羅永峰?曾昕?唐軍?陳粵新

摘要：“電網(wǎng)2.0”時代，電力系統(tǒng)朝著智能化的方向發(fā)展，其主要是以集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在各類先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備支持下，達(dá)到安全、高效的應(yīng)用目標(biāo)。繼電保護(hù)技術(shù)不僅能保障智能化電力設(shè)備的安全、穩(wěn)定，還能借助于科學(xué)手段預(yù)防電網(wǎng)大面積停電。就繼電保護(hù)技術(shù)展開探討，旨在全面提升繼電保護(hù)裝置的可靠性，助力智能化電力系統(tǒng)高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能化電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)技術(shù)；運(yùn)行

一、前言

繼電保護(hù)技術(shù)主要是指通過對電氣設(shè)備的有效配置與管理，以此保障電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。在該項技術(shù)的應(yīng)用過程中，工作人員不僅需要了解其運(yùn)行原理和操作規(guī)范，還需結(jié)合繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)，遵循靈活性等原則，最大化發(fā)揮其應(yīng)用價值。通過繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，全面、動態(tài)化地反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，進(jìn)而綜合各項數(shù)據(jù)，加以分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)并解決其中存在的問題，避免出現(xiàn)大規(guī)模停電的現(xiàn)象。

二、智能化電力系統(tǒng)概述

智能電網(wǎng)的本質(zhì)就是電網(wǎng)智能化，以傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用各類先進(jìn)技術(shù)保障整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，獲得更多的經(jīng)濟(jì)和社會效益。智能電力系統(tǒng)是指基于先進(jìn)的信息技術(shù)和通信技術(shù)，將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與數(shù)字化、自動化、智能化技術(shù)相結(jié)合的一種新型電力系統(tǒng)。它集成了智能感知、智能控制、智能優(yōu)化和智能決策等功能，旨在提高智能化電力系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，有效滿足現(xiàn)代用戶的用電需求。

智能化電力系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1.智能感知：通過各種傳感器、智能檢測設(shè)備等實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、電能質(zhì)量、負(fù)荷需求等，精確采集和感知電力信息。

2.智能控制：借助智能化的數(shù)據(jù)分析、通信和控制技術(shù)，對電力系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控、分析和優(yōu)化，以精確控制電力設(shè)備、負(fù)荷、能源。

3.智能優(yōu)化：通過數(shù)據(jù)分析和智能算法，對電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析和優(yōu)化，以提高智能化電力系統(tǒng)的效率。

4.智能決策：基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，通過智能化的決策支持系統(tǒng)，為智能化電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理提供科學(xué)的決策支持。

5.互聯(lián)互通：智能電力系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，實現(xiàn)電力設(shè)備、用電用戶和能源供應(yīng)之間的全面互聯(lián)互通，形成一體化的智能電力系統(tǒng)。

三、繼電保護(hù)技術(shù)在智能化電力系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）快速準(zhǔn)確地檢測

故障繼電保護(hù)技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測電力系統(tǒng)中的電流、電壓、頻率等參數(shù)，并能迅速準(zhǔn)確地檢測系統(tǒng)中的故障，如短路、地線故障等。這有助于及時采取故障隔離和恢復(fù)措施，維護(hù)智能化電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性

繼電保護(hù)技術(shù)能夠?qū)χ悄芑娏ο到y(tǒng)中的故障進(jìn)行及時地切除和隔離。這有助于防止故障擴(kuò)大，減少供電中斷時間。

（三）智能化的保護(hù)調(diào)度

繼電保護(hù)技術(shù)可以與其他智能設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行交互，共享實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。通過與智能電力系統(tǒng)的集成，繼電保護(hù)可以根據(jù)實時的系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)荷需求，實現(xiàn)智能化的保護(hù)調(diào)度和優(yōu)化。

（四）遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理

繼電保護(hù)技術(shù)的智能化特性允許遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)維人員可以實時獲取智能化電力系統(tǒng)的狀態(tài)和事件信息，快速響應(yīng)和決策，減少了人力資源的需求。

