繼電保護在現代電網中的應用

譚元華

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120）

0 前言

隨著經濟發展，電能需求日益增加，對供電可靠性和經濟性的要求也更加突出，繼電保護作為電網安全重要防線受到了高度重視。國家提出了智能、堅強、大電網的現代電網建設構想，給電網發展指明了方向，這主要依賴于特、超高壓技術突破以及網絡通信技術的應用，但在系統規模增大、新能源接入以及智能配網建設的同時帶來了繼保技術方面的問題，使傳統保護的缺陷逐漸顯露。同時，還要認識到現代電網發展，特別是信息系統的構建，為實現保護的智能化打好基礎。繼電保護是現代電網建設的關鍵，直接影響系統穩定及安全，但存在滯后于現代電網建設速度的問題，嚴重制約電網發展。所以，相關企業要做好繼保技術創新，加大繼保裝置研發和維護投入，積極構建更加科學可靠的保護系統，這樣繼保裝置能夠以更優異、更穩定的性能為電網提供更安全的保證，促進電力事業發展。

1 現代電網繼電保護所面臨問題

現代電網的建設發展不僅是國家能源戰略的政策要求，而且是社會對電能需求持續增長的必然結果。如今，國家高度重視智能電網、超特高壓建設以及新能源接入等，并且取得了較快發展，但現代電網的發展也為傳統繼電保護帶來了新的挑戰。

1.1 大電網問題

超/特高壓的建設是由我國客觀因素決定的，主要與資源分布不均有關，特別是能源集中地區與負荷高消耗地區相隔數百甚至上千公里。大電網概念是解決能源資源配置問題的關鍵。如今遠距離超/特高壓網架結構初見規模，電網結構的整體性和復雜性日益顯現，電網安全成為關注的重點。電網規模增大的同時故障的概率也隨之升高，同時區域電網互聯互通成為常態，這無疑為大范圍停電事故提供了可能性，從國外幾起嚴重停電事故中可見端倪，電網穩定策略的實現對繼保要求更高。此外，隨著高壓直流輸電技術成熟，電能傳輸效率更高，走線占地更小，具有顯著綜合效益，然而交直流轉換也帶來了控制和保護上的難題[1]。

1.2 新能源大規模接入問題

近幾年，新能源的發展突飛猛進，雖然緩解了能源危機，但是也對電網安全構成威脅，需要優化繼保裝置配置。首先，新能源的接入會改變原有電網的潮流分布，使電網更加難以控制，如果不及時調整保護方向性和整定值，易導致保護的拒動或誤動；其次，電力電子設備的應用給電網帶來了大量的諧波成分，不僅降低了電能質量，而且可錯誤觸發繼保裝置，損害社會和經濟效益；最后，還會帶來互補能源缺失的問題，隨著新能源裝機容量激增而傳統火電、水電等規模增長有限，新能源在電能輸出上有很大波動，具有不確定性，當新能源產能降低時，需要常規能源及時填補缺位，如果新能源缺口過大，而互補能源又不能滿足需求，則會影響電網的整體穩定性。

1.3 配電網發展相對滯后

在現代電網中，智能配網也是電網建設的重點內容，由于傳統配電網在自動化應用上的不足，采用的是單向供電模式，不存在用戶同電網的信息交互，電能供應缺乏可預見性和計劃性，同時配網故障缺乏自動恢復功能，增加了電能損失并使供電可靠性降低。網絡信息和自動化技術發展為智能配網建設打下基礎，要對傳統配網進行配置優化，建立互動渠道，使電網能夠獲取用戶用電信息并為用戶提供更好的用電體驗[2]。在智能配網中，繼保裝置是實現配網智能控制的關鍵，應加大先進繼保技術引進使之適應復雜配網以及新能源接入所帶來的問題，還要打通用戶反供電網的限制，并適時調整繼保裝置以確保電能交互安全。

1.4 網絡拓撲及運行方式多變

在傳統電網中，定值配合的后備保護模式是繼電保護配置的重要方式，而現代電網發展至今，網絡拓撲結構及系統運行方式存在較大不確定性，對后備保護功能實現造成很大干擾[3]。在這苛刻的保護環境中，通常很難兼顧到保護的“四性”，有時為了確保整定值能夠可靠動作，需要忽略靈敏性和快速性要求。由于后備保護運行的基礎是保護裝置自身收集到的故障信息，相鄰保護間不存在信息聯絡，僅僅依靠保護時間的配合，這種方式很難適應現代電網多變的拓撲結構及系統方式，當發生大規模停電時，傳統后備保護不僅起不到限制故障區間作用，甚至充當了連鎖停電反應的幫兇。傳統保護模式的不足主要有3 個方面。1）由于要考慮時間配合關系，往往延長了故障切除時間，對電力系統穩定及安全構成威脅。2）不具備自適應性特點，當運行方式變化時，傳統保護的實際表現不夠快速和靈敏。3）由于傳統保護不能及時獲取系統狀態，有時即使故障已隔離，由故障引發的潮流過負荷也可能導致保護誤動作。同時，隨著光線通道建設趨于完備，差動保護成為較高電壓等級線路保護主要方式。

