配電網繼電保護的創新路徑研究

石 宇

（國網保定供電公司，河北保定 071000）

1 配電網繼電保護概述

1.1 概念

配電網繼電保護是保障電力系統安全穩定運行的重要組成部分。其采用先進的電子技術，通過感知電力系統異常狀況，及時采取保護措施，以防止故障擴展并最小化對設備和用戶的影響。配電網指將輸電網傳輸來的高電壓電能經由變電站和配變站進行變壓、分支，再分配到各個終端用戶的電力系統。其涉及的電壓等級相對較低，一般為10 kV 以下，包括低壓配電網和中壓配電網。為了確保配電網的安全運行，繼電保護系統起到了至關重要的作用。繼電保護是一種基于繼電器的電力系統保護技術。繼電器是一種電氣裝置，具有靈敏度高、可靠性強的特點。通過感知電力系統中的異常信號，如過流、接地故障、短路等，來觸發相應的動作，實現對配電網的保護。

1.2 原理

配電網繼電保護的原理主要包括信號采集、信號處理與判斷、動作執行3個環節。①信號采集。繼電保護系統通過各類傳感器或測量裝置，對電力系統的電壓、電流、頻率等物理量進行實時監測與采集。這些傳感器安裝在配電設備上，能夠感知系統中的異常信號。②信號處理與判斷。繼電保護系統通過對采集到的信號進行處理、分析及判斷，確定是否存在電力系統故障或異常情況。這一過程通常需要依靠電子技術中的數字信號處理、濾波、保護算法等方法來實現。③動作執行。當繼電保護系統判斷存在故障或異常情況時，將觸發相應的繼電器動作，通過控制開關、斷路器等裝置，切斷或隔離受故障影響的電路，以阻止故障的擴展，保障電力系統的其他部分正常運行。

配電網繼電保護原理的核心在于及時感知異常信號、準確分析判斷，并采取相應的措施來保護電力系統的正常運行。這種保護機制的重要性不容忽視，其能夠最大限度地減少故障對電力系統和用戶的影響，提高系統的可靠性和穩定性。

2 配電網繼電保護創新的必要性

（1）提升電力系統的可靠性和安全性。隨著電力負荷的增加和用電需求的多樣化，傳統的繼電保護已無法滿足電力系統對于高可靠性和高安全性的需求。而通過創新技術和方法，可以提高繼電保護的響應速度、準確性及可靠性，及時發現和解決線路故障和異常情況，從而最大限度地保護電力設備和用戶的安全。

（2）提高電力系統的運行效率和可持續發展能力。傳統的繼電保護系統通常需要大量的人力投入和手動操作，效率較低且易出錯。而通過創新可以引入自動化技術和智能化算法，實現繼電保護系統的自動化運行和智能化管理，提高系統的運行效率和響應能力。此外，創新還可以促進配電網與新能源、能量儲存及智能電網等新興技術的融合，推動電力系統向可持續發展方向轉型。

（3）適應電力系統的復雜性和變化性。隨著電力系統規模的不斷擴大和電能質量要求的提高，電力系統的復雜性不斷增加。在此背景下，傳統的繼電保護技術面臨著諸多挑戰，如對于多源接入、多級保護和電能質量問題的處理仍然存在較大難度。而通過創新可以開發出適應復雜環境和靈活應變的繼電保護技術和設備，提高系統的穩定性和可操作性。

（4）推動電力行業的發展和進步。繼電保護作為電力系統的核心技術之一，通過創新可以培養和吸引更多的人才投入到電力行業，推動科技成果的轉化和產業的升級，提升國家在電力領域的競爭力和影響力。

3 配電網繼電保護的創新方法

3.1 斷路器電流保護

常見的斷路器電流保護方法是過電流保護，通過監測電路中的電流大小來判斷電路是否發生故障，一旦發現電流超過額定值，斷路器即刻動作，切斷電路，保護電力設備和電器設備的安全運行。這種保護方法憑借其簡單可靠的特點得到了廣泛采用。然而，隨著電力系統的不斷發展和電氣設備的不斷更新，只依靠過電流保護已經無法滿足現代電力系統的需求。基于此，一種更加先進的斷路器電流保護方法——差動保護出現。其通過比較電路的電流差異來判斷電路是否發生故障。差動保護方法具有高速度、高精度的特點，能夠迅速切斷故障電路，保護電力設備的安全運行。

除了過電流保護和差動保護，其他的斷路器電流保護方法正在被研究和發展。例如，基于電壓和電流相位關系的繼電保護方法，可以通過分析電路中的電壓和電流相位差來探測電路故障，實現精準的電流保護；基于電流頻率的保護方法，能夠檢測電路中的電流頻率變化，判斷故障類型，并及時切斷故障電路，保護電力設備的安全運行。

3.2 饋線自動化

在配電網繼電保護領域，饋線自動化方法是一項創新性的技術，以其高效、智能的特點引起了廣泛關注。饋線自動化方法在配電網的運行和管理中發揮著重要的作用，能夠有效地解決傳統配電網中出現的一系列問題。具體體現如下。

（1）實現配電網的自動監測和故障定位。傳統的配電網需要人工巡檢和手動排查，耗費時間和人力資源。而饋線自動化方法通過安裝智能傳感器和監控裝置，可實時監測配電網的運行狀態。當出現故障時，能夠及時發出警報并定位故障點。這大幅提高了故障排查效率，減少了停電時間，提升了配電網的可靠性和穩定性。