（五）故障分析和診斷

繼電保護(hù)技術(shù)能夠記錄和存儲智能化電力系統(tǒng)中的故障事件和數(shù)據(jù)，利用智能分析算法進(jìn)行故障診斷和根因分析。這有助于查找故障原因，提高故障處理和維修的效率。

（六）安全性和可維護(hù)性提升：繼電保護(hù)技術(shù)在智能電力系統(tǒng)中的應(yīng)用通常伴隨著自動化和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，減少了人員在危險環(huán)境中暴露的時間和風(fēng)險。此外，繼電保護(hù)技術(shù)的智能化特性還能提供電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)備健康狀況評估，提前預(yù)警設(shè)備故障并進(jìn)行維護(hù)。

四、繼電保護(hù)裝置的概念及作用

（一）繼電保護(hù)裝置的概念

繼電保護(hù)裝置由三大部分構(gòu)成：測量、邏輯和執(zhí)行，在其實際的運(yùn)行過程中，必須滿足四大要求：可靠性、選擇性、靈敏性和速動性，才能最大化地發(fā)揮應(yīng)用作用（如圖1所示）。

可靠性是指在一定的范圍內(nèi)，繼電保護(hù)裝置選擇的動作是可靠的，通常不會發(fā)生較大變動。選擇性是指針對上下級電網(wǎng)的繼電保護(hù)進(jìn)行整定，需要主機(jī)積極配合，如果電網(wǎng)發(fā)生故障時，能夠選擇性地清除一部分故障，解決部分問題，其他沒有發(fā)生故障的部分依然持續(xù)供電。靈敏性是指如果線路出現(xiàn)了金屬性的短路故障，那么繼電保護(hù)裝置會自動調(diào)整，具有靈敏系數(shù)，由繼電保護(hù)裝置的整定值實現(xiàn)。速動性是指當(dāng)發(fā)生短路故障的時候，在極短的時間內(nèi)，繼電保護(hù)裝置可以將其切除，以此維持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，在原本的基礎(chǔ)上持續(xù)縮小故障負(fù)面影響的范圍[1]。

（二）繼電保護(hù)技術(shù)的作用

1.預(yù)保護(hù)作用

隨著社會的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)建設(shè)速度持續(xù)加快，在該背景下，繼電保護(hù)任務(wù)越來越繁重。為了切實有效降低事故的發(fā)生概率，降低負(fù)面因素的影響，就必須增強(qiáng)運(yùn)用繼電保護(hù)技術(shù)，發(fā)揮其保護(hù)作用，做好相關(guān)風(fēng)險的預(yù)警活動，以此滿足電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實需求。繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用需要合理控制各類不平衡功率，并結(jié)合現(xiàn)實情況構(gòu)建失步解列控制系統(tǒng)，減少平時停電事故的發(fā)生概率，也避免了電力企業(yè)發(fā)生經(jīng)濟(jì)損失，造成資源浪費(fèi)[2]。與此同時，由于電網(wǎng)的發(fā)展使得其復(fù)雜性增加，智能化水平上升，所以繼電保護(hù)技術(shù)的功能也越來越完善，應(yīng)用更加廣泛。在器械設(shè)備的支持下，使得相關(guān)電力數(shù)據(jù)得以高效處理，動態(tài)化存儲到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，在智能技術(shù)的支持下合理分析，得出準(zhǔn)確的結(jié)果，便于工作人員把握其變化規(guī)律，達(dá)到高質(zhì)量的綜合管控目的，進(jìn)一步完善智能電網(wǎng)建設(shè)，滿足人們?nèi)找嫣岣叩挠秒娦枨蟆?/p>

