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文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1003-0492（2023）12-076-03中圖分類號：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(tǒng)；自動化；繼電保護；關(guān)系

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)增長和社會的發(fā)展，我國對于電力的需求逐年增加，作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的電力系統(tǒng)，其運行的可靠性、穩(wěn)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(tǒng)與民生、經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，電力系統(tǒng)自動化是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展方向和成果體現(xiàn)。同時，電力工程也是一項重要的民生工程，在新時期取得了長足的進步。然而，現(xiàn)在人們用電量也越來越大。所以電力系統(tǒng)及自動化十分重要，系統(tǒng)根據(jù)自動化來進行電力供應(yīng)，更好地滿足了用戶要求。同時繼電保護也是電力系統(tǒng)及其自動化中非常重要的一環(huán)。

1　電力系統(tǒng)以及自動化概況

1.1　電力系統(tǒng)簡單化和集成化

由于工業(yè)控制技術(shù)水平的提高，電力自動化系統(tǒng)在組成上越來越簡易化和集成化，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：簡化了人機界面，使操作人員能夠輕松地監(jiān)控和控制電力系統(tǒng)；提供了直觀的圖表和指示，降低了操作難度；建立了通信網(wǎng)絡(luò)，將不同的設(shè)備、子站和系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)調(diào)控制；可通過統(tǒng)一的用戶界面，對電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備進行操控，操作人員僅需從同一個界面訪問不同的功能，減少了學(xué)習(xí)成本和操作復(fù)雜性；具有簡單的一鍵操作或預(yù)設(shè)場景，例如一鍵切換至備用電源、一鍵恢復(fù)正常等，可以應(yīng)對常見情況。

1.2　多樣化的功能

中國逐步增加了電力系統(tǒng)的投資，電力自動化系統(tǒng)正在向著實現(xiàn)功能多樣化的方向邁進。構(gòu)建以實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、負荷預(yù)測與優(yōu)化、智能控制與調(diào)度、分布式能源整合、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與維護、故障檢測與定位、數(shù)據(jù)分析與決策支持、市場交易與能源管理為核心的自動化系統(tǒng)可以促進我國電力工業(yè)的發(fā)展，使電力工業(yè)全面檢測，并能及時調(diào)整變電、輸電和繼電保護，實現(xiàn)資源的合理分配。

1.3　智能化的運行

數(shù)據(jù)分析、人工智能和預(yù)測模型集成到電力系統(tǒng)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(tǒng)能夠自動地作出決策和控制，降低了人工干預(yù)的需求，并設(shè)定了智能報警系統(tǒng)，能及時發(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(tǒng)運行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控壓力，并提高了操作的效率和準(zhǔn)確性。

1.4　電力自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

數(shù)字化、智能化和自動化技術(shù)的引入和發(fā)展使得電力系統(tǒng)能夠更高效地實現(xiàn)監(jiān)控、控制和保護，同時減少了一些傳統(tǒng)的人工操作和干預(yù)，而在過去電力系統(tǒng)的運行和管理往往依賴大量的人工操作，需要人員實時監(jiān)控和調(diào)度。因此，自動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，隨著電力系統(tǒng)的數(shù)字化和互聯(lián)，原本較封閉運營的電力系統(tǒng)面臨來自網(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時數(shù)據(jù)來進行分析和決策，但數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性仍然是一個問題，不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致錯誤的決策。電力系統(tǒng)自動化涉及多個功能模塊和設(shè)備，集成和管理變得更加復(fù)雜。目前國家陸續(xù)出臺了多個電力接口規(guī)范文件，但確保不同系統(tǒng)和設(shè)備之間的無縫協(xié)同仍然是一個挑戰(zhàn)。

