智能电网继电保护的关键技术分析

2023-12-11王车正

科学与信息化 2023年21期

王车正

国网江苏省电力有限公司高邮市供电分公司江苏扬州 225600

引言

智能电网体系正在通过科学技术手段与互联网技术实现高效建设与发展的状态。智能电网实现了电网的智能化发展，以集成﹑高速的双向通信网络为基础，将先进的传感﹑测量技术以及创新发展的设备﹑控制方法﹑决策支持系统等应用其中，实现了智能电网安全﹑可靠﹑高效的电力输送及电力供应保障作用。继电保护技术的应用，在智能电网中能够保障电力输送的稳定性﹑高效性，对智能电网系统进行及时的﹑高效的监控与故障预警﹑自动维修等程序化操作，进一步保障智能电网的安全性。

1 电气自动化系统继电保护概述

电气自动化机电保护系统就是预防故障和控制设备，为了确保电力系统能够安全﹑稳定运行，要合理应用继电保护设备，以此发挥预防和保护的作用。随着社会的发展，人们对电气自动化设备的安全﹑可靠性的要求也日益提高，通过应用继电保护安全技术，也可以提高系统的安全性和稳定性，同时促进电力系统的自动化﹑智能化﹑现代化的发展[1]。采用继电保护技术后在发生电源故障时，继电保护器会自动启动，从而确定故障的具体位置和原因，并对相关人员进行报警，如果发生了严重的故障，可以通过跳闸来保护电气设备，终止电力系统的运行，从而防止故障的进一步扩大。继电保护器报警后，会向工作人员展示电气设备故障的具体位置﹑范围﹑原因等，工作人员可以借此迅速设置警戒线，预防安全事故的发生，保障员工的生命安全。一旦接到报警，维修人员就能依据继电器的故障信息，在最短的时间内进行维修，尽量减少损失。随着电力自动化技术的不断发展，其内部结构也日趋复杂，对继电保护器的需求也随之提高，除了要具有远程管理﹑控制和监控功能外，还需要通过信息资源的共享，以保证电力系统的安全和稳定。

2 继电保护的特点

在智能电网大背景下，继电保护的应用价值得以充分展现，现如今我国人口数量大，增长快速，对于电力的需求也明显增长。在城市化建设大环境下，各区域的电力需求增长迅速，对于供电企业来说，其运行发展中所承受的压力巨大，智能电网的出现，能够在一定程度上缓解供电网络压力，全面提升电网整体运行速率，随着供电量的加大，各项需求也能够得到满足，智能电网建设与发展也取得一定成就[2]。在智能电网建设过程中，由于智能电网类似于传统电网，因而故障与失效问题仍有所发生，通过继电保护技术的应用，能够就故障与失效问题加以有效改善，为智能电网安全运行提供可靠保障。一旦智能电网出现故障或失效问题，可通过继电保护技术来做出预警，自动切断故障设备，便于工作人员基于预警来采取有效的处理措施，确保故障与失效问题得到及时有效的解决，保障智能电网正常运行。

3 智能电网继电保护的关键技术

3.1 智能传感技术

在继电保护关键技术之中，智能传感技术的应用通过为继电保护系统提供有效的信息与数据收集﹑传输，提高了继电保护系统的功能性，也提高了继电保护系统的高效性。以变压器中的继电保护装置为例，通过智能传感技术的应用，将变压器本身﹑一次侧﹑二次侧进行智能传感监测，以不同的传感器运行模式，针对变压器不同的特性进行及时的监测与分析，有效了解变压器的工作情况，分析故障隐患，保障其安全稳定的应用。如，在变压器本身装配振动传感器，对其位移进行检测；配置温度传感器，对其温度进行检测；配置流量传感器对气体和液体流量进行检测。一次侧与二次侧由于受到环境因素的影响，可能会遭受冰冻﹑雨水等环境因素的影响，则不宜安装振动传感器，以免出现判断错误的问题。在智能电网体系中，应用智能传感技术，增强继电保护装置的智能化﹑自动化操作，并根据环境影响因素进行合理地设计与调配，以最大限度地发挥继电保护系统的应用效果，保障电力的高效输送。

3.2 广域保护技术

在智能电网继电保护中，应用广域保护技术可以收集各类故障信息，快速做出跳闸应对措施，有效规避因跳闸引发的母线全停﹑局部短路以及信号扰动等故障。广域保护技术具备开闭锁功能，为适应智能电网控制需求，可以灵活采用战域集中式﹑区域分布式，以及两者配合式的保护模式。在广域保护技术的支持下，能够对智能电网运行问题深入分析，提高继电保护的自动化控制能力。

3.3 保护重构技术

在智能电网大背景下，保护重构技术的应用，可以补充并配置整个保护系统，确保继电保护技术与相应电网结构的对应性，继电保护整体效果也得到明显改善。随着科学技术水平的显著提升，国家智能电网获得良好建设与发展，这就必须要保证继电保护技术的先进性及其与电网的适应性，确保满足智能电网发展需要[3]。继电保护技术不仅要具备故障诊断与修复能力，还应当具备系统重构功能，若继电保护元件出现故障，无法实施运作，通过应用该项技术来对可替代原件加以自动搜寻，为继电保护装置的稳定高效运行创造优良条件。保护重构技术的应用优势在于，能够对设备灵活性实施有效保护，保证整定值的自适应性，即便是在突发状况下也能够保证应对的有效性。与此同时，通过保护重构技术的应用，可对设备适配能力加以强化，把握电网运行状态，在发生结构变化的第一时间加以合理调整，确保设备在此种变化下的适应性。