2.保證電氣元器件正常運(yùn)作

隨著信息化設(shè)備及技術(shù)的逐漸成熟，繼電保護(hù)技術(shù)裝置也愈發(fā)完善，技術(shù)使用效果更佳。通過繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，并為工作人員提供參考，便于第一時間予以維修，使得電氣元器件的運(yùn)行更加穩(wěn)定。與此同時，在繼電保護(hù)技術(shù)的支持下，對于已經(jīng)發(fā)生故障的元器件，該項技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地將其隔離開來，有效保護(hù)電力設(shè)備，使得其他正常的元器件工作不會受到影響，大大提高了電力資源傳輸水平，促進(jìn)智能化電力系統(tǒng)朝著高質(zhì)量運(yùn)行的方向發(fā)展。

3.提高輸電斷面安全性

新時代，國家積極建設(shè)智能電網(wǎng)，在各項信息技術(shù)的支持下，為了保護(hù)智能化電力系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)揮了一定的作用，其不僅能夠增強(qiáng)輸電斷面的安全性，合理協(xié)調(diào)各項保護(hù)、穩(wěn)控裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，還能有效避免斷面支路發(fā)生連鎖過載跳閘等情況。電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，有發(fā)生連鎖過載跳閘的概率，那么繼電保護(hù)技術(shù)就能緊急對其予以控制，將支路過載積極消除，并且允許過負(fù)荷保護(hù)延時跳閘，避免了停電事故的發(fā)生，避免了給人們生活工作等造成負(fù)面影響[3]。

五、智能化電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)技術(shù)的運(yùn)用原則

（一）三段式繼電保護(hù)原則

智能化電力系統(tǒng)工作過程中，經(jīng)過電流感應(yīng)器的電流大小一樣，但方向相反，這一狀態(tài)就提示電流是正常的，此時繼電保護(hù)器并沒有啟動。在該狀態(tài)下，感應(yīng)磁通數(shù)值一般是0，斷電開關(guān)也處于靜止的狀態(tài)。但是，如果狀態(tài)和上述相反，電流的方向一致，則感應(yīng)磁通的數(shù)值不為0，而后斷電開關(guān)會自動運(yùn)轉(zhuǎn)，這一狀態(tài)也屬于自動啟用繼電保護(hù)器的提示。

（二）接零保護(hù)原則

針對智能化電力系統(tǒng)設(shè)備來說，如果其已經(jīng)發(fā)生了導(dǎo)線外露，那么工作人員需要對接線進(jìn)行接零保護(hù)，尤其是帶有金屬的部分，更要引起重視。在具體的操作過程中，不要直接熔斷電阻絲，而需要配備保護(hù)的零線。與此同時，在次要保護(hù)零線上，一般也不會安裝開關(guān)，為了進(jìn)一步降低風(fēng)險隱患，也應(yīng)注意不要將接地保護(hù)零線和接零保護(hù)零線放在一起安裝，如此則能夠達(dá)到安全使用的目的。

（三）接地保護(hù)原則

在智能化電力系統(tǒng)的使用中，為了避免其裝備接地效果受到外界干擾，工作人員在操作中應(yīng)遵循接地保護(hù)的原則，明確關(guān)鍵操作內(nèi)容就是要有至少三個接地點(diǎn)，做好系列接地處理工作，且將電阻率的范圍控制在1～4Ω。若導(dǎo)線外露，對其予以接地保護(hù)，主要是在沒有產(chǎn)生電流的前提下進(jìn)行，這樣工作人員在具體的操作中并不會受到影響，降低了安全隱患。不管是對哪一種金屬外殼和裝備予以接地處理，都需要參照上述要求，采取必要措施，這樣才不會引發(fā)后續(xù)的故障問題[4]。

（四）繼電保護(hù)器的安裝原則

安裝過程中需要考慮兩方面因素，一是額定的繼電保護(hù)時長。一般情況下，不同等級的支干線額定的繼電保護(hù)時長并不一樣，相對于平常的保護(hù)時長而言，一級和其相差0.2s，三級和其相差0.4s。二是針對不同等級的支干線而言，額定的繼電保護(hù)電流大小也不一樣，需要將其控制在0～300mA[5]。

