文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）12-076-03中圖分類(lèi)號：TP273

★陳銘婷，蔣佳燁（國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海201210）

關(guān)鍵詞：電力系統；自動(dòng)化；繼電保護；關(guān)系

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的持續增長(cháng)和社會(huì )的發(fā)展，我國對于電力的需求逐年增加，作為關(guān)鍵基礎設施的電力系統，其運行的可靠性、穩定性以及安全性成為了電力行業(yè)的首要任務(wù)。電力系統與民生、經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，電力系統自動(dòng)化是現代電力系統的發(fā)展方向和成果體現。同時(shí)，電力工程也是一項重要的民生工程，在新時(shí)期取得了長(cháng)足的進(jìn)步。然而，現在人們用電量也越來(lái)越大。所以電力系統及自動(dòng)化十分重要，系統根據自動(dòng)化來(lái)進(jìn)行電力供應，更好地滿(mǎn)足了用戶(hù)要求。同時(shí)繼電保護也是電力系統及其自動(dòng)化中非常重要的一環(huán)。

1　電力系統以及自動(dòng)化概況

1.1　電力系統簡(jiǎn)單化和集成化

由于工業(yè)控制技術(shù)水平的提高，電力自動(dòng)化系統在組成上越來(lái)越簡(jiǎn)易化和集成化，主要體現在以下幾個(gè)方面：簡(jiǎn)化了人機界面，使操作人員能夠輕松地監控和控制電力系統；提供了直觀(guān)的圖表和指示，降低了操作難度；建立了通信網(wǎng)絡(luò )，將不同的設備、子站和系統連接起來(lái)，實(shí)現實(shí)時(shí)的數據傳輸和協(xié)調控制；可通過(guò)統一的用戶(hù)界面，對電力系統中的各種設備進(jìn)行操控，操作人員僅需從同一個(gè)界面訪(fǎng)問(wèn)不同的功能，減少了學(xué)習成本和操作復雜性；具有簡(jiǎn)單的一鍵操作或預設場(chǎng)景，例如一鍵切換至備用電源、一鍵恢復正常等，可以應對常見(jiàn)情況。

1.2　多樣化的功能

中國逐步增加了電力系統的投資，電力自動(dòng)化系統正在向著(zhù)實(shí)現功能多樣化的方向邁進(jìn)。構建以實(shí)時(shí)監控和數據采集、負荷預測與優(yōu)化、智能控制與調度、分布式能源整合、設備狀態(tài)監測與維護、故障檢測與定位、數據分析與決策支持、市場(chǎng)交易與能源管理為核心的自動(dòng)化系統可以促進(jìn)我國電力工業(yè)的發(fā)展，使電力工業(yè)全面檢測，并能及時(shí)調整變電、輸電和繼電保護，實(shí)現資源的合理分配。

1.3　智能化的運行

數據分析、人工智能和預測模型集成到電力系統中，可以為決策提供更智能、精確的支持。引入智能控制策略功能，使系統能夠自動(dòng)地作出決策和控制，降低了人工干預的需求，并設定了智能報警系統，能及時(shí)發(fā)出警報和通知，提醒操作人員關(guān)注重要事件，降低了人們對系統運行狀態(tài)的持續監控壓力，并提高了操作的效率和準確性。

1.4　電力自動(dòng)化系統現狀

數字化、智能化和自動(dòng)化技術(shù)的引入和發(fā)展使得電力系統能夠更高效地實(shí)現監控、控制和保護，同時(shí)減少了一些傳統的人工操作和干預，而在過(guò)去電力系統的運行和管理往往依賴(lài)大量的人工操作，需要人員實(shí)時(shí)監控和調度。因此，自動(dòng)化對于控制運維更加方便，管理難度也降低了，有效地提高了供電管理的效率。然而，隨著(zhù)電力系統的數字化和互聯(lián)，原本較封閉運營(yíng)的電力系統面臨來(lái)自網(wǎng)絡(luò )攻擊和惡意軟件的安全威脅。智能控制策略功能需要大量實(shí)時(shí)數據來(lái)進(jìn)行分析和決策，但數據的質(zhì)量和可靠性仍然是一個(gè)問(wèn)題，不準確的數據可能導致錯誤的決策。電力系統自動(dòng)化涉及多個(gè)功能模塊和設備，集成和管理變得更加復雜。目前國家陸續出臺了多個(gè)電力接口規范文件，但確保不同系統和設備之間的無(wú)縫協(xié)同仍然是一個(gè)挑戰。

