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DQZHAN技術訊：智能電網建設中的繼電保護技術

從智能電網定義、建設及繼電保護作用入手，討論了智能電網建設過程中影響繼電保護裝置的關鍵因素，具有重要意義。

關鍵詞： 智能電網;繼電保護;智能感應

中圖分類號: TM773

Relay Protection Technology in Constructing Smart Grid

LIN Ze-yuan

(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co., Ltd., Jinan 250013, Shandong, China)

Abstract: Starting from the definition and construction of smart grid, and the role of relay protection, discusses the key factors affecting relay protection devices in the process of constructing smart grid, which is of important significance.

Keywords: smart grid; relay protection; smart induction

0引言

隨著國網公司智能電網建設工作的開展，網絡重構、微網運行等技術及分布式電源接入等問題也相應出現，對現階段的繼電保護提出了新要求。同時，伴隨智能電網出現的新技術，如新型傳感器技術、計算機技術及光纖通信技術等的應用也為繼電保護裝置的發展提供著廣闊空間。

1智能電網及建設

1.1智能電網定義

智能電網即Smart Grid，亦被稱做智能網或智能網格。其定義為：以傳統物理電網為基礎，超高壓和特高壓電網為骨干網架，高度集成現代先進的通信計算機技術、傳感測量技術、信息技術及控制技術，形成現代新型智能化電網。智能電網中使用智能傳感器進行整個電力系統各個環節的實時監控，如對發、輸、配、供、用各個環節電力設備的運行狀況進行實時監控，并且通過智能網絡系統整合收集獲得的相關數據，同時進行相關智能化處理，其本質是實現對能源的兼容利用及對相關綠色能源的替代。

1.2 智能電網的建設

智能電網建設是一項十分復雜巨大的工程，要考慮到各方面因素，難度非常大。現代電力系統主要由以下4個環節，即發電環節、輸電環節、配電環節、供電環節和用電環節，可以將智能電網的建設過程看作對已有電力系統進行能源體系智能化和動態化改造的過程。

2 傳統繼電保護及其重要作用

電力系統繼電保護裝置用于在設備發生故障時，自動地、快速地且有選擇地將系統中故障設備切除，從而保證其它無故障設備的正常運行及避免故障設備繼續遭到破壞;當系統處于不正常運行狀態時，繼電保護裝置可以發出報警，使值班人員采取相關有效措施。

傳統電力系統中，電源處潮流流向是單向的。繼電保護設備中的輸入通常是本側電氣量，包括：三相電流Ia、Ib和Ic，以及三相電壓Ua、Ub和Uc。保護裝置通過判別上述電氣量，進行動作以滿足相關保護要求。對于較復雜線路光纖差動保護而言，其輸入量為被保護線路對側電流。可以看出，傳統繼電保護電氣判別量基本上不變，并且只需本側保護對象電氣量[1]。其示意圖見圖1。

3 智能電網中的影響繼電保護的關鍵因素

智能電網繼電保護在原理上與常規微機保護差別不大，其主要發展在于保護二次回路變化。保護二次回路運用了一系列影響智能電網繼電保護的關鍵技術和因素，例如基于IEC61850標準和電子式互感器的應用、智能一次設備的出現、網絡通信技術應用及自動化系統總體架構。這幾個因素實際上互相關聯，不能割裂，以下作詳細介紹。

3.1 IEC 61850標準

IEC 61850標準本身并非繼電保護專業技術標準，但由于該標準對變電站功能架構、通信體系和自動化系統帶來巨大變化及其廣泛影響力，繼電保護不可避免受到其深刻影響。

3.2 電子式互感器

電子式互感器是國際電工委員會對各種新型非常規或半常規、光電轉換原理或電磁感應原理電流互感器或電壓互感器的統稱。其對繼電保護的影響主要體現在以下幾方面：a) 互感器傳變性能的提升，主要是抗飽和能力提升，改善繼電保護的工作條件;b) 互感器輸出信號數字化，引起保護裝置采樣方式的變化;c) 采樣環節的移出，使得保護裝置自身不能控制采樣時刻，測量頻率跟蹤方法只能采用軟件算法。