六、繼電保護(hù)技術(shù)在智能化電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

（一）電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)

在智能化電力系統(tǒng)中，輸變電電網(wǎng)比較重要，占據(jù)了一定的地位，輸變電電網(wǎng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行在一定程度上決定了電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，從源頭上降低了風(fēng)險隱患，減少了故障的發(fā)生概率，有助于工作人員及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險苗頭，并將風(fēng)險扼殺在萌芽狀態(tài)，使得電網(wǎng)運(yùn)行安全水平得到大幅提高。與此同時，工作人員應(yīng)正確把握安裝要求，綜合考慮多方因素，并依據(jù)相關(guān)規(guī)章制度，選擇合理的繼電保護(hù)裝置，確保其具備較快的響應(yīng)速度，并且靈敏度也要高。此外，工作人員還應(yīng)考慮電網(wǎng)自身特點(diǎn)，關(guān)注周圍的環(huán)境特點(diǎn)，了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、電磁干擾情況等，制定針對性的應(yīng)用方案，這樣才能最大化地發(fā)揮繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價值，使其在任何狀態(tài)、條件下都能發(fā)揮預(yù)期的作用，達(dá)到預(yù)期保護(hù)目的。

（二）發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

各個電氣設(shè)備相輔相成，在智能化電力系統(tǒng)中一起發(fā)揮效用，達(dá)到供電目的。其中，發(fā)電機(jī)是重中之重，如果發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，那么電力系統(tǒng)必然無法繼續(xù)供電。在發(fā)電機(jī)中，比較常見的故障是定子組匝間短路，其使得相關(guān)設(shè)備的溫度持續(xù)上升，在高溫的負(fù)面影響下，發(fā)動機(jī)內(nèi)部絕緣層的功能慢慢喪失，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行也會逐漸減緩，直至故障無法使用，甚至?xí)o整個系統(tǒng)造成無法挽回的后果。基于此，為了能有效解決上述問題，工作人員可以安裝保護(hù)匝間裝置，這樣能夠解決上述問題，減少短路情況。同時，如果發(fā)電機(jī)單相接地電流超出了規(guī)定數(shù)值，那么繼電保護(hù)裝置會接收到這一信號，進(jìn)而自主啟動，應(yīng)對故障。又如，發(fā)電機(jī)的故障在低負(fù)荷狀態(tài)下會造成絕緣擊穿故障，此時繼電保護(hù)裝置也會發(fā)揮作用，及時向工作人員報警，將電源主動切斷，保護(hù)了發(fā)電機(jī)裝置。

（三）變壓器繼電保護(hù)

信息技術(shù)的不斷發(fā)展促使繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用成為電力行業(yè)的一次新探索，在具體的應(yīng)用中，其能依據(jù)電壓等級等信息，解決存在的故障，實現(xiàn)對系統(tǒng)的全方位保護(hù)。為最大化地利用設(shè)備，發(fā)揮變壓器繼電保護(hù)的作用，達(dá)到預(yù)期效果，工作人員在前期的選擇安裝中應(yīng)結(jié)合實際情況，選擇匹配相符的裝置，并將相關(guān)數(shù)值代入模型中予以計算，避免出現(xiàn)偏差過大等問題。就繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用情況來看，可以從如下幾個方面予以分析：

其一是接地保護(hù)。由于變壓器是十分重要的電氣設(shè)備之一，其接地系統(tǒng)已經(jīng)成熟了，工作人員需嚴(yán)格參照說明手冊及技術(shù)要求等予以安裝，對接地左右兩側(cè)進(jìn)行零序電流保護(hù)。如果變壓器本身并沒有包含自接地系統(tǒng)，則需要對其進(jìn)行二次處理，可以運(yùn)用零序電壓保護(hù)的方法。

