分析农电系统中继电保护新技术的应用

继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。从2O世纪50年代开始到目前为止,继电保护已经历了从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置4个发展阶段。近年来,随着计算机技术、通信技术和网络技术为代表的现代信息技术的迅猛发展,继电保护技术得到快速发展。农村电力系统相对于

城市电力系统,其继电保护的性能和水平、信息化的发展、运行的安全、稳定和可靠等方面还存在一定的差距。本文对近年来继电保护新技术的发展趋势及其在农村电力系统中应用加以介绍,以对我国农村电力系统的发展提供借鉴。

1 电力系统继电保护的计算机化

电力工业化的不断发展,继电保护装置除了具有继电保护的基本功能外,还应具备有大容量故障信息和数据的长期存放空间功能、数据快速处理功能、强大的通信功能和全系统数据共享功能等。因此,要实现这些功能,继电保护计算机化是继电保护技术发展的必然趋势。

继电保护计算机化是以数字式计算机为基础而构成的继电保护。一整的微机保护装置主要由硬件和软件二部分构成:硬件指模拟和数字电子电路,提供软件运行的平台,并且提供微机保护装置与外部系统的电气联系,具体包括数据采集系统、CPU主系统、开关量输出、输入系统及设备等;软件指计算机程序,由它按照保护原理和功能的要求对硬件进行控制,有序地完成数据采集、外部信息交换、数字运算和逻辑判断以及动作指令执行等各项操作。

从20世纪7O年代末,华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学等高等院校和科研院所即已开始了计算机继电保护的研究,相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。从20世纪90年代开始,我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。由于计算机继电保护与传统保护装置相比具有灵活、可靠、稳定,且可方便地扩充其他辅助功能。因此,随着近年来农网改造的逐步深入,计算机继电保护在农网中将得到广泛应用。

2 电力系统继电保护网络化

继电保护装置的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围,还要保证全系统的安全稳定运行。目前,继电保护装置除了纵差动保护和纵联保护外,都只能反应保护安装处的电气量,继电保护的作用也只限于切除故障元件和缩小事故影响的范围。因此,如果每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据,并在此基础上协调动作,将可确保系统的安全稳定运行。网络计划技术就是利用网络图表达计划任务的进度安排及其各项作业之间的相互关系,进而对网络进行分析并计算网络时间值,确定关键工序和关键路线并运用一定的技术组织措施对项目进行优化的方案。继电保护网络化技术通过计算机网络将全系统各主要设备的保护装置联接起来,即实现微机保护装置的网络化。其基本系统是一个基于B/S模式的三层结构系统(见图1)。

图1 基于B/S模式的三层结构系统

系统由5大功能子系统构成,子系统完成自己特定功能并处于不同物理位置提供服务。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理,比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性,可大大提高保护性能,用户能够利用该系统通过计算机网络进行继电保护相关的各种业务,包括保护配置管理、参数管理、实验记录管理、安全措施管理和运行指标管理等。

农网继电保护系统由于工作地点分散,人员之间的协调、沟通难度大,值班调度人员难以及时了解和记录继电保护设备的运行情况,现场的操作人员也不能够及时地得到调度人员的传票进行现场调整,采用计算机网络系统,将可有效解决这些问题。

3 电力系统继电保护智能化

近年来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域也开始得到应用。在电力系统里存在很多非线性问题,用传统的方法,难以得到满意的解决,而应用人工神经网络理论,则能够迎刃而解 。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一种非线性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别 。这些人工智能方法在农村复杂的电网中得以应用,一方面在管理上使得电力系统减少了不必要的资源浪费,另一方面在其它各项技术的运用方面为工作人员提供了广阔的技术空间,具有广阔的发展前景。

4 继电保护、控 制、测量和数据通信一体化 在实现继电保护的计算机化和网络化条件下,继电保护装置是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。一方面它可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息。同时,也可将自身所获得的被保护元件的任何信息传送给网络控制中心或任一终端。因此,每个计算机保护装置不但可以完成继电保护功能,而且可

控制、测量和数据通信,达到实现保护、控制、测量、数据通信一体化。华中科技大学石东源等开发了电网继电保护分析计算及管理一体化系统,其同时可实现整定计算、故障计算、在线校核、故障信息远传、故障综合分析、运行管理、参数管理、设备管理和图档管理等多重任务。该一体化系统已经在国家电力调度通信中心投入运行,在实现整定计算和故障计算等分析计算自动化的同时,还实现了对6个500kV发电厂和变电站内主要继电保护装置和故障录波装置的远程在线监测,并在故障情况下能够实现故障信息的准实时上送,从而实现调度端对故障的及时准确处理。

农网为了测量、保护和控制的需要,各个地点的室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。这不仅要铺设大量的控制电缆,而且使二次回路非常复杂。如果采用保护、控制、测量和数据通信一体化计算机装置,则可有效解决以上问题。

5 结束语

农网继电保护方面是我国电网继电保护的薄弱环节,许多新技术在农网继电保护上的应用还较少,农网继电保护新技术的应用是一项极具挑战性和战略性的事业,开展多领域跨学科的合作是提升农网继电保护水平,实现农村电网安全、稳定和可靠地运行,对我国新农村建设具有重要意义。

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