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    智能电网环境下继电保护的发展现状
      引言
      智能电网由于具有自愈性、安全性、经济性,在世界范围内得到了广泛的推广和应用,它的独特优点还体现在交互性、兼容性、高效性稳定性等方面。随着电力技术的不断发展,我国已经开始智能化变电站建设,随着电力市场的改革深入,电力环境日益发生着各种变化。电力系统继电保护主要是研究电力系统在发生故 障和危及安全运行的异常工况时,能够通过自动化措施快速地、有选择性地做出反事故对策,是保障电网安全运行最基本、最有效、最重要的技术手段。电力系统继电保护的功能和作用随着电力系统对其要求的提高而发展,其实现技术随着相关学科的技术发展而变化。而继电保护能否完全满足智能电网发展的要求高可靠性地完成保护任务,涉及一系列的技术环节。文章着重阐述了继电保护为适应智能电网需要发生的相关变化,分析智能电网环境下继电保护构成的基础上,探讨目前智能电网条件下继电保护研究的新进展。
      1 智能电网条件下继电保护的构成
      继电保护向保护、控制、测量和数据通信一体化发展,它是实现电力网络及相关设备监测保护的重要技术,计算机化、网络化、智能化是未来该领域的长期发展趋势。智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了要求。
      第一,对保护装置而言,保护功能一方面需要相关联的其他设备的运行信息,另一方面还需要本保护对象的运行信息。能够快速隔离故障、自我恢复,避免大面积停电的发生,但前提是在保证故障的准确实时识别,还保证在没有或少量人工干预下。所以智能电网继电保护装置保护动作不一定只跳本保护对象,也有可能只发连跳命令跳开其他关联节点,不跳开本保护对象,更有可能在跳本保护对象时还需发连跳命令跳开其他关联节点。
      第二,各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件,通信和信息技术的长足发展,数字化技术及应用得到广泛发展,智能电网中可对日常运行状况进行实时监控。主要是利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备来完成的。利用这些信息可对运行状况进行监测,把获得的数据通过网络系统进行收集、整合和分析,实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。
      2 智能电网环境下继电保护的相应变化
      智能电网与传统电力系统产生了本质的差别,主要是由于信息化和数字化的不同特征造成的,智能电网应用,使得电能传输某些特点也发生了较大的改变,所以为了与智能电网的发展相适应,在电力系统继电保护方面也需要发生相应变化。
      2.1 保护定值的适时调整
      传统的保护定值是人工根据系统的运行方式,潮流方向,相关线路的运行状况等相关信息制定修正的。
      最后,引入环境条件对保护定值的影响。必须实时调整输电线路过负荷保护的定值,智能电网监控输电线路的温度和容量来调整功率流,利用散布在电网中的传感器得到实时信息,使其更接近运营极限,以适应温度和容量变化带来的影响。
      2.2 安全自动装置性能的提高
      为电力系统防御和紧急控制提供了广域信息的
      是先进的相量测量(PMU)和广域测量技术(S),可以利用其已建成的网络来进行安全自动装置的性能的提高和对时间敏感性不强的后备保护,从而使得大停电等恶性事故的发生得以避免,同时现有保护和安全自动装置的延时整定原则得以改变。
      2.3 继电保护功能的发展
      随着单个电力元件容量的增加,减少元件故障率越来越重要,目前的继电保护性能再优越也不能减少故障的发生。内部故障的发生往往是多种因素积累、绝缘性能下降造成的,对于一些集中参数的元件如变压器、发电机等,继电保护预保护功能的发展,能够使事故的发生减少,这样很可能满足智能电网的新要求,做到预警、保护为一体,提高防护的功能。
      3 智能电网条件下继电保护新进展
