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配電網(wǎng)繼電保護(hù)的創(chuàng)新路徑研究

2023-11-23 15:01
今日自動(dòng)化 2023年7期
關(guān)鍵詞:集中控制廣域饋線

石 宇

(國(guó)網(wǎng)保定供電公司,河北保定 071000)

1 配電網(wǎng)繼電保護(hù)概述

1.1 概念

配電網(wǎng)繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。其采用先進(jìn)的電子技術(shù),通過感知電力系統(tǒng)異常狀況,及時(shí)采取保護(hù)措施,以防止故障擴(kuò)展并最小化對(duì)設(shè)備和用戶的影響。配電網(wǎng)指將輸電網(wǎng)傳輸來的高電壓電能經(jīng)由變電站和配變站進(jìn)行變壓、分支,再分配到各個(gè)終端用戶的電力系統(tǒng)。其涉及的電壓等級(jí)相對(duì)較低,一般為10 kV 以下,包括低壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)。為了確保配電網(wǎng)的安全運(yùn)行,繼電保護(hù)系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。繼電保護(hù)是一種基于繼電器的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)。繼電器是一種電氣裝置,具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過感知電力系統(tǒng)中的異常信號(hào),如過流、接地故障、短路等,來觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)。

1.2 原理

配電網(wǎng)繼電保護(hù)的原理主要包括信號(hào)采集、信號(hào)處理與判斷、動(dòng)作執(zhí)行3個(gè)環(huán)節(jié)。①信號(hào)采集。繼電保護(hù)系統(tǒng)通過各類傳感器或測(cè)量裝置,對(duì)電力系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與采集。這些傳感器安裝在配電設(shè)備上,能夠感知系統(tǒng)中的異常信號(hào)。②信號(hào)處理與判斷。繼電保護(hù)系統(tǒng)通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理、分析及判斷,確定是否存在電力系統(tǒng)故障或異常情況。這一過程通常需要依靠電子技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)處理、濾波、保護(hù)算法等方法來實(shí)現(xiàn)。③動(dòng)作執(zhí)行。當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)判斷存在故障或異常情況時(shí),將觸發(fā)相應(yīng)的繼電器動(dòng)作,通過控制開關(guān)、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(kuò)展,保障電力系統(tǒng)的其他部分正常運(yùn)行。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)原理的核心在于及時(shí)感知異常信號(hào)、準(zhǔn)確分析判斷,并采取相應(yīng)的措施來保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這種保護(hù)機(jī)制的重要性不容忽視,其能夠最大限度地減少故障對(duì)電力系統(tǒng)和用戶的影響,提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2 配電網(wǎng)繼電保護(hù)創(chuàng)新的必要性

(1)提升電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。隨著電力負(fù)荷的增加和用電需求的多樣化,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)已無法滿足電力系統(tǒng)對(duì)于高可靠性和高安全性的需求。而通過創(chuàng)新技術(shù)和方法,可以提高繼電保護(hù)的響應(yīng)速度、準(zhǔn)確性及可靠性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決線路故障和異常情況,從而最大限度地保護(hù)電力設(shè)備和用戶的安全。

(2)提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可持續(xù)發(fā)展能力。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)通常需要大量的人力投入和手動(dòng)操作,效率較低且易出錯(cuò)。而通過創(chuàng)新可以引入自動(dòng)化技術(shù)和智能化算法,實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和智能化管理,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和響應(yīng)能力。此外,創(chuàng)新還可以促進(jìn)配電網(wǎng)與新能源、能量?jī)?chǔ)存及智能電網(wǎng)等新興技術(shù)的融合,推動(dòng)電力系統(tǒng)向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

(3)適應(yīng)電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和變化性。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電能質(zhì)量要求的提高,電力系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。在此背景下,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn),如對(duì)于多源接入、多級(jí)保護(hù)和電能質(zhì)量問題的處理仍然存在較大難度。而通過創(chuàng)新可以開發(fā)出適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境和靈活應(yīng)變的繼電保護(hù)技術(shù)和設(shè)備,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性。