從智能電網繼電保護的實施情況來看，后兩方面對繼電保護的影響更為明顯。

3.3 一次設備智能化

智能一次設備中，對繼電保護影響*大的是智能斷路器。目前斷路器智能化的實現方式為：傳統斷路器+智能終端。智能終端的出現帶來以下變化：a) 改變了斷路器操作方式，斷路器操作箱回路及繼電器被數字化、智能化，功能通過軟件邏輯實現;b) 保護裝置的跳合閘輸出方式和閉鎖、啟動信號輸入方式均由常規硬接點、電纜連接改變為數字信號，通過光纖、以太網交換機連接。

3.4 網絡通信技術

智能變電站將網絡技術引入自動化系統，出現了站控層/間隔層網絡和過程層網絡。其中，過程層網絡包括GOOSE網和SV網，GOOSE網主要用于保護裝置之間的聯閉鎖信息交互、保護裝置與智能終端跳合閘命令傳遞和開關位置信息采集;SV網用于傳輸電氣量采樣值。不難看出，過程層網絡運行情況對保護裝置保護功能的實現具有重要影響。

3.5 自動化體系結構

作為自動化體系結構的一個組成部分，繼電保護受體系結構設計的影響較大[2]。體系結構設計不僅影響保護裝置的接口要求，更重要的是從整體上影響保護裝置配置、功能實現方式、運維方式及運行**、可靠性。

4 智能電網中的繼電保護相關問題

對智能電網的規劃和發展，很大程度上改變了傳統電能傳輸的某些特點，智能電網信息化和數字化的特征，使得智能電網與傳統電網有了非常大的區別，而繼電保護作為智能電網規劃與建設中的重要環節，也需緊跟智能電網發展步伐，與時俱進進行相關研究工作。

4.1 網絡化改變了繼電保護的配置形態

智能電網采用IEC61850網絡的智能變電站，它的采用使傳統繼電保護信息獲取和信號發送的媒介發生了改變。智能電網一個前沿性問題是利用共享的站內相關電氣元件信息，對主保護性能進行改善和提高，同時，采用共享控制信號網絡簡化繼電保護配置[3]。可是，智能電網網絡化帶來共享信息的同時,也需要考慮信息傳輸的可靠性和**性。區別于傳統二次電纜的傳輸方式，必須要保證傳輸網絡的可靠性，因此，如何保證保護配置的可靠，是數字化變電站條件下網絡化二次回路的關鍵問題。

4.2 提高**自動裝置性能

智能電網中的PMU和WAMS網絡，可以為電力系統廣域信息提高防御和緊急控制。如此，使得智能電網可以使用其已建成的網絡，改善時間敏感性不強的后備保護及**自動裝置的性能，同時可以改變現有保護的整定原則，使得在某些情況下，保護裝置可以及時自動判斷系統故障，同時采取措施，避免大停電等惡性事故的發生。

4.3 與傳統保護的配合

智能電網規劃過程及建成后，必須要考慮與傳統微機保護及數字化變電站內保護實現保護配合和協作問題，需要考慮類型不同的保護之間的協調配合，主要有：a) 線路采用差動保護時，線路一側采用電磁式電流互感器，而另一側采用電子式互感器，這樣，區外發生故障時，電磁式電流互感器側有可能會有單端飽和現象發生，所以線路兩端的差動保護必須可以判段單端飽和并且防止保護誤動;b) 原有線路差動保護數據同步算法的基礎是兩側都是模擬式互感器，這樣便會存在兩側不同互感器數據類型是否同步的問題，需要進行新保護算法的研究。

4.4 在線整定技術

自適應保護的思想在繼電保護領域已被廣泛應用，限于之前的技術條件，傳統的自適應保護僅能根據被保護線路運行情況對定值進行調整，不能利用全網信息準確、實時地判斷運行方式來調整定值[4]。智能電網的發展有望改變這一現狀，從而實現在線整定。

5 結語

智能電網建設作為電力系統的一次重大變革，是電力系統未來的發展方向，而繼電保護裝置是促使智能電網正常工作的保障，是維護其**、可靠、穩定運行的基礎和關鍵。因此，本文從智能電網定義、特點、建設及繼電保護作用入手，討論了智能電網建設過程中繼電保護關鍵技術，包括智能感應技術、廣域測量技術、仿真分析與控制決策技術、電力電子技術等，接著對智能電網中繼電保護裝置的發展趨勢進行了探討，對智能電網建設過程中影響繼電保護裝置的關鍵因素和需關注的相關問題進行了探討和分析，有助于為智能電網的建設工作和**運行提供技術支撐，具有重要意義。