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案例頻道文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）12-076-03中圖分類號：TP273
★陳銘婷，蔣佳燁（國網上海市電力公司浦東供電公司，上海201210）
關鍵詞：電力系統；自動化；繼電保護；關系
隨著我國經濟的持續增長和社會的發展，我國對于電力的需求逐年增加，作為關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的首要任務。電力系統與民生、經濟發展息息相關，電力系統自動化是現代電力系統的發展方向和成果體現。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，現在人們用電量也越來越大。所以電力系統及自動化十分重要，系統根據自動化來進行電力供應，更好地滿足了用戶要求。同時繼電保護也是電力系統及其自動化中非常重要的一環。
1 電力系統以及自動化概況
1.1 電力系統簡單化和集成化
由于工業控制技術水平的提高，電力自動化系統在組成上越來越簡易化和集成化，主要體現在以下幾個方面：簡化了人機界面，使操作人員能夠輕松地監控和控制電力系統；提供了直觀的圖表和指示，降低了操作難度；建立了通信網絡，將不同的設備、子站和系統連接起來，實現實時的數據傳輸和協調控制；可通過統一的用戶界面，對電力系統中的各種設備進行操控，操作人員僅需從同一個界面訪問不同的功能，減少了學習成本和操作復雜性；具有簡單的一鍵操作或預設場景，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，電力自動化系統正在向著實現功能多樣化的方向邁進。構建以實時監控和數據采集、負荷預測與優化、智能控制與調度、分布式能源整合、設備狀態監測與維護、故障檢測與定位、數據分析與決策支持、市場交易與能源管理為核心的自動化系統可以促進我國電力工業的發展，使電力工業全面檢測，并能及時調整變電、輸電和繼電保護，實現資源的合理分配。
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，能及時發出警報和通知，提醒操作人員關注重要事件，降低了人們對系統運行狀態的持續監控壓力，并提高了操作的效率和準確性。
1.4 電力自動化系統現狀
數字化、智能化和自動化技術的引入和發展使得電力系統能夠更高效地實現監控、控制和保護，同時減少了一些傳統的人工操作和干預，而在過去電力系統的運行和管理往往依賴大量的人工操作，需要人員實時監控和調度。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，隨著電力系統的數字化和互聯，原本較封閉運營的電力系統面臨來自網絡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據來進行分析和決策，但數據的質量和可靠性仍然是一個問題，不準確的數據可能導致錯誤的決策。電力系統自動化涉及多個功能模塊和設備，集成和管理變得更加復雜。目前國家陸續出臺了多個電力接口規范文件，但確保不同系統和設備之間的無縫協同仍然是一個挑戰。
2 電力系統及其自動化和繼電保護的關系
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、發電機、電纜等，以及其它關鍵設備，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。在自動化的改造過程中，電力系統經常會出現各種無法完全避免的問題，因此當問題發生以后，繼電保護可以及時地做出相應的措施，通常在毫秒級別內進行動作，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，造成電力系統中斷和影響電網的穩定性。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，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十分重要的地位。通過對繼電保護設備的管理，可以減少一些嚴重問題的出現，避免電力系統出現故障。電力企業需結合行業需求和發展趨向進行適合的管理，并引入新的技術，以促進繼電保護智能化，進一步保障電力系統的穩定發展。
2.2 繼電保護對電力系統自動化改造的積極作用
在進行自動化改造的過程中，電氣系統會有大量的設備進行更換以及信息記錄，其中不可避免地會涉及大量復雜的信息內容，需要在具體操作過程中立即處理。根據相應的改變，相關的人員還需要保證電力系統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的運行安全，還能實時采集電力系統在運行過程中有關電力設備的不同信息，實時監測數據傳輸至控制中心，支持系統的自動調整和控制，促進電力系統進行自動轉換。
2.3 繼電保護對電力系統自動化系統的保護作用
電力系統及自動化控制平臺在具體的運行過程中，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，直接關乎到電力系統運行的安全，其要求繼電保護系統的動作必須準確無誤，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產生大量的實時電力數據和信息，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題情況進行選擇性的處理，避免更多問題的發生。每個保護裝置應該有特定的保護區域，保護裝置之間需要通過通信協調，確保只有最近的保護裝置動作，確保了在故障發生時，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化技術，可以更好地提升其可靠性。實時獲取變壓器的相關數據，監測變壓器內部或外部的故障，如過載、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。同時相關人員還需要關注變壓器本身的絕緣性能，在進行保護設備的選擇時，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用
電力系統中涉及的線路十分復雜，并且不同的設備還有不同的條件要求。在供電故障情況下，必須及時斷開電源，以避免膨脹出現的土壤的電阻率。如果線路接地過程中出現誤差，會使電流快速上升，線路接地保護通過監測電流的大小和方向，檢測接地故障的發生，并及時作出動作，隔離故障。
3.3 母線保護中的應用
繼電保護自動化技術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，來判斷設備是否發生故障。所以繼電保護技術通過實時監測母線上的電流、電壓等參數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總線的側端口，繼電保護裝置則安裝在系統總線的差動位置。這意味著繼電保護裝置是用于監測和保護系統總線差動特性的，特別是在相間短路情況下。這種配置可以用來檢測系統總線的內部故障，比如相間短路，確保在故障發生時能夠快速隔離故障，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化可靠性
4.1 設備選擇以及初始狀態調控
電力系統繼電保護裝置自動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。在投入前期必須篩選出可靠的繼電保護設備供應商和產品，生成候選清單，并在條件允許的情況下，對設備進行選型測試、環境適配等，確保設備具有高質量和合適的性能。參數調整和控制也是效果好壞與否的關鍵之一，原因是當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節電流管理結構，自動化系統會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。在繼電器安裝的過程中，相關的工作人員需要對安裝過程進行充分了解和控制，通過自動化系統檢測測試與繼電器連接處是否存在沖突，優化參數和不協調的連接。自動程序可以利用歷史數據進行分析，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行控制。設備管理人員負責對相關條件進行分析和測試，以評估繼電保護裝置的工作情況。如果初步運行數據符合安全結構的應用要求，說明自動化設備應用良好。
4.2 故障問題調控測驗
故障問題測驗控制是當繼電器自身出現問題時，設備可以通過自動化的程序進行問題分析和處理。自動化系統可以根據人工神經網絡方式確定繼電器出現問題的具體情況，同時電力系統中的繼電器還可以根據系統進行相關的評估和處理。比如當繼電保護中使用程序進行相關測試時，可以通過相應的程序確定繼電器出現問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鍵之一，在關鍵位置配置冗余繼電保護設備，確保在一個設備發生故障時，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，但在主設備故障時能夠快速投入運行，保障業務的連續性。
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，同時還需要提升工作人員的整體能力并出臺相應的設備資產管理制度。在這方面，相關電力公司可以制定培訓計劃，定期進行評估，并將新技術和知識融入培訓；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
總而言之，繼電保護在電力系統中扮演著防范故障、保障安全、維護穩定運行和提高可靠性的重要角色。通過確保及時檢測和隔離故障，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，促進電力工業現代化的進程，有必要重視繼電保護系統。根據中國現在的情況來說，電力系統和自動化技術都有了很好的發展，因此電力系統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，幫助了電力行業更好的發展。
作者簡介：
陳銘婷（1994-），女，遼寧沈陽人，碩士，現就職于國網浦東供電公司，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，學士，現就職于國網浦東供電公司，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
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號