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廣域電力系統(tǒng)繼電保護自動化
廣域電力系統(tǒng)繼電保護自動化
摘要：提高電力系統(tǒng)繼電保護的自動化水平，能夠提高電網(wǎng)安全運行的能力。
首先介紹了繼電保護的作用，然后描述了我國繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀，最后在此基礎(chǔ)上對綜合自動化進行了詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞：
電力系統(tǒng);繼電保護;自動化;安全運行
0引言
伴隨我國電網(wǎng)覆蓋率的不斷增大，電網(wǎng)系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，這就使得原來的后備保護措施越來越滯后于電網(wǎng)的正常運行、維護工作。
為了解決它們之間相互配合協(xié)調(diào)工作的問題，近年來興起的繼電保護系統(tǒng)成為解決以上問題的最好辦法，繼電保護系統(tǒng)具有高效、靈活應(yīng)變、安全等特點，可以適合電力系統(tǒng)的復(fù)雜性與運營多樣性。
繼電保護系統(tǒng)是當(dāng)前解決電網(wǎng)運行風(fēng)險的最為有效的手段，它本身所具有的可靠性與速動性可以更好的保護電網(wǎng)正常運行，將電網(wǎng)中偶發(fā)的故障隔離起來，從而防止事故的擴大。
根據(jù)相關(guān)資料顯示，當(dāng)前電網(wǎng)中有75%的電力系統(tǒng)擾動都是由后背保護的誤操作所引起的。
因此，必須提高電力系統(tǒng)繼電保護自動化的水平，最大限度的減少由于繼電保護所引起的電路故障。
1電力系統(tǒng)廣域繼電保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系
一般來說，電力系統(tǒng)的廣域繼電保護系統(tǒng)是一種基于廣域電網(wǎng)和居于電網(wǎng)的，專門用來確保電網(wǎng)中的某一固定區(qū)域的正常安全運行的電力保護系統(tǒng)。
它通常安裝在某個變電站中，通過搜集保護系統(tǒng)所在變電站及相鄰變電站內(nèi)智能電子設(shè)備的故障方向信息，從而準(zhǔn)確的判斷出發(fā)成故障的元件(廣域繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖見圖1)。
在這個固定區(qū)域的某變電站中，廣域繼電保護系統(tǒng)利用變電站中的內(nèi)部局域網(wǎng)將發(fā)生故障元件的方向信息傳送給其決策系統(tǒng)，隨后通過決策系統(tǒng)確定發(fā)生故障元件所需要的故障方向信息。
在決策系統(tǒng)確定出哪個元件為故障元件之后，及時通過廣域網(wǎng)將斷電信號發(fā)送給這個區(qū)域的終端執(zhí)行器，使這個區(qū)域的隔離出這個故障元件，避免更大的故障出現(xiàn)。
根據(jù)廣域繼電保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以看出，它是以變電站為核心的集中式體系結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)對廣域保護決策系統(tǒng)有十分高的依賴性。
為了提升整個系統(tǒng)的可靠性，防止系統(tǒng)由于某個決策系統(tǒng)出現(xiàn)問題而造成整個系統(tǒng)的癱瘓，以變電站為基礎(chǔ)級別劃分的廣域保護決策系統(tǒng)可采取“冗余方式”來提升廣域繼電系統(tǒng)的整體安全可靠性能。
另外，提升系統(tǒng)整體的安全可靠性能，還可以通過現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展與電力專用光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)的廣泛鋪設(shè)來提高，這種方式不僅可以提升整體系統(tǒng)的安全性能，還能保證整個繼電保護系統(tǒng)的通信可靠性。
2廣域繼電保護系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
廣域繼電保護系統(tǒng)在實際生產(chǎn)生活當(dāng)中，主要用在電力電網(wǎng)的工程化應(yīng)用當(dāng)中。
廣域繼電保護系統(tǒng)主要考慮以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一和分布式電源靈活接入等問題。
廣域繼電保護系統(tǒng)還要具備應(yīng)對更為復(fù)雜且靈活的系統(tǒng)運行方式的能力，以此來適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展。
廣域繼電保護系統(tǒng)所應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)有以下3個方面：
2.1通信系統(tǒng)技術(shù)
通信系統(tǒng)技術(shù)是確保廣域繼電保護系統(tǒng)各項功能得以順利實現(xiàn)的基礎(chǔ)，同時也給廣域繼電保護系統(tǒng)劃出了明確的保護區(qū)域。
伴隨相量測量單元(PMU)和廣域測量系統(tǒng)(WAMS)等通信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和完善，并且結(jié)合IEC 61850數(shù)字化變電站為中心的局部配電網(wǎng)絡(luò)的大面積推廣，憑借整個局域網(wǎng)的信息為一個整體的同步數(shù)字體系(SDH)環(huán)網(wǎng)傳輸模式則成為信息傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。