(4)推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)的核心技術(shù)之一,通過創(chuàng)新可以培養(yǎng)和吸引更多的人才投入到電力行業(yè),推動(dòng)科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)的升級(jí),提升國(guó)家在電力領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。

3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)的創(chuàng)新方法

3.1 斷路器電流保護(hù)

常見的斷路器電流保護(hù)方法是過電流保護(hù),通過監(jiān)測(cè)電路中的電流大小來判斷電路是否發(fā)生故障,一旦發(fā)現(xiàn)電流超過額定值,斷路器即刻動(dòng)作,切斷電路,保護(hù)電力設(shè)備和電器設(shè)備的安全運(yùn)行。這種保護(hù)方法憑借其簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)得到了廣泛采用。然而,隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電氣設(shè)備的不斷更新,只依靠過電流保護(hù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求?;诖耍环N更加先進(jìn)的斷路器電流保護(hù)方法——差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)。其通過比較電路的電流差異來判斷電路是否發(fā)生故障。差動(dòng)保護(hù)方法具有高速度、高精度的特點(diǎn),能夠迅速切斷故障電路,保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

除了過電流保護(hù)和差動(dòng)保護(hù),其他的斷路器電流保護(hù)方法正在被研究和發(fā)展。例如,基于電壓和電流相位關(guān)系的繼電保護(hù)方法,可以通過分析電路中的電壓和電流相位差來探測(cè)電路故障,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電流保護(hù);基于電流頻率的保護(hù)方法,能夠檢測(cè)電路中的電流頻率變化,判斷故障類型,并及時(shí)切斷故障電路,保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.2 饋線自動(dòng)化

在配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域,饋線自動(dòng)化方法是一項(xiàng)創(chuàng)新性的技術(shù),以其高效、智能的特點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。饋線自動(dòng)化方法在配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理中發(fā)揮著重要的作用,能夠有效地解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)的一系列問題。具體體現(xiàn)如下。

(1)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障定位。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)需要人工巡檢和手動(dòng)排查,耗費(fèi)時(shí)間和人力資源。而饋線自動(dòng)化方法通過安裝智能傳感器和監(jiān)控裝置,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)并定位故障點(diǎn)。這大幅提高了故障排查效率,減少了停電時(shí)間,提升了配電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

(2)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)重構(gòu)和重新供電。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中,當(dāng)一條饋線發(fā)生故障或需要維護(hù)時(shí),通常需要手動(dòng)操作和調(diào)整其他饋線的供電方式,易造成不必要的停電。而饋線自動(dòng)化方法可以使系統(tǒng)自動(dòng)感知故障并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)故障饋線的分離和維護(hù),同時(shí)自動(dòng)調(diào)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(duì)用戶的影響。

(3)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的管理需要人工操作和現(xiàn)場(chǎng)巡視,效率較低。而饋線自動(dòng)化方法通過將繼電保護(hù)設(shè)備與通信技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。不僅可以通過遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制,如故障恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。這大幅提高了配電網(wǎng)的管理效率,減少了人力資源的浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)了智能化的運(yùn)維管理。

3.3 集中控制

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護(hù)主要采用分散式控制方式,每個(gè)設(shè)備都配備有獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置,以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)和控制。然而,隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)復(fù)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(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。集中控制指通過集中的控制中心對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制,將各設(shè)備間的保護(hù)裝置聯(lián)接起來,形成一個(gè)高度智能化、協(xié)調(diào)性強(qiáng)的繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。這種集中控制具備高效、靈活、可靠的特點(diǎn),為配電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了有力支持。具體體現(xiàn)如下。

