智能配電網(wǎng)繼電保護(hù)的應(yīng)用分析

趙國華

【摘 ?要】隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，城市電網(wǎng)配電系統(tǒng)由于其覆蓋的地域極其遼闊、運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發(fā)生是不能完全避免的。作為遏制電氣故障的繼電保護(hù)技術(shù)也不斷提出新的要求。本文主要闡述了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展分析。

【關(guān)鍵詞】智能配電網(wǎng);繼電保護(hù)技術(shù);電力系統(tǒng)

1、配電網(wǎng)繼電保護(hù)基本概念

配電網(wǎng)繼電保護(hù)（distribution network relay protection）當(dāng)配電網(wǎng)中的電力設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)影響安全運(yùn)行的事件時(shí)，以終止這些故障或事件發(fā)展造成對配電網(wǎng)進(jìn)一步破壞的自動(dòng)化設(shè)施和裝備。這種性質(zhì)的自動(dòng)化裝備的特點(diǎn)是非調(diào)節(jié)性的（即突然投人或切除某一設(shè)備）和要求快速動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)這種用于保護(hù)電網(wǎng)元件和線路的自動(dòng)化成套硬件統(tǒng)稱為繼電保護(hù)裝置。在整個(gè)配電網(wǎng)中的各個(gè)分散的繼電保護(hù)裝置要求相互協(xié)同配合，并按預(yù)定順序進(jìn)行工作，從而在配電網(wǎng)中形成一個(gè)龐大的繼電保護(hù)系統(tǒng)，簡稱繼電保護(hù)。繼電保護(hù)裝置功能盡可能在最短的時(shí)間和最小的區(qū)間內(nèi)自動(dòng)把發(fā)生故障的線路、變壓器或其它電氣設(shè)備從電網(wǎng)中斷開，以減輕故障設(shè)備的損毀和對電網(wǎng)的影響。安全自動(dòng)裝置功能盡快消除電網(wǎng)出現(xiàn)的異常事件，防止電網(wǎng)大面積停電和保持對重要用電戶連續(xù)供電，在事故后迅速恢復(fù)電網(wǎng)的正常供電和運(yùn)行，例如自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、自動(dòng)切除供電負(fù)荷等。

繼電保護(hù)的基本要求可歸納為可靠性、快速性、選擇性、靈敏性四個(gè)方面。

（1）可靠性。是對保護(hù)的基本要求，是指一個(gè)元件、設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。它又分為可信賴性和安全性兩個(gè)方面?？尚刨囆砸罄^電保護(hù)在設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的悄況下能夠正確地完成動(dòng)作。安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的其他所有情況下能夠可靠地不動(dòng)作。繼電保護(hù)裝置的拒動(dòng)和誤動(dòng)都會(huì)給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。但提高其不拒動(dòng)和提高其不誤動(dòng)作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。

（2）快速性。是以允許的可能最快的速度動(dòng)作于斷路器跳閘。

（3）選擇性。是繼電保護(hù)在對電網(wǎng)影響可能最小的處所實(shí)現(xiàn)對斷路器的控制操作，以終止故障和配電網(wǎng)事故的擴(kuò)大。

（4）靈敏性。是繼電保護(hù)對設(shè)計(jì)規(guī)定要求動(dòng)作的故障或異常事件的能夠動(dòng)作反應(yīng)的能力，一般都有具體的規(guī)定。

2、配電網(wǎng)繼電保護(hù)的重要性

繼電保護(hù)工作作為電網(wǎng)工作中的一個(gè)重要組成部分，其工作責(zé)任大、技術(shù)性強(qiáng)、任務(wù)繁重。繼電保護(hù)工作人員每天面對諸如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置、設(shè)備投退、運(yùn)行方式變化及故障情況等各種信息，對它們進(jìn)行正確的分析、處理和統(tǒng)計(jì)，工作十分繁重，并且上下級(jí)局之間、局與各廠站之間存在著許多重復(fù)性數(shù)據(jù)錄入及維護(hù)工作。為了減輕繼電保護(hù)工作人員的工作強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，開發(fā)繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)已成為電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)必然要求。

3、繼電保護(hù)裝置評價(jià)指標(biāo)

3.1配電系統(tǒng)的幾種運(yùn)行狀況

3.1.1正常運(yùn)行 這種狀況系指系統(tǒng)中各種設(shè)備或線路均在其額定狀態(tài)下進(jìn)行工作;各種信號(hào)、指示和儀表均工作在允許范圍內(nèi)的運(yùn)行狀況;

3.1.2故障 這種狀況系指某些設(shè)備或線路出現(xiàn)了危及其本身或系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并有可能使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大的運(yùn)行狀況;

3.1.3異常運(yùn)行 這種狀況系指系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到了破壞，但尚未構(gòu)成故障時(shí)的運(yùn)行狀況。

3.2 繼電保護(hù)裝置屬于可修復(fù)元件，在分析其可靠性時(shí)，應(yīng)該先正確劃分其狀態(tài)，常見的狀態(tài)有：

①正常運(yùn)行狀態(tài)。這是保護(hù)裝置的正常狀態(tài)。

②檢修狀態(tài)。為使保護(hù)裝置能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)定期對其進(jìn)行檢修，檢修時(shí)保護(hù)裝置退出運(yùn)行。

