电力系统中继电保护自动化技术的应用

2023-11-10陈麒宇陈朝阳

现代工业经济和信息化 2023年9期

陈麒宇，陈朝阳

（1.国网襄阳供电公司变电运检分公司，湖北襄阳 441100 2.国网湖北省电力有限公司老河口市供电公司，湖北老河口 441800）

0 引言

随着电能质量的提高和电力系统运行环境的变化，传统的继电保护技术已不能满足复杂电力系统的需求，因而继电保护自动化技术被广泛应用于电力系统的维护和运营中。继电保护自动化技术通过智能化、网络化和信息化手段，实现对电力系统的快速诊断、故障定位和恢复，提高电力系统的可靠性和安全性[1]。

1 继电保护自动化技术概述

1.1 自动化技术的发展背景

随着科技的进步，自动化技术在各个领域得到广泛应用。在电力系统中，自动化技术的发展为继电保护领域带来了新的机遇。自动化技术的发展背景包括计算机技术的飞速发展、通信技术的进步以及数据处理和分析能力的提升。这些技术的突破为继电保护自动化技术的实现和应用提供了坚实的基础[2]。

1.2 继电保护自动化技术的定义与特点

继电保护自动化技术是利用先进的计算机、通信和控制技术，对电力系统中的继电保护装置进行智能化和自动化的控制和管理，核心目标是提高继电保护的响应速度、准确性和可靠性，以保障电力系统的安全运行[3]。具体见图1。

图1 继电保护电路

1）实时性：继电保护自动化技术能够实时地监测电力系统的状态，并迅速做出响应。通过高速的数据采集和处理，自动化系统可以及时检测到电力系统中的故障或异常情况，并通过自动控制策略进行处理，从而保证电力系统的稳定运行。

2）智能化：继电保护自动化技术引入了智能算法和决策机制，使得继电保护装置能够自动判断和处理各种故障情况。通过学习和适应能力，自动化系统能够根据历史数据和经验知识进行故障诊断和定位，提高故障处理的准确性和效率。

3）互联互通：继电保护自动化技术实现了继电保护系统与其他电力系统设备的数据交换和通信。通过建立可靠的通信网络，自动化系统能够与监控系统、控制中心和其他继电保护装置进行数据共享和协同工作，实现对电力系统的全面监控和管理。

4）远程控制：继电保护自动化技术使得继电保护系统可以通过远程方式对电力系统进行监控和控制。通过远程通信和控制，操作人员可以在控制中心或远程站点对分布在不同地理位置的继电保护装置进行操作和配置，提高操作的便利性和灵活性。

1.3 继电保护自动化系统的组成部分

1）继电保护装置：继电保护装置是自动化系统的核心组件，负责监测电力系统的状态和故障情况，并根据预设的保护逻辑进行相应的动作。它通常由数字式继电保护装置或集成保护装置构成，具备高速、精确地信号处理和保护功能（见图2）。

图2 继电保护装置原理

2）数据采集单元：数据采集单元负责采集电力系统各个设备的状态信息，如电流、电压、频率等参数，并将采集到的数据传输给继电保护装置。它可以包括电流互感器、电压互感器、传感器接口等设备，用于实时监测电力系统的运行状态。

3）通信网络：通信网络在继电保护自动化系统中起到连接各个组件的关键作用。它提供内部通信和外部通信功能，实现继电保护装置、数据采集单元和其他设备之间的数据交换和通信。常见的通信网络包括局域网（LAN）、广域网（WAN）、以太网等。

4）控制中心：控制中心是继电保护自动化系统的管理和控制中枢，通常由人机界面、数据处理系统和操作控制设备组成。在控制中心，操作人员可以对继电保护自动化系统进行配置、监测和控制，实现对电力系统的综合管理。

5）监测与诊断系统：监测与诊断系统用于实时监测电力系统的运行状态，并进行故障诊断和分析。它可以通过数据分析和模型计算，对电力系统中的异常情况进行检测和定位，帮助操作人员快速响应和处理故障。

表1 继电保护自动化系统的组成部分、功能和参数的表

2 继电保护自动化技术在电力系统中的应用

2.1 故障检测与定位

2.1.1 传统的故障检测与定位方法

在传统的电力系统中，故障的检测和定位通常依赖于人工巡检和手动操作。传统的故障检测与定位方法存在一些限制和局限性，可能无法实时监测系统状态，缺乏准确的故障定位能力，且对操作人员的经验要求较高。继电保护自动化技术的引入可以弥补这些缺点，提高故障检测和定位的准确性和效率[4]。

2.1.2 基于继电保护自动化技术的故障检测与定位方法

继电保护自动化技术的故障检测与定位方法具有高准确性和快速响应的特点。通过智能化的算法和装置，它可以实时监测和分析电力系统中的各种故障，提供精确的定位结果，帮助运维人员迅速采取适当的措施进行故障修复，从而提高电力系统的可靠性和稳定性。