（2）實現配電網的自動重構和重新供電。在傳統的配電網中，當一條饋線發生故障或需要維護時，通常需要手動操作和調整其他饋線的供電方式，易造成不必要的停電。而饋線自動化方法可以使系統自動感知故障并進行網絡重構，實現對故障饋線的分離和維護，同時自動調整其他饋線的供電路徑，保證用戶的正常用電。這種智能化的供電方式不僅提高了供電的可靠性，還最大程度地減少了對用戶的影響。

（3）配電網的遠程監控和遠程操作。傳統配電網的管理需要人工操作和現場巡視，效率較低。而饋線自動化方法通過將繼電保護設備與通信技術相結合，實現了對配電網的遠程監控和操作。不僅可以通過遠程終端設備實時監測配電網的運行狀態，還可以進行遠程操作和控制，如故障恢復、網絡重構等。這大幅提高了配電網的管理效率，減少了人力資源的浪費，實現了智能化的運維管理。

3.3 集中控制

傳統的配電網繼電保護主要采用分散式控制方式，每個設備都配備有獨立的繼電保護裝置，以實現對設備的保護和控制。然而，隨著電力系統規模的不斷擴大和電網復雜性的增加，分散式控制方式已無法滿足需求。集中控制作為一種新興的控制方式，逐漸成為了配電網繼電保護領域的研究熱點。集中控制指通過集中的控制中心對整個電力系統的繼電保護進行統一管理和控制，將各設備間的保護裝置聯接起來，形成一個高度智能化、協調性強的繼電保護網絡。這種集中控制具備高效、靈活、可靠的特點，為配電網的安全運行提供了有力支持。具體體現如下。

（1）傳統的分散式控制方式存在大量的冗余設計，如設備間的重復安裝、調試及維護等。而集中控制可以實現統一的配置和管理，大幅減少了工作的重復性和資源浪費。通過集中控制中心對電力系統進行監控、故障診斷及遠程操作，能夠快速定位和解決問題，提高了響應速度。且其可以通過網絡實現遠程實時監控，在保證運行安全的前提下，最大限度地提高了系統的利用率。

（2）集中控制使繼電保護系統更加靈活。在傳統分散式控制方式中，當電力系統發生變動或加入新設備時，需要對每個保護裝置進行獨立的調整和改變，工作繁瑣且容易出錯。而集中控制可以通過軟件配置實現對所有設備的統一調整，減少了人為操作的錯誤，同時也大幅節約了時間和成本。

（3）集中控制可以通過集成其他數據信息，如溫度、濕度、負荷等參數，實時分析和預測電力系統的運行狀態，為系統運行和維護提供更多的決策依據。在傳統分散式控制方式中，每個保護裝置相對獨立，當其中一個設備發生故障時，可能會引發級聯故障，導致電力系統的崩潰。而集中控制可以通過全面監測和分析，及時發現和處理潛在的故障隱患，避免了系統崩潰的風險。

（4）集中控制通過遠程操作和自動化技術，減少了人為操作的錯誤，提高了繼電保護系統的自動化水平，增強了系統運行的可靠性和安全性。

3.4 廣域測控系統

配電網繼電保護作為現代電力系統中的一項關鍵技術，承擔著維護電網穩定運行和保障供電質量的重要使命。然而，在快速發展的電力行業中，傳統的繼電保護系統逐漸暴露出一系列的不足，如單一功能、局限性及運維成本高等問題。為了適應新時代的發展需求，廣域測控系統得到了廣泛運用，為配電網繼電保護帶來了創新與進步。廣域測控系統，簡稱GWCC 系統，借助先進的通信技術與數據處理技術，實現了多站點、大區域的繼電保護和自動化控制。與傳統繼電保護相比，GWCC 系統以其獨特的優勢和功能引領著繼電保護技術的發展潮流。

（1）廣域測控系統的創新之處體現在其對多站點的支持上。傳統的繼電保護系統通常只能處理一個站點的數據，而GWCC 系統通過有效的通信網絡，實現了對多個站點的繼電保護操作與數據管理。這意味著電力公司可以同時監測和控制位于不同地點的多個配電站，大幅提升了電網運行的靈活性和效率。廣域測控系統結構如圖1所示。

圖1 廣域測控系統結構示意

（2）廣域測控系統在數據處理和應用方面呈現出突出的特點。該系統能夠實時采集、傳輸及處理各種類型的電力數據，如電流、電壓、功率及頻率等指標，可準確描述電力系統的運行狀態。通過智能數據分析和算法，GWCC 系統能夠快速識別電力系統中的異常現象，并及時采取相應的措施進行處理，以保障電網的安全穩定。

（3）廣域測控系統具備強大的自動化控制功能。通過與配電站的自動化設備進行無縫連接，GWCC系統可以實現對配電設備的遠程監測和控制。在電力系統運行過程中，GWCC 系統能夠自動檢測和處理各類故障，如過載、短路及接地故障等，從而快速實現故障隔離和恢復。這為電力公司節約了人力、物力成本，并提高了電網的可靠性和穩定性。

4 結束語

綜上所述，在配電網中實施繼電保護所發揮的價值較為突出，有助于減少故障問題的發生，為配電網的穩定和安全運行提供重要的基礎。因此要結合實際情況，科學實施繼電保護，以此滿足配電網繼電保護的使用要求。