2　電力系統及其自動(dòng)化和繼電保護的關(guān)系

2.1　繼電保護是電力系統的核心

繼電保護系統負責監測各種電力設備，如變壓器、發(fā)電機、電纜等，以及其它關(guān)鍵設備，確保它們在故障情況下能夠迅速切除故障部分，保護設備免受損壞。在自動(dòng)化的改造過(guò)程中，電力系統經(jīng)常會(huì )出現各種無(wú)法完全避免的問(wèn)題，因此當問(wèn)題發(fā)生以后，繼電保護可以及時(shí)地做出相應的措施，通常在毫秒級別內進(jìn)行動(dòng)作，及時(shí)檢測并隔離故障，防止故障擴大，保證了不會(huì )因為故障的出現，造成電力系統中斷和影響電網(wǎng)的穩定性。繼電保護不僅保護設備，還保護運維人員的安全。它可以在檢測到危險條件時(shí)，快速切斷電力系統的供電，防止人員觸電或受傷，所以繼電保護在電力系統中有著(zhù)十分重要的地位。通過(guò)對繼電保護設備的管理，可以減少一些嚴重問(wèn)題的出現，避免電力系統出現故障。電力企業(yè)需結合行業(yè)需求和發(fā)展趨向進(jìn)行適合的管理，并引入新的技術(shù)，以促進(jìn)繼電保護智能化，進(jìn)一步保障電力系統的穩定發(fā)展。

2.2　繼電保護對電力系統自動(dòng)化改造的積極作用

在進(jìn)行自動(dòng)化改造的過(guò)程中，電氣系統會(huì )有大量的設備進(jìn)行更換以及信息記錄，其中不可避免地會(huì )涉及大量復雜的信息內容，需要在具體操作過(guò)程中立即處理。根據相應的改變，相關(guān)的人員還需要保證電力系統在整個(gè)運行過(guò)程中的安全問(wèn)題，同時(shí)還需要保障是否可以滿(mǎn)足我國居民的需求，所以自動(dòng)化改造是一個(gè)困難且要求嚴格的過(guò)程。繼電保護在自動(dòng)化改造中不但可以保障電力系統的運行安全，還能實(shí)時(shí)采集電力系統在運行過(guò)程中有關(guān)電力設備的不同信息，實(shí)時(shí)監測數據傳輸至控制中心，支持系統的自動(dòng)調整和控制，促進(jìn)電力系統進(jìn)行自動(dòng)轉換。

2.3　繼電保護對電力系統自動(dòng)化系統的保護作用

電力系統及自動(dòng)化控制平臺在具體的運行過(guò)程中，對繼電保護設備的可靠性、選擇性方面要求十分嚴格。由于繼電保護可靠與否，直接關(guān)乎到電力系統運行的安全，其要求繼電保護系統的動(dòng)作必須準確無(wú)誤，能夠準確地檢測故障，并定位故障的位置，并在毫秒級別內作出響應。在選擇性方面，因為電力系統正常運行當中都會(huì )產(chǎn)生大量的實(shí)時(shí)電力數據和信息，繼電保護系統必須有選擇性地處理這些信息，并且在特殊故障條件下，還可以按照不同的問(wèn)題情況進(jìn)行選擇性的處理，避免更多問(wèn)題的發(fā)生。每個(gè)保護裝置應該有特定的保護區域，保護裝置之間需要通過(guò)通信協(xié)調，確保只有最近的保護裝置動(dòng)作，確保了在故障發(fā)生時(shí)，最近的保護裝置先動(dòng)作，而其他保護裝置不會(huì )過(guò)早或過(guò)晚動(dòng)作。

3　繼電保護自動(dòng)化在電力系統的應用

3.1　在變壓器運行中的應用

在變壓器中引入繼電自動(dòng)化技術(shù)，可以更好地提升其可靠性。實(shí)時(shí)獲取變壓器的相關(guān)數據，監測變壓器內部或外部的故障，如過(guò)載、短路、跳閘。分析數據，根據得到的結果確定保護裝置中需要改善的地方，從而選擇更好、更合適的保護裝置。同時(shí)相關(guān)人員還需要關(guān)注變壓器本身的絕緣性能，在進(jìn)行保護設備的選擇時(shí)，不能影響變壓器的絕緣性，幫助變壓器能夠更長(cháng)時(shí)間的使用。

3.2　在線(xiàn)路接地保護中的應用

電力系統中涉及的線(xiàn)路十分復雜，并且不同的設備還有不同的條件要求。在供電故障情況下，必須及時(shí)斷開(kāi)電源，以避免膨脹出現的土壤的電阻率。如果線(xiàn)路接地過(guò)程中出現誤差，會(huì )使電流快速上升，線(xiàn)路接地保護通過(guò)監測電流的大小和方向，檢測接地故障的發(fā)生，并及時(shí)作出動(dòng)作，隔離故障。