2 現代電網中繼電保護應用策略

面對復雜多變的現代電網，繼電保護系統應主動適應電網變化，不斷研發新型繼電保護原理和技術，加大對廣域保護、系統重構技術的應用，實現繼電保護的多元化發展。同時，繼電保護裝置的維護管理也是保證繼保系統運行穩定的關鍵。

2.1 廣域保護的應用

傳統繼電保護方式多采取的是設備位置的信息，對被保護設備而言存在單端和雙端保護兩類，這主要與軟、硬件技術不足有關，雖可基本滿足傳統電網需要，但如今網架結構和系統構成更加復雜，在有限的電量信息條件下，傳統繼電保護很難全面的反應故障象征，存在局限性。隨著智能堅強現代化電網的建設，特別是信息化平臺的搭建，為廣域保護發展提供有利條件[4]。廣域保護可獲取更加全面的故障相關信息，并在計算機技術支持下實現故障的綜合分析，從而使保護具有自適應性特點，自動修改保護動作策略。在多方面獲取故障信息的前提下，繼電保護不再需要在方式調整時進行定制調整，保護更加精準和快速。由于電網規模龐大，廣域保護往往是先將電網進行分區，然后在不同區域內實現保護功能。廣域保護不僅是判斷故障和保護電網安全，而且具有控制功能，控制故障范圍，修復故障區間，實現供電網絡的自我保護。這是繼電保護的發展方向，可有效提升現代電網的安全保證能力。

2.2 系統重構技術的應用

由于現代電網越來越智能化，在新設備、新技術的支持下現代化電網中深化應用系統重構技術，借助該技術可實現電力系統的重新構制，優化原有結構及性能，但是要注意系統重構技術應用的合理性，使其符合現代電網對繼電保護提出了更高標準要求。在現代電網中，特別是智能配網中系統重構可有效解決供電可靠、降低線損以及平衡負荷等具體指標。繼電保護裝置是系統重構的重要一環，需要借助繼保裝置提供的故障信息，自行調整故障或異常電網的運行方式，從而實現電網的自動修復，這是現代智能電網的典型應用，而傳統電網由于技術、設備上的不足，很難實現系統重構，在供電安全和穩定上有很大不足。因此，繼電保護技術發展，特別是自適應保護的應用對系統重構的實現起到重要支撐作用。

2.3 繼電保護多元化發展

現代智能電網的發展對繼保工作提出了功能多樣化和保護智能化的新要求，這也是電網發展趨勢，需要在繼保技術創新上做出努力，不斷推進繼保多元化發展，從而為電網運行的質量和效益提升保駕護航。首先，隨著數字技術在現代電網中的應用增多，也為繼保技術發展提供了新的契機，特別是繼保裝置關鍵器件數字化傳感器的研發升級，使數據傳輸效率和精度有較大提升，避免了傳感器頻繁發生異常的情況，傳感器工作更加穩定。其次，在繼保裝置中，大數據同網絡技術的結合，使繼保裝置能夠接收到更多的電網運行或者故障相關信息，經相應算法使繼保裝置能加智能，故障處理更加精確和高效，在維護電網穩定上可發揮更大作用。最后，還要注重發電機、變壓器等電網單元的保護，對原有保護進行優化。對發電機來說，不僅要提高電機主保護的設計、整定以及校驗的精確性，而且在后備保護和失磁失步保護的配合方面也應加強研究，此外定轉子的接地保護也是重點內容。對變壓器來說，如何準確的區分故障電流和勵磁涌流是保護正確動作的關鍵，應積極研發變壓器內部故障保護新原理，降低勵磁涌流所帶來影響。

2.4 加強繼保裝置維護管理

不論是在高壓輸電還是供配電系統建設中，繼保裝置對電網安全及相關功能實現是至關重要的，繼保裝置配置數量急劇增多，裝置結構更加復雜，對運行維護工作有了更高要求。首先，傳感器對于繼保以及電網遠程監測功能的實現十分關鍵，要確保傳感器正常工作，才能使繼保裝置可靠動作，監控人員方可通過所傳信號及時發現電網及保護裝置異常并將異常信息告知運維人員處理；當繼電保護裝置內部出現故障時，應及時封鎖保護動作出口，以防保護誤動情況發生，避免造成停電事故，甚至更大損失。其次，要關注雨、雪、雷以及大風等天氣條件對繼保裝置的不利影響，加強巡視避免出現接線松動、振動異常等狀況，保證繼保裝置運行正常；最后還要加強繼保裝置的狀態監測，綜合分析異常原因，做好問題處置方案，提高繼保問題處理效率。

3 結語

綜上所述，現代電網的發展離不開繼電保護技術的進步，只有順應智能堅強大電網的發展趨勢，繼電保護才能更好地發揮電網防護功能。現代電網所面臨的大電網建設、配網建設滯后性、新能源接入以及電力系統多變的拓撲結構和運行方式等問題也給繼保裝置帶來了新的問題和挑戰。因此，要注重繼電保護技術的研發和應用，大力發展廣域保護、系統重構等技術，推動繼保功能多樣化發展，并做好繼保裝置的維護工作，從而提高電網運行穩定和安全。