      电网复杂网架的建设提供了多运行方式下超大功率的输电能力,在智能电网的建设中,保持故障切除后网架的强大越来越重要。使得阶段式原理的后备保护保证选择性越来越困难,经常担心智能电网会出现这样或那样的问题。这项工作占据了保护人员绝大部分的精力,后备保护的整定、调试和运行管理必须同时完成,以下是集中式后备保护与重合闸最佳重合时间的研究进展,以此推动继电保护配置配合方式的发展。
      3.1 集中式后备保护
      整个变电站配置一套(或双备份)集中式后备保护,每个电力元件仅仅配备主保护,快速切除被保护元件的故障。它为相邻变电 站元件提供远后备保护功能,还为本变电站元件提供近后备和开关失灵保护功能。集中式后备保护接收相邻变电站的故障方向、距离段信息、断路器状态信息,采集本变电站元件的电压和电流信息、断路器状态信息。根据实时信息,做出跳开本侧和远端断路器的策略,独立判别在近、远后备范围内元件的故障。集中式后备保护还可为避免各后备保护间的整定配合,且可以快速动作,采用以下具有绝对选择性的原理。
      扩展方向与距离比较式原理:变电站所有连接设备,计算本端两元件判别结果和接收远端送来的两元件判别结果,除配备方向元件外,配备距离二段,后备保护对所有设备的故障判别系数进行容错运算和专家推理,之前要先对每个设备的两元件判别结果进行首次容错运算获得设备故障判别系数,得到后备范围内有无故障、故障在何设备上的结论。该方法在同时2个信息错误时,大多可以给出合理的跳闸次序。容许任一元件判别失误、任一信息失效时,保护都正确动作。
      当所有设备的远端功率方向指向本变电站时,比较变电站所有连接设备两(或三)端功率方向,这时表明后备保护范围内有故障;再比较每个连接设备的两(或三)端功率方向,困难在于保证每个方向元件的灵敏度和信息传送的可靠性,方向相同的为故障设备。
      扩展电流差动原理:当整个变电站所有设备的远端电流之和大于门槛值时,需要同步采集全变电站连接设备两(或三)端的电流信息,表明后备保护范围有故障。再对每个设备使用差动原理,这种方法通信量大且要求同步准确、误码率低,但缺点是需要传送对端的同步电流信息,但它可以甄别出故障设备。
      3.2 最佳重合时间的整定
      目前大量使用的重合闸的延时时间,没有考虑重合或跳开对系统摇摆的冲击。而主要是为了保证熄弧和设备的安全,考虑永久性故障时断路器,再次安全跳开时间中的大者,以及瞬时性故障时,故障点绝缘强度恢复时间等。
      已有的研究表明,存在一个最佳重合时间,那就是指
      永久性故障和瞬时性,在保证熄弧和设备安全的前提下完成重合。永久故障时,可以有效地阻尼系统摇摆,增加网络的传输能力,从而提高系统的暂态稳定极限;在这个时间重合瞬时故障可以使系统很快进入稳定状态。
      暂态能量函数,当能量函数的值超过系统所能吸收的最大值时,表现为不稳定,暂态能量值越大,表明系统的摇摆越严重,可以描述电力系统在最后一次网络操作系统摇摆的激烈程度。使系统在最后一次网络操作后能量最小,则相应的系统摇摆最轻,系统若能选择一合适的时刻重合闸。无法区分故障时,永久故障对系统的冲击较瞬时故障严重,式(1)的能量函数值最小对应的时刻为最佳重合时刻。
      其中:Δω■为角速度在重合时刻与再次跳闸时刻之间的增量;P■■,C■■为重合失败再次跳闸后的等效功率、联系电导;Pi,Cij为重合于故障期间的等效功率、联系电导;tcc为重合失败再次跳闸的时间;th为重合闸合闸时间。
      3.3 小结
      为满足智能电网发展对继电保护的新要求,以极小的二次系统代价获取一次系统的很大效益,需要重新审视习以为常的配置配合方式,在广域信息网络条件下解决以上问题是可能的,所提的集中式后备保护,具有很高的容错性和较高的可靠性。另外,应该大胆使用,采用最佳重合时间是无成本提高暂稳极限的有效措施。
      4 结语
      目前,继电保护作为电力系统安全稳定的第一道防线,在各项技术方面仍存在着诸多的问题和不成熟,虽然我国智能电网建设已取得了重要的进展,但仍存在很多不足的地方。文中主要对近两年继电保护的研究进展进行分析总结,以供大家借鉴。同时,继电保护课题需要不断的进行深入的研究,以保证继电保护适应智能电网的发展,维持电力系统的安全稳定运行。
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