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      智能電網中的繼電保護技術

      發布時間:2016-12-28

      電為世界的進步提供了無窮動力,對經濟的發展也具有舉足輕重的作用。隨著我國經濟的不斷發展,傳統電網不能良好滿足未來經濟發展的要求,由此提出了建設具有中國特色智能電網的目標。電氣設備的繼電保護主要是研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況,以探討其對策的反事故自動化措施,是保障電網安全運行最基本、最重要、最有效的技術手段。本文從智能電網繼電保護角度,首先分析了智能電網是電網發展的必然趨勢,然后闡述了智能電網將對傳統繼電保護的影響,最后重點分析了智能電網中的繼電保護技術。

      智能電網也被稱為“電網2.0”,就是電網的智能化,實現電網的高效經濟、安全可靠、環境友好、使用安全的目標。它是通過先進的設備技術、先進的傳感和測量技術、先進的決策支持系統技術以及先進的控制方法,建立在高速雙向通信網絡的基礎上的集成應用。

      1 智能電網是電網發展的必然趨勢

      電網使各種先進技術在電網中得到集成應用,不斷吸納信息化、工業化成果,極大提升了電網系統功能,已成為社會發展信息化和工業化的基礎和重要組成部分之一。

      1.1 智能電網是電網技術發展的必然趨勢

      近年來,在電網中廣泛深入的應用計算機、通信、自動化等技術,與傳統電力技術有機融合,電網的智能化水平得到了極大地提升。在電網中廣泛應用信息技術和傳感器技術,使電網自愈成為可能,提供了輔助決策和系統狀態分析技術支持。因為柔性輸電技術、自動化技術以及調度技術的發展,可再生能源和分布式電源的開發利用得到了基本保障。隨著各種新技術的進一步發展,高度集成物理電網應用,通信網絡的完善,推廣和應用用戶信息采集技術,進一步促進了電網與用戶的雙向互動,智能電網便應運而生。

      我國“十二五”期間,國家電網將投資5000億元,建成連接大型能源基地與主要負荷中心的“三橫三縱”的特高壓骨干網架和13回長距離支流輸電工程,到2015年基本建成具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網,形成以華北、華中、華東為受端,以西北、東北電網為送端的三大同步電網,使電網的資源配置能力、經濟運行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。

      1.2 發展智能電網是社會經濟發展的必然選擇

      由當前全球電網面臨的挑戰可見,低碳高效安全可靠的智能電網是21世紀電網發展的方向,智能電網調度系統、靈活輸電技術以及與用戶的實時雙向交互,都可以優化潮流分布,減少線損。同時,分布式電源的建設與應用,也減少了電力遠距離傳輸的網損,從而使得智能電網具有較高的安全可靠性。

      2 智能電網將對傳統繼電保護的影響

      自愈性是智能電網的一個重要的功能特性,其是指從系統中把電網中有問題的元件隔離出來,并且可以使系統迅速恢復到正常運行狀態,幾乎不中斷對用戶的供電服務,減少人為干預。幫助電壓降低、故障分析、過載等系統運行狀態,通過運用本地和遠程設備的通信,采取適當的控制行動。各種不同類型的發電和儲能系統通過智能電網能夠安全、無縫地容許接通,簡化聯網的過程。

      同時,繼電保護的發展隨著智能電網的發展,也迎來了新的契機,智能電網不受傳統電磁式互感器飽和的影響,縮短了數據處理時間,所采用的新型傳感器技術簡化了保護的數據算法。

      3 智能電網下繼電保護技術

      3.1 保證時間及數據同步

      常規微機繼電保護驅動各個通道的模數轉換器是由裝置內部唯一的系統時鐘經控制總線實現的,通過二次電纜,將各個互感器的電氣量二次模擬值接入保護裝置,數據采集的同步精度很高。在較大的范圍內,如何保持時間和數據的同步將是研究重點,這主要是因為涉及到的保護將不局限于1 個或2 個變電站,不局限于1 個或2 個裝置。變電站內現有的對時采用3種對時方式(串口對時、脈沖對時、編碼對時),外部時間基準主要以GPS 時間信號作為主時鐘,對時精度可達到ms 級。

      智能網絡化變電站數據為了實現數據采集的同步、各保護之間信息交互和相互配合,采用數據采集模式,例如分布式電子式互感器和合并單元,至保護等電子式設備經網絡傳送,通過精密對時技術,各保護裝置的時鐘和各數據采集單元時鐘實現準確同步,簡單來說,也就是系統的時鐘源需要一個統一精確的時鐘。

      3.2 劃分區域結構

      繼電保護應用的可行性在小區域、站域內進行分析。制訂系統內的保護區域結構劃分,有利于繼電保護的應用研究。從保護配置冗余度、通信冗余度、電網結構冗余度等方面,分析系統內測量系統配置現狀、網絡通信技術和通信設備、繼電保護配置現狀,進行可行性研究。參照經典變電站結構模型,使繼電保護具備系統范圍內的區域決策功能,形成區域保護配置方案,分層分布,使智能變電站適應具有決策功能的建設形勢。

      3.3 調整后備保護

      根據繼電保護后備配置現狀,區域內保護動作信息、區域信息采集、網絡節點開關信息的綜合利用,拒動主保護、開關等現象,研究智能電網繼電保護后備新原理,綜合考慮后備保護適應、網絡拓撲變化,使保護應具有快速反應能力,使開關策略在本地保護跳區域內具有可行性,區域內研究故障的快速隔離保護跳閘策略,最后制訂區域內各保護之間的智能電網機電保護的協作機理。

      對原有基于傳統互感器特性的保護判據,基于新傳感原理電子式互感器的特性,進行進行新保護判據或者調整研發:a. 在區外故障時,電子式互感器不易受飽和的影響,但是電磁式電流互感器因為飽和等原因,可能會造成保護誤動,具有保護判據中區外故障躲TA 飽和判據, 因此TA 飽和判據應作適當調整,以適應這一保護誤動。b. 針對模擬式互感器保護裝置數據異常判據,對數據異常的處理,包括電壓電流正負序分量的斷線判據等,保護判據可利用的信息量不豐富。采用通信網絡數據傳輸或者電子式互感器數據采集,需要重新保護判據綜合研究這些信息,這是因為智能電網中的繼電保護可利用的信息不僅包含了例如合并單元等采集和傳輸介質等異常信息,還包含了范圍更廣的電氣量。

      3.4 與傳統保護的配合

      在建設過程及建成后,智能電網應考慮不同類型保護之間的互操作問題,這主要是因為其不可避免遇到保護配合及協作問題,例如數字化變電站保護和傳統微機保護。這些互操作問題包括:(1)當區外發生故障時,由于一側保護線路差動保護中采用電磁式電流互感器,很可能發生單端飽和現象,另一側保護采用電子式互感器,此時,應具有防止保護誤動和判單端飽和的功能的線路兩端差動保護。(2)基于兩側都是模擬式互感器,原有線路差動保護數據同步的算法需要進行新保護算法的研究,存在兩側不同互感器類型的數據同步問題。

      4 結束語

      繼電保護裝置是電網中的“衛士”,起著將電網故障與系統隔離、防止事故擴大的作用。實際工作中,堅持先進技術應用,智能電能發展在總結現有工作成果和經驗的基礎上,應以以科學發展觀為指導,加強繼電保護專業隊伍建設,是保證電網安全穩定運行、提高繼電保護裝備和運行水平的關鍵。(論文網)
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