其二是瓦斯保護(hù)。因為變壓器中有油箱設(shè)備，所以油箱設(shè)備的安全性也會影響運(yùn)行效果。一旦油箱發(fā)生故障，那么變壓器中的絕緣材料就會被分解，進(jìn)而在和油料的相互作用下，產(chǎn)生大量的氣體，甚至?xí)l(fā)生不可挽回的爆炸事故?；诖?，為了保障人身財產(chǎn)安全，避免發(fā)生經(jīng)濟(jì)損失等，繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用就能切實有效地解決這類問題，滿足智能化電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的有關(guān)要求，在發(fā)現(xiàn)異常時立即切斷電源。

其三是短路保護(hù)。由于變壓器的故障類型繁多，且具有一定的復(fù)雜性，其中短路故障是危害性最大的一類，短路故障不僅可能損壞變壓器，還可能擴(kuò)大負(fù)面影響，造成更加嚴(yán)重的后果。而繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用則能妥善解決短路故障，發(fā)現(xiàn)安全隱患時馬上切斷電源系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

（四）線路接地保護(hù)

工作人員需要結(jié)合個人的理論知識和工作經(jīng)驗，了解智能化電力系統(tǒng)各個電器元件的應(yīng)用機(jī)制和功能，了解輸變電網(wǎng)的實際情況，并依據(jù)不同的情況對不同線路采取不同的接地方法，將應(yīng)用價值最大化。不論采取哪種接地方式，其本質(zhì)上都是利用大、小電流來實現(xiàn)電流導(dǎo)出，以此提高智能化電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全水平。其中，大電流的作用是切斷電源，小電流的作用則是在不同的故障情況下發(fā)出警報，便于工作人員積極應(yīng)對，及時采取處置措施解決問題。繼電保護(hù)技術(shù)可以劃分為如下幾種：

其一是零序電壓，主要是指如果智能化電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)比較穩(wěn)定，則系統(tǒng)中并不存在零序電壓，一旦發(fā)生故障，那么就會出現(xiàn)且?guī)韲?yán)重的負(fù)面影響。繼電保護(hù)技術(shù)可以自主啟動，對該故障予以處理，處理的同時還會將相關(guān)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，工作人員通過分析了解，依據(jù)信號內(nèi)容積極趕到現(xiàn)場處理各類問題，并恢復(fù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行，避免負(fù)面影響進(jìn)一步擴(kuò)大。

其二是零序電流，主要是指如果電力系統(tǒng)的運(yùn)行不能恢復(fù)正常，零序電流便會逐步升高，而后相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置也會自動啟動，電源會被自動切斷，最終達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。

（五）母線繼電保護(hù)

繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價值是大家有目共睹的，將其運(yùn)用到母線保護(hù)過程中，也能達(dá)到提升保護(hù)效果的目標(biāo)。母線是智能化電力系統(tǒng)中比較重要的組成部分，如果母線發(fā)生了不同程度的故障，那么就會影響到電力系統(tǒng)的有序運(yùn)行。當(dāng)前，繼電保護(hù)裝置可以通過比對相位的方法，減少干擾因素，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。同時，工作人員也可以優(yōu)化母線元件設(shè)計，升級功能，通過合理利用電流互感器將各項功能發(fā)揮出來，依據(jù)母線運(yùn)行的實際狀態(tài)，選擇最合理的連接位置，最終達(dá)到預(yù)期的運(yùn)轉(zhuǎn)目標(biāo)[7]。

七、結(jié)語

時代不斷發(fā)展，電能是社會進(jìn)步的重要能源。為了保障電力行業(yè)持續(xù)發(fā)展，全面有效地提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，工作人員有必要對關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備展開研究，了解具體的運(yùn)行機(jī)制，把握運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)而不斷探究如何更好地利用技術(shù)成果，以此解決能源供應(yīng)不被中斷等問題。通過對繼電保護(hù)技術(shù)的研究分析，明確其未來發(fā)展趨勢，有助于繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用更加成熟穩(wěn)定。

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作者單位：國家電投集團(tuán)揭東能源有限公司

責(zé)任編輯：尚丹