2　電力系統(tǒng)及其自動化和繼電保護的關(guān)系

2.1　繼電保護是電力系統(tǒng)的核心

繼電保護系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測各種電力設(shè)備，如變壓器、發(fā)電機、電纜等，以及其它關(guān)鍵設(shè)備，確保它們在故障情況下能夠迅速切除故障部分，保護設(shè)備免受損壞。在自動化的改造過程中，電力系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)各種無法完全避免的問題，因此當(dāng)問題發(fā)生以后，繼電保護可以及時地做出相應(yīng)的措施，通常在毫秒級別內(nèi)進行動作，及時檢測并隔離故障，防止故障擴大，保證了不會因為故障的出現(xiàn)，造成電力系統(tǒng)中斷和影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。繼電保護不僅保護設(shè)備，還保護運維人員的安全。它可以在檢測到危險條件時，快速切斷電力系統(tǒng)的供電，防止人員觸電或受傷，所以繼電保護在電力系統(tǒng)中有著十分重要的地位。通過對繼電保護設(shè)備的管理，可以減少一些嚴(yán)重問題的出現(xiàn)，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。電力企業(yè)需結(jié)合行業(yè)需求和發(fā)展趨向進行適合的管理，并引入新的技術(shù)，以促進繼電保護智能化，進一步保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.2　繼電保護對電力系統(tǒng)自動化改造的積極作用

在進行自動化改造的過程中，電氣系統(tǒng)會有大量的設(shè)備進行更換以及信息記錄，其中不可避免地會涉及大量復(fù)雜的信息內(nèi)容，需要在具體操作過程中立即處理。根據(jù)相應(yīng)的改變，相關(guān)的人員還需要保證電力系統(tǒng)在整個運行過程中的安全問題，同時還需要保障是否可以滿足我國居民的需求，所以自動化改造是一個困難且要求嚴(yán)格的過程。繼電保護在自動化改造中不但可以保障電力系統(tǒng)的運行安全，還能實時采集電力系統(tǒng)在運行過程中有關(guān)電力設(shè)備的不同信息，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，支持系統(tǒng)的自動調(diào)整和控制，促進電力系統(tǒng)進行自動轉(zhuǎn)換。

2.3　繼電保護對電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的保護作用

電力系統(tǒng)及自動化控制平臺在具體的運行過程中，對繼電保護設(shè)備的可靠性、選擇性方面要求十分嚴(yán)格。由于繼電保護可靠與否，直接關(guān)乎到電力系統(tǒng)運行的安全，其要求繼電保護系統(tǒng)的動作必須準(zhǔn)確無誤，能夠準(zhǔn)確地檢測故障，并定位故障的位置，并在毫秒級別內(nèi)作出響應(yīng)。在選擇性方面，因為電力系統(tǒng)正常運行當(dāng)中都會產(chǎn)生大量的實時電力數(shù)據(jù)和信息，繼電保護系統(tǒng)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題情況進行選擇性的處理，避免更多問題的發(fā)生。每個保護裝置應(yīng)該有特定的保護區(qū)域，保護裝置之間需要通過通信協(xié)調(diào)，確保只有最近的保護裝置動作，確保了在故障發(fā)生時，最近的保護裝置先動作，而其他保護裝置不會過早或過晚動作。

3　繼電保護自動化在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1　在變壓器運行中的應(yīng)用

在變壓器中引入繼電自動化技術(shù)，可以更好地提升其可靠性。實時獲取變壓器的相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)測變壓器內(nèi)部或外部的故障，如過載、短路、跳閘。分析數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的結(jié)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。同時相關(guān)人員還需要關(guān)注變壓器本身的絕緣性能，在進行保護設(shè)備的選擇時，不能影響變壓器的絕緣性，幫助變壓器能夠更長時間的使用。

3.2　在線路接地保護中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)中涉及的線路十分復(fù)雜，并且不同的設(shè)備還有不同的條件要求。在供電故障情況下，必須及時斷開電源，以避免膨脹出現(xiàn)的土壤的電阻率。如果線路接地過程中出現(xiàn)誤差，會使電流快速上升，線路接地保護通過監(jiān)測電流的大小和方向，檢測接地故障的發(fā)生，并及時作出動作，隔離故障。

3.3　母線保護中的應(yīng)用

繼電保護自動化技術(shù)在母線保護中主要用于差動保護和相位對比保護。相位對比保護通過比較不同位置的電流相位差異、差動保護通過比較進出電流或電壓的差異，來判斷設(shè)備是否發(fā)生故障。所以繼電保護技術(shù)通過實時監(jiān)測母線上的電流、電壓等參數(shù)可以在故障中快速定位至某個母線分支。電流互感器的二次繞組連接到系統(tǒng)總線的側(cè)端口，繼電保護裝置則安裝在系統(tǒng)總線的差動位置。這意味著繼電保護裝置是用于監(jiān)測和保護系統(tǒng)總線差動特性的，特別是在相間短路情況下。這種配置可以用來檢測系統(tǒng)總線的內(nèi)部故障，比如相間短路，確保在故障發(fā)生時能夠快速隔離故障，防止其擴大，保護系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。