3.4 新能源并网技术

对于智能电网的应用与发展来说，新能源并网是其重要的发展趋势，也是智能电网体系未来的主要形式和方向。在智能电网体系中，对于可再生清洁能源的接入使用使得智能电网体系实现了能源的优化利用以及可持续发展的目标，也大大提高了智能电网的工作效率，保障了供电输送的有效性。新能源的使用主要包含了水能﹑风能以及光伏能源等。新能源具有丰富的能源储备以及可再生的资源发展特点，同时其对于自然环境﹑社会环境的污染及不良影响也相对较低，更适于缓解当前世界范围内的能源危机的问题。

3.5 单元件保护技术

智能电网中的单元件保护技术主要用于直流线路﹑变压器和发电机保护，通过对传统元件进行改造，以确保各类设备的单元件适应智能电网运行环境。如在交直流线路中采用单元件继电保护技术，并借助传感器采集电力设备运行信息，统计分析采集的数据，识别变压器励磁涌流﹑匝间短路等故障，及时采取保护策略，保护变电站机组安全运行。

4 智能电网继电保护的措施

4.1 一体化监控系统的构建

一体化监控系统执行DL/T860标准，采用三层结构配置方案，具体如下：

4.1.1 站控层配置。站控层配置隔离装置﹑主机操作工作站﹑综合应用服务器﹑数据通信网关机﹑防火墙﹑调度数据网设备﹑二次安全防护设备等，借助网络通信系统保持变电站与远方调度中心的通信。上述配置的具体功能如下：①主机操作工作站监控站内设备运行状态，待出现监控数据异常时，及时发出报警，为设备维修管理提供依据。②综合应用服务器用于分析汇集后的信息，根据信息分析结果决策保护策略。③数据通信网关机用于整合站内SCADA信息﹑查询浏览数据﹑监测PMS输变电设备运行状态。

4.1.2 间隔层配置。间隔层配置二次子系统保护设备和二次系统测控设备，当主站层设备出现故障时，可立即启动间隔层设备实施保护。具体配置方案如下[4]：①采用间隔配置方案配置线路测控装置，形成线路测控保护一体化装置。②在主变压器本体﹑高压侧﹑中压侧以及低压侧四处位置分别配置测控装置。③采用母线段配置方式配置测控装置，公共测控装置共配置2台。④在主变三侧配置录波装置，录取开关信息，当主变压器出现故障时需采取录波处理措施。⑤网络报文记录系统采用双套配置方式，保证网络独立运行。该系统执行周期性保护文件机制，并且能够自动分析GOOSE﹑MMS网络采集的信息。

4.1.3 过程层配置。过程层配置智能终端设备，用于采集电气量信息，监测设备运行状态，完成相应的控制指令。智能终端设备需满足一次设备远程操控要求，应用电缆连接合并单元和常规互感器，具备数字化处理信息的功能。智能终端配置如下：①采用双重化配置方式配置主变高压侧智能终端，在主变部分的高压侧﹑中性点采用合并单元双套配置，在中压侧﹑低压侧配置合智一体装置。②采用双重化配置方式，配置线路﹑母联智能终端，采用单套配置方式配置VPT智能终端。③在合并单元配置中，主变高压侧合并单元﹑中性点合并单元﹑母联合并单元﹑VPT合并单元要求接入互感器模拟量。其中，VPT合并单元需支持GOOSE网络，具备PT并列功能，用于实时掌握断路器运行状态。

4.2 对间隔合并单元故障的维护

间隔合并单元故障是智能变电站继电保护设备运行过程中经常出现的故障，也是设备运维管理的薄弱环节。鉴于此，在智能变电站继电保护设备的运行维护中，相关运维人员一定要将这一问题重视起来，以丰富的运维工作经验，确保故障发生时能够在较短的时间内对故障位置精准识别﹑对故障原因快速判断，并将当前先进的设备维护技术手段利用起来，有效解决故障问题，降低二次故障的发生率[5]。就拿单套配置的间隔合并单元来说，设备运行过程中经常会出现合并单元故障的问题，面对这种情况，如果发生故障，运维人员就要尽快申请“断开”设备，也就是说，要及时断开出现故障的间隔单元开关，停止设备运行；而如果是双套配置的间隔合并单元，当发生故障时，运维人员就要及时停止单线间隔和故障位置保护出口压板的运行，并且还要停止故障位置保护母线装置的运行，全面分析故障问题。

4.3 定期进行员工专业技能培训，提升员工综合素质

综合素质在员工工作生涯中占据重要地位，为发挥员工在电厂中的价值和作用，定期对员工进行综合素质培训，强化专业技能的应用能力，并提升员工自身的思想素质，避免因员工的因素对电厂安全造成威胁，定期对全体员工进行培训﹑评价。培训内容不仅包括安全管理方面的知识和技能，还需要针对各个岗位进行各种专业知识和技术培训。通过这种方式，不断提高工作人员的业务水平和业务素质，督促员工更加认真地对待工作，在工作过程中牢记安全知识，自觉严格遵守规章制度，将每一个条款都记在心里。通过学习和培训，所有员工都能清楚地了解需要特别注意的安全方面及安全管理在工作中的重要性。此外，电厂在组织员工培训过程中，要形成完善的教育评价体系，对员工的学习培训情况进行严格的考核，持续参与学习培训。