3.3　母線(xiàn)保護中的應用

繼電保護自動(dòng)化技術(shù)在母線(xiàn)保護中主要用于差動(dòng)保護和相位對比保護。相位對比保護通過(guò)比較不同位置的電流相位差異、差動(dòng)保護通過(guò)比較進(jìn)出電流或電壓的差異，來(lái)判斷設備是否發(fā)生故障。所以繼電保護技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)監測母線(xiàn)上的電流、電壓等參數可以在故障中快速定位至某個(gè)母線(xiàn)分支。電流互感器的二次繞組連接到系統總線(xiàn)的側端口，繼電保護裝置則安裝在系統總線(xiàn)的差動(dòng)位置。這意味著(zhù)繼電保護裝置是用于監測和保護系統總線(xiàn)差動(dòng)特性的，特別是在相間短路情況下。這種配置可以用來(lái)檢測系統總線(xiàn)的內部故障，比如相間短路，確保在故障發(fā)生時(shí)能夠快速隔離故障，防止其擴大，保護系統的安全和穩定運行。

4　電力系統中的繼電保護設備及其自動(dòng)化可靠性

4.1　設備選擇以及初始狀態(tài)調控

電力系統繼電保護裝置自動(dòng)化程度的應用效果與設備選擇、參數設置、定期檢測與維護等息息相關(guān)。在投入前期必須篩選出可靠的繼電保護設備供應商和產(chǎn)品，生成候選清單，并在條件允許的情況下，對設備進(jìn)行選型測試、環(huán)境適配等，確保設備具有高質(zhì)量和合適的性能。參數調整和控制也是效果好壞與否的關(guān)鍵之一，原因是當繼電器安裝在線(xiàn)路中時(shí)，它可以首先通過(guò)線(xiàn)路自動(dòng)控制和檢測裝置調節電流管理結構，自動(dòng)化系統會(huì )記錄繼電器的調試數據（包括參數、運行歷史等）用于支撐維護電力系統正常運行。在繼電器安裝的過(guò)程中，相關(guān)的工作人員需要對安裝過(guò)程進(jìn)行充分了解和控制，通過(guò)自動(dòng)化系統檢測測試與繼電器連接處是否存在沖突，優(yōu)化參數和不協(xié)調的連接。自動(dòng)程序可以利用歷史數據進(jìn)行分析，根據系統的需求調整操作數據。這有助于確保繼電保護裝置在變化的情況下仍然能夠準確地進(jìn)行控制。設備管理人員負責對相關(guān)條件進(jìn)行分析和測試，以評估繼電保護裝置的工作情況。如果初步運行數據符合安全結構的應用要求，說(shuō)明自動(dòng)化設備應用良好。

4.2　故障問(wèn)題調控測驗

故障問(wèn)題測驗控制是當繼電器自身出現問(wèn)題時(shí)，設備可以通過(guò)自動(dòng)化的程序進(jìn)行問(wèn)題分析和處理。自動(dòng)化系統可以根據人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方式確定繼電器出現問(wèn)題的具體情況，同時(shí)電力系統中的繼電器還可以根據系統進(jìn)行相關(guān)的評估和處理。比如當繼電保護中使用程序進(jìn)行相關(guān)測試時(shí)，可以通過(guò)相應的程序確定繼電器出現問(wèn)題原因并提供相應的解決方式。

4.3　設備投入

冗余部署和應急備用設備是保障繼電保護可靠性的關(guān)鍵之一，在關(guān)鍵位置配置冗余繼電保護設備，確保在一個(gè)設備發(fā)生故障時(shí)，其他設備能夠提供保護。冗余配置可以提高系統的可靠性。條件不允許的情況下采用備用繼電保護設備可以作為替代裝置。備用設備通常保持在非運行狀態(tài)，但在主設備故障時(shí)能夠快速投入運行，保障業(yè)務(wù)的連續性。

4.4　注重工作人員的培訓，提高其整體工作效率

電力系統可靠性一方面是要求繼電保護設備，同時(shí)還需要提升工作人員的整體能力并出臺相應的設備資產(chǎn)管理制度。在這方面，相關(guān)電力公司可以制定培訓計劃，定期進(jìn)行評估，并將新技術(shù)和知識融入培訓；建立健全的繼電保護設備管理制度，包括設備的登記、維護記錄、故障處理等，以提高設備的可靠性和管理水平。

5　結語(yǔ)

總而言之，繼電保護在電力系統中扮演著(zhù)防范故障、保障安全、維護穩定運行和提高可靠性的重要角色。通過(guò)確保及時(shí)檢測和隔離故障，繼電保護設備確保了電力系統的安全和穩定。因此，為了達到電力系統穩定運行的目的，促進(jìn)電力工業(yè)現代化的進(jìn)程，有必要重視繼電保護系統。根據中國現在的情況來(lái)說(shuō)，電力系統和自動(dòng)化技術(shù)都有了很好的發(fā)展，因此電力系統自動(dòng)化和繼電保護都得到了更深入的研究，保障了整個(gè)電力線(xiàn)路能夠更安全可靠的運行，幫助了電力行業(yè)更好的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：

陳銘婷（1994-），女，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，現就職于國網(wǎng)浦東供電公司，主要從事繼電保護及自動(dòng)化方面的研究。

蔣佳燁（1995-），女，上海人，學(xué)士，現就職于國網(wǎng)浦東供電公司，主要從事繼電保護及自動(dòng)化方面的研究。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年12月刊