(1)傳統(tǒng)的分散式控制方式存在大量的冗余設(shè)計(jì),如設(shè)備間的重復(fù)安裝、調(diào)試及維護(hù)等。而集中控制可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的配置和管理,大幅減少了工作的重復(fù)性和資源浪費(fèi)。通過集中控制中心對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、故障診斷及遠(yuǎn)程操作,能夠快速定位和解決問題,提高了響應(yīng)速度。且其可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,在保證運(yùn)行安全的前提下,最大限度地提高了系統(tǒng)的利用率。

(2)集中控制使繼電保護(hù)系統(tǒng)更加靈活。在傳統(tǒng)分散式控制方式中,當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生變動(dòng)或加入新設(shè)備時(shí),需要對(duì)每個(gè)保護(hù)裝置進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)整和改變,工作繁瑣且容易出錯(cuò)。而集中控制可以通過軟件配置實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)整,減少了人為操作的錯(cuò)誤,同時(shí)也大幅節(jié)約了時(shí)間和成本。

(3)集中控制可以通過集成其他數(shù)據(jù)信息,如溫度、濕度、負(fù)荷等參數(shù),實(shí)時(shí)分析和預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),為系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)提供更多的決策依據(jù)。在傳統(tǒng)分散式控制方式中,每個(gè)保護(hù)裝置相對(duì)獨(dú)立,當(dāng)其中一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),可能會(huì)引發(fā)級(jí)聯(lián)故障,導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。而集中控制可以通過全面監(jiān)測(cè)和分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障隱患,避免了系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)集中控制通過遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)化技術(shù),減少了人為操作的錯(cuò)誤,提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3.4 廣域測(cè)控系統(tǒng)

配電網(wǎng)繼電保護(hù)作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),承擔(dān)著維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和保障供電質(zhì)量的重要使命。然而,在快速發(fā)展的電力行業(yè)中,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸暴露出一系列的不足,如單一功能、局限性及運(yùn)維成本高等問題。為了適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需求,廣域測(cè)控系統(tǒng)得到了廣泛運(yùn)用,為配電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來了創(chuàng)新與進(jìn)步。廣域測(cè)控系統(tǒng),簡(jiǎn)稱GWCC 系統(tǒng),借助先進(jìn)的通信技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多站點(diǎn)、大區(qū)域的繼電保護(hù)和自動(dòng)化控制。與傳統(tǒng)繼電保護(hù)相比,GWCC 系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和功能引領(lǐng)著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展潮流。

(1)廣域測(cè)控系統(tǒng)的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在其對(duì)多站點(diǎn)的支持上。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)通常只能處理一個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù),而GWCC 系統(tǒng)通過有效的通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)站點(diǎn)的繼電保護(hù)操作與數(shù)據(jù)管理。這意味著電力公司可以同時(shí)監(jiān)測(cè)和控制位于不同地點(diǎn)的多個(gè)配電站,大幅提升了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和效率。廣域測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廣域測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

(2)廣域測(cè)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方面呈現(xiàn)出突出的特點(diǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集、傳輸及處理各種類型的電力數(shù)據(jù),如電流、電壓、功率及頻率等指標(biāo),可準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過智能數(shù)據(jù)分析和算法,GWCC 系統(tǒng)能夠快速識(shí)別電力系統(tǒng)中的異?,F(xiàn)象,并及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理,以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

(3)廣域測(cè)控系統(tǒng)具備強(qiáng)大的自動(dòng)化控制功能。通過與配電站的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行無縫連接,GWCC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中,GWCC 系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)和處理各類故障,如過載、短路及接地故障等,從而快速實(shí)現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)。這為電力公司節(jié)約了人力、物力成本,并提高了電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述,在配電網(wǎng)中實(shí)施繼電保護(hù)所發(fā)揮的價(jià)值較為突出,有助于減少故障問題的發(fā)生,為配電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供重要的基礎(chǔ)。因此要結(jié)合實(shí)際情況,科學(xué)實(shí)施繼電保護(hù),以此滿足配電網(wǎng)繼電保護(hù)的使用要求。

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