4　電力系統(tǒng)中的繼電保護設(shè)備及其自動化可靠性

4.1　設(shè)備選擇以及初始狀態(tài)調(diào)控

電力系統(tǒng)繼電保護裝置自動化程度的應(yīng)用效果與設(shè)備選擇、參數(shù)設(shè)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(shè)備供應(yīng)商和產(chǎn)品，生成候選清單，并在條件允許的情況下，對設(shè)備進行選型測試、環(huán)境適配等，確保設(shè)備具有高質(zhì)量和合適的性能。參數(shù)調(diào)整和控制也是效果好壞與否的關(guān)鍵之一，原因是當(dāng)繼電器安裝在線路中時，它可以首先通過線路自動控制和檢測裝置調(diào)節(jié)電流管理結(jié)構(gòu)，自動化系統(tǒng)會記錄繼電器的調(diào)試數(shù)據(jù)（包括參數(shù)、運行歷史等）用于支撐維護電力系統(tǒng)正常運行。在繼電器安裝的過程中，相關(guān)的工作人員需要對安裝過程進行充分了解和控制，通過自動化系統(tǒng)檢測測試與繼電器連接處是否存在沖突，優(yōu)化參數(shù)和不協(xié)調(diào)的連接。自動程序可以利用歷史數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)系統(tǒng)的需求調(diào)整操作數(shù)據(jù)。這有助于確保繼電保護裝置在變化的情況下仍然能夠準(zhǔn)確地進行控制。設(shè)備管理人員負責(zé)對相關(guān)條件進行分析和測試，以評估繼電保護裝置的工作情況。如果初步運行數(shù)據(jù)符合安全結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要求，說明自動化設(shè)備應(yīng)用良好。

4.2　故障問題調(diào)控測驗

故障問題測驗控制是當(dāng)繼電器自身出現(xiàn)問題時，設(shè)備可以通過自動化的程序進行問題分析和處理。自動化系統(tǒng)可以根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式確定繼電器出現(xiàn)問題的具體情況，同時電力系統(tǒng)中的繼電器還可以根據(jù)系統(tǒng)進行相關(guān)的評估和處理。比如當(dāng)繼電保護中使用程序進行相關(guān)測試時，可以通過相應(yīng)的程序確定繼電器出現(xiàn)問題原因并提供相應(yīng)的解決方式。

4.3　設(shè)備投入

冗余部署和應(yīng)急備用設(shè)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(shè)備，確保在一個設(shè)備發(fā)生故障時，其他設(shè)備能夠提供保護。冗余配置可以提高系統(tǒng)的可靠性。條件不允許的情況下采用備用繼電保護設(shè)備可以作為替代裝置。備用設(shè)備通常保持在非運行狀態(tài)，但在主設(shè)備故障時能夠快速投入運行，保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

4.4　注重工作人員的培訓(xùn)，提高其整體工作效率

電力系統(tǒng)可靠性一方面是要求繼電保護設(shè)備，同時還需要提升工作人員的整體能力并出臺相應(yīng)的設(shè)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(xùn)計劃，定期進行評估，并將新技術(shù)和知識融入培訓(xùn)；建立健全的繼電保護設(shè)備管理制度，包括設(shè)備的登記、維護記錄、故障處理等，以提高設(shè)備的可靠性和管理水平。

5　結(jié)語

總而言之，繼電保護在電力系統(tǒng)中扮演著防范故障、保障安全、維護穩(wěn)定運行和提高可靠性的重要角色。通過確保及時檢測和隔離故障，繼電保護設(shè)備確保了電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。因此，為了達到電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的，促進電力工業(yè)現(xiàn)代化的進程，有必要重視繼電保護系統(tǒng)。根據(jù)中國現(xiàn)在的情況來說，電力系統(tǒng)和自動化技術(shù)都有了很好的發(fā)展，因此電力系統(tǒng)自動化和繼電保護都得到了更深入的研究，保障了整個電力線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。

作者簡介：

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

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

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摘自《自動化博覽》2023年12月刊