③正常動(dòng)作狀態(tài)。這是指被保護(hù)元件發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置正確動(dòng)作于跳閘的狀態(tài)。

④誤動(dòng)作狀態(tài)。是指保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作時(shí)，它錯(cuò)誤動(dòng)作的狀態(tài)。例如，由于整定錯(cuò)誤，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，保護(hù)裝置錯(cuò)誤動(dòng)作于跳閘。

⑤拒動(dòng)作狀態(tài)。是指保護(hù)裝置應(yīng)該動(dòng)作時(shí)，它拒絕動(dòng)作的狀態(tài)。例如，由于整定錯(cuò)誤或內(nèi)部機(jī)械故障而導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)。

⑥故障維修狀態(tài)。保護(hù)裝置發(fā)生故障后對其進(jìn)行維修時(shí)所處的狀態(tài)。

3.3 目前常用的評價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

3.3.1 正確動(dòng)作率 即一定期限內(nèi)（例如一年）被統(tǒng)計(jì)的繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作次數(shù)與總動(dòng)作次數(shù)之比。

正確動(dòng)作率=（正確動(dòng)作次數(shù)/總動(dòng)作次數(shù)）×100

用正確動(dòng)作率可以觀測該繼電保護(hù)系統(tǒng)每年的變化趨勢，也可以反映不同的繼電保護(hù)系統(tǒng)（如220kv與500kv）之間的對比情況，從中找出薄弱環(huán)節(jié)。

3.3.2 可靠度r（t）是指元件在起始時(shí)刻正常的條件下，在時(shí)間區(qū)間（0，t）不發(fā)生故障的概率。對于繼電保護(hù)裝置，注意力主要集中在從起始時(shí)刻到首次故障的時(shí)間。

3.3.3 可用率a（t）是指元件在起始時(shí)刻正常工作的條件下，時(shí)刻t正常工作的概率。可靠度與可用率的不同在于，可靠度中的定義要求元件在時(shí)間區(qū)間（0，t）連續(xù)的處于正常狀態(tài)，而可用率則無此要求。

3.3.4 故障率h（t）是指元件從起始時(shí)刻直到時(shí)刻t完好條件下，在時(shí)刻t以后單位時(shí)間里發(fā)生故障的概率。

3.3.5 平均無故障工作時(shí)間m t b f 設(shè)從修復(fù)到首次故障之間的時(shí)間間隔為無故障工作時(shí)間，則其數(shù)學(xué)期望值為平均無故障工作時(shí)間。

3.3.6 修復(fù)率m（t）是指元件自起始時(shí)刻直到時(shí)刻t故障的條件下，自時(shí)刻t以后每單位時(shí)間里修復(fù)的概率

3.3.7 平均修復(fù)時(shí)間m t t r 平均修復(fù)時(shí)間是修復(fù)時(shí)間的數(shù)學(xué)期望值。

4、配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)用

近年來，由于電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)均已達(dá)到先進(jìn)水平，在經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，相信該系統(tǒng)在電網(wǎng)安全運(yùn)行方面將發(fā)揮重要作用。

電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息處理系統(tǒng)主要由網(wǎng)、省、地級(jí)電力調(diào)度中心或集控站的主站，各級(jí)電廠、變電站端的子站及錄波裝置通過電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)共同組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是能夠切實(shí)提高電網(wǎng)的信息化和智能化，并具有高安全性和高可靠性，要優(yōu)先采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，保障故障錄波數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)上傳。因此系統(tǒng)必須具有分層、分布、開放、易擴(kuò)展的特性。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了事故推畫面、故事匯總、網(wǎng)絡(luò)探測和跨安全區(qū)應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新，至投入使用以來，經(jīng)歷了夏季高溫用電高峰、暴風(fēng)雨，冬季冰雪等突發(fā)事件的檢驗(yàn)，結(jié)果表明繼電保護(hù)裝置能夠較好的保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

5 使用新技術(shù)提高繼電保護(hù)功效

風(fēng)能、生物能和太陽能等新能源都是配電網(wǎng)接入時(shí)必須面臨的新技術(shù)，此外，還包括新思想的運(yùn)用，比如繼電保護(hù)領(lǐng)域中已經(jīng)逐漸應(yīng)用開來的自適應(yīng)保護(hù)思想。對于新能源的接入，智能配電網(wǎng)在建設(shè)中應(yīng)注意各種能源接入的隨機(jī)性，以智能配電網(wǎng)接入安全為前提，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度后，在向效率更高、使用更加靈活的方式努力。其中，對于靈活的控制性已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵，其不但改變了傳統(tǒng)的故障暫停特征，而且亦是各種新技術(shù)應(yīng)用的突破口。

結(jié)束語

在智能配電系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。為了確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確地設(shè)置繼電保護(hù)裝置并準(zhǔn)確整定各項(xiàng)相關(guān)定值，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵冬雁.淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù).電子世界.2012年第9期

[2]羅鎮(zhèn).配電網(wǎng)系統(tǒng)繼電保護(hù)的應(yīng)用探討.城市建設(shè).2011年第11期

（作者單位：國網(wǎng)山西電力公司晉城供電公司）