种接地方式，其本质上都是利用大、小电流来实现电流导出，以此提高智能化电力系统运行的安全水平。其中，大电流的作用是切断电源，小电流的作用则是在不同的故障情况下发出警报，便于工作人员积极应对，及时采取处置措施解决问题。继电保护技术可以划分为如下几种：

其一是零序电压，主要是指如果智能化电力系统的运行状态比较稳定，则系统中并不存在零序电压，一旦发生故障，那么就会出现且带来严重的负面影响。继电保护技术可以自主启动，对该故障予以处理，处理的同时还会将相关信息传输到监控中心，工作人员通过分析了解，依据信号内容积极赶到现场处理各类问题，并恢复电力系统的运行，避免负面影响进一步扩大。

其二是零序电流，主要是指如果电力系统的运行不能恢复正常，零序电流便会逐步升高，而后相应的继电保护装置也会自动启动，电源会被自动切断，最终达到保护系统的目的。

（五）母线继电保护

继电保护技术的应用价值是大家有目共睹的，将其运用到母线保护过程中，也能达到提升保护效果的目标。母线是智能化电力系统中比较重要的组成部分，如果母线发生了不同程度的故障，那么就会影响到电力系统的有序运行。当前，继电保护装置可以通过比对相位的方法，减少干扰因素，提高系统运行稳定性。同时，工作人员也可以优化母线元件设计，升级功能，通过合理利用电流互感器将各项功能发挥出来，依据母线运行的实际状态，选择最合理的连接位置，最终达到预期的运转目标[7]。

七、结语

时代不断发展，电能是社会进步的重要能源。为了保障电力行业持续发展，全面有效地提高电网运行质量，工作人员有必要对关键技术及设备展开研究，了解具体的运行机制，把握运行特点，进而不断探究如何更好地利用技术成果，以此解决能源供应不被中断等问题。通过对继电保护技术的研究分析，明确其未来发展趋势，有助于继电保护技术的应用更加成熟稳定。

参考文献

[1]季升.智能变电站的继电保护技术分析[J].集成电路应用，2022，39（09）：158-159.

[2]陈禹志，徐浩，董亚丽，等.电力系统继电保护自动专业巡检技术研究[J].湖南电力，2022，42（04）：95-98.

[3]王瀚.继电保护电力系统的短路保护关键技术研究[J].中国高新科技，2022（16）：25-27.

[4]刘昱.智能变电站的继电保护技术分析[J].电子技术，2022，51（08）：204-205.

[5]寇鹏伟，李彬，张吉祥，等.变电运行中的继电保护技术应用[J].集成电路应用，2022，39（08）：106-107.

[6]霍婷婷.电力系统继电保护虚拟仿真技术设计及应用[J].黑龙江工业学院学报（综合版），2022，22（07）：62-68.

[7]夏冰.智能电网中的继电保护技术分析[J].集成电路应用，2022，39（06）：277-279.

作者单位：国家电投集团揭东能源有限公司

责任编辑：尚丹