1）故障电流分析：继电保护自动化装置可以通过对电流波形的实时监测和分析，识别出电力系统中的故障电流。通过对故障电流的特征进行提取和比较，可以确定故障类型，并精确地定位故障点。

2）电压差动保护：电压差动保护是一种常用的继电保护技术，用于检测和定位电力系统中的故障。它基于对电压差异的监测和比较，可以精确地定位故障发生的位置。

3）统计分析方法：继电保护自动化系统可以对大量的历史数据进行统计分析，识别出故障的概率和趋势。通过建立故障数据库和模型，可以对故障进行预测和预警，提前采取相应的保护措施。

4）人工智能技术：人工智能技术如机器学习和神经网络等可以应用于继电保护自动化系统中，用于故障的检测和定位。通过训练算法和模型，系统可以学习和识别各种故障模式，实现高精度的故障定位。

5）智能传感器技术：智能传感器可以实时监测电力系统中的各种参数，如电流、电压、温度等。这些传感器可以与继电保护自动化系统连接，提供实时的数据输入，用于故障检测和定位。

2.2 电力系统状态监测与控制

2.2.1 继电保护自动化技术在状态监测中的应用

基于继电保护自动化技术的故障检测与定位方法采用先进的算法和智能化的继电保护装置，能够实现高精度的故障检测和定位。以下是一些常用的方法和技术。

2.2.2 继电保护自动化技术在系统控制中的应用

继电保护自动化技术在系统控制中的应用可以提高电力系统的响应速度、可靠性和效率。通过自动化的控制和优化策略，系统可以实现快速而准确的响应，提高供电质量和用户体验。此外，系统的自动化控制还可以减少人为操作的错误和风险，提高电力系统的安全性和稳定性[5]。

1）负荷管理：继电保护自动化系统能够监测电力系统中各个节点的负荷情况。通过对负荷的实时监测和预测，系统可以实现负荷均衡和优化调度，以提高电力系统的效率和可靠性。系统可以根据实时负荷情况，自动进行负荷调节和优化供电策略，以确保系统运行在最佳状态。

2）电压调节：继电保护自动化系统可以监测电力系统中各个节点的电压情况。通过对电压的实时监测和分析，系统可以根据需求自动调节电压，以保持电力系统在规定范围内的稳定运行。系统可以自动控制变压器和电压调节装置，实现电压的精确控制和调节。

3）频率调节：继电保护自动化技术可以监测电力系统中的频率变化，并根据需要进行频率调节。系统可以根据电力系统的负荷变化，自动调节发电机的输出功率，以使频率保持在稳定的范围内。通过频率调节，可以实现电力系统的稳定运行和供需平衡。

4）事故处理：当电力系统发生故障时，继电保护自动化系统可以自动切除故障设备或电路，并恢复系统的正常运行。系统可以根据故障的类型和位置，自动触发保护动作和切除操作，以最小化故障对系统的影响。

2.3 自动重启与自动化恢复

在电力系统中，继电保护自动化技术可以应用于自动重启和自动化的恢复过程。这些功能旨在快速恢复电力系统的供电，并降低停电时间和影响。自动重启和自动化恢复功能可以提高电力系统的可靠性和恢复能力。减少了人为介入的需要，缩短了恢复时间，同时降低了对用户和设备的影响。继电保护自动化技术在自动重启和自动化恢复方面的应用使电力系统能够更快地从故障中恢复过来，以提供稳定、可靠的供电服务。

2.4 数据采集与分析

继电保护自动化系统通过各种传感器和监测设备，实时采集电力系统中的各种数据，如电流、电压、功率、频率、温度等。这些数据可以来自发电机、变压器、线路、开关设备等各个部分。数据采集的方式可以是连续的、间歇的或事件触发的，以获取全面的电力系统运行信息。

采集到的数据可以经过各种分析方法和算法进行处理和分析。数据分析的目的是发现潜在的问题、趋势和异常，以帮助运维人员做出相应的决策。常见的数据分析方法包括统计分析、趋势分析、故障诊断、预测模型等。通过数据分析，可以实现故障预测、设备状态评估、优化运行等目标。

3 结语

继电保护自动化技术可以提高电力系统的安全性、可靠性和自动化水平。在电力系统状态监测与控制方面，继电保护自动化技术可以对电力系统的状态进行实时监测和控制，提高了电力系统的稳定性和运行效率。自动重启与自动化恢复技术可以在系统发生故障时快速地恢复系统的运行，减少系统停机时间，提高了系统的可用性。数据采集与分析技术可以对电力系统的数据进行采集和分析，为电力系统的管理和运行提供更加科学的依据。