有限系統(tǒng)擬采集的電網(wǎng)信息量可以適應(yīng)當(dāng)前相當(dāng)成熟的廣域電流差動與基于縱聯(lián)比較原理等算法的要求，另外一方面，通過區(qū)域信息的集中，還可以極大改善算法的性能，這樣可以對基于冗余信息量故障決策的智能保護算法或者信息融合技術(shù)進行深入的探討，從而更大程度的提升整個系統(tǒng)對一些有問題的數(shù)據(jù)信息抗干擾和容錯能力，因此通信技術(shù)成為當(dāng)前廣域繼電保護系統(tǒng)研究中的在關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.2廣域繼電保護故障識別原理與實現(xiàn)方法
廣域繼電保護系統(tǒng)將廣域電網(wǎng)分為許多子區(qū)域，并以此來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的繼電保護。
分區(qū)域的信息量相比廣域網(wǎng)的信息量來說已經(jīng)相當(dāng)小了，因此可以利用當(dāng)前相對成熟的多種廣域繼電保護故障識別算法。
由于傳統(tǒng)繼電設(shè)備的主保護功能自身具備響應(yīng)速度快、執(zhí)行功能明確等優(yōu)點，而且當(dāng)前電力系統(tǒng)中繼電保護裝置在繼電保護中擔(dān)任著十分重要的作用。
在一般廣域繼電保護系統(tǒng)內(nèi)，傳統(tǒng)主保護的測量、判斷、通信、控制等功能都能夠在各IED中得以實現(xiàn)，而RCDC主要基于廣域多信息融合技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的后備保護。
在通過有限區(qū)域的冗余信息執(zhí)行故障信息決策的智能保護算法以及信息融合技術(shù)研究的時候，RCDC可利用幾種不相同原理或算法的保護判據(jù)可以最大程度保證故障識別的安全性和穩(wěn)定性。
2.3多級處理單元的協(xié)助功能
雖然，在通常的電力系統(tǒng)中RCDC和SSPU一般都使用雙重化配置，但是認(rèn)識到廣域繼電保護保護的范圍比較的大，正常繼電保護下的電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障或者發(fā)生判斷失誤的時候都可能會給整個電網(wǎng)系統(tǒng)帶來十分嚴(yán)重的后果。
因此，在廣域繼電保護系統(tǒng)中必須重點考慮這些問題，而要解決這些問題就必須充分發(fā)揮多級處理單元的協(xié)助功能。
3廣域繼電保護系統(tǒng)的應(yīng)用
目前，我國的輸電電網(wǎng)覆蓋面積已十分的龐大，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，已經(jīng)成為電力部門重點研究的問題之一。
要保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，首先必須建立在電力系統(tǒng)的合理結(jié)構(gòu)布局上，這是系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行調(diào)度工作中必須重視的問題。
在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)保護的合理配置和正確整定，同時配合系統(tǒng)安全自動裝置(例如：解列裝置、自動減負(fù)荷、切水輪發(fā)電機組、快速壓汽輪發(fā)電機出力、自動重合閘、電氣制動等)，達到電力系統(tǒng)安全運行的目的。
電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)是：
(1)自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。
(2)反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件(如有無經(jīng)常值班人員)而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。
此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。
(3)繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。
廣域繼電保護系統(tǒng)主要應(yīng)用在以下幾個方面：
(1)當(dāng)輸電電網(wǎng)發(fā)生足以損壞電力設(shè)備或者危害到輸電電網(wǎng)安全運行的故障時，要確保被保護的設(shè)備迅速脫離這個區(qū)域的電網(wǎng);
(2)對輸電電網(wǎng)的非正常運行以及一些輸電設(shè)備的非正常狀態(tài)能及時發(fā)出警報信號，以便電力系統(tǒng)執(zhí)行終端可以迅速的響應(yīng)，及時處理，使輸電電網(wǎng)在最短的時間內(nèi)恢復(fù)正常運行;
(3)要實現(xiàn)電力系統(tǒng)的“自動化”與“遠(yuǎn)動化”，特別是某些大型工業(yè)生產(chǎn)的自動化保護控制。
4總結(jié)
電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，不僅關(guān)系到人們?nèi)罕娙粘５纳�、工作，同時還與國家的經(jīng)濟生活、工業(yè)生產(chǎn)、科研事業(yè)等密切相關(guān)。
因此，通過研究繼電保護系統(tǒng)來保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行是一項重要且十分有意義的工作，需要從事繼電保護方面的研究人員在現(xiàn)有繼電保護裝置和輸電電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，找出最適合廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的算法，開發(fā)出更穩(wěn)定、更靈敏的繼電保護系統(tǒng)。
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