智能電網(wǎng)時代繼電保護技術(shù)：電力發(fā)展的守護神

“從我接觸繼電保護這個專業(yè)始，很多電廠側(cè)的繼電保護新技術(shù)實驗、推廣都選取在水電站實現(xiàn)。可以說，我國的水電行業(yè)為電廠側(cè)繼電保護的國產(chǎn)化提供了充分條件。”年近80的清華大學(xué)大機組保護研究所名譽所長王維儉，自1955年大學(xué)畢業(yè)至今一直從事電氣主設(shè)備特別是大型發(fā)電機和變壓器繼電保護的教學(xué)和科研工作，被譽為該領(lǐng)域泰斗級人物。11月3日，他出席中國水力發(fā)電工程學(xué)會繼電保護專業(yè)委員會2011年會暨學(xué)術(shù)研討會時說，“而在這些工作中，我們的水電領(lǐng)域繼電保護的同仁，起到了特殊的作用。”

助中國水電走向世界之巔

“講到繼電保護，要先說說自動化方面。一次設(shè)備，我國打捆招標引進國外技術(shù)合作生產(chǎn)后，大大提升了我們的制造能力。目前，已經(jīng)達到一定水平。2000年以前，我國的大型水電站，控制設(shè)備的制造方面大部分都是從國外引進的。而現(xiàn)在，我國在控制設(shè)備開發(fā)方面，有幾家生產(chǎn)企業(yè)，如四方、許繼、國網(wǎng)電科院、中國電科院，特別在水電站控制方面比較好。”中國水力發(fā)電工程學(xué)會常務(wù)副理事長、秘書長李菊根說。

“中國不僅是水電大國，而且已經(jīng)成為真正的水電強國！據(jù)統(tǒng)計，我國已發(fā)電的大型水電機組自動化設(shè)備國產(chǎn)化率達90%以上，尤其是繼電保護裝置幾乎全部國產(chǎn)化，動作的準確率高達98%以上。”中國水利發(fā)電工程學(xué)會常務(wù)秘書長文伯瑜在研討會中提到。

北京四方繼保自動化股份有限公司（以下簡稱“四方股份”）電站業(yè)務(wù)技術(shù)研究中心副主任劉剛認為：“國內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)，尤其是智能變電站技術(shù)的快速進步，將進一步促進水電站智能化。

在新的發(fā)展趨勢要求下，四方股份將打造智能水電站作為我們的追求。一個世界、一種技術(shù)、一個標準是我們的目標。

目前，我們的技術(shù)特征就表現(xiàn)在已經(jīng)具有了智能化基礎(chǔ)（自動化、平臺化、互動化、信息化），以安全可靠性、開放性、先進性和經(jīng)濟性為原則，并以智能電網(wǎng)為服務(wù)對象，具有很好的交互性、可控性、可調(diào)性。我們正在深入研究水電站一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、通信接口統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)采集光纖化；力爭推出基于統(tǒng)一標準和平臺的面向設(shè)備、面向?qū)ο?，具有協(xié)調(diào)管理功能的信息化的分布式過程控制系統(tǒng)；要更早實現(xiàn)廠站設(shè)備全壽命周期管理、關(guān)鍵設(shè)備的預(yù)防性安全管理；主輔機設(shè)備智能化（智能控制閥、智能馬達等）。”　　　目前，四方股份已有多達數(shù)十萬套的數(shù)字式繼電保護和智能二次設(shè)備、萬余套變電站自動化系統(tǒng)及發(fā)電站自動化系統(tǒng)正在成功運行，作為電力行業(yè)二次成套設(shè)備的主要制造商和系統(tǒng)解決方案的提供商，其產(chǎn)品已成為電力系統(tǒng)繼電保護與控制領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。同時，四方股份還先后在軌道交通、石化、冶金等領(lǐng)域取得了不菲的業(yè)績。

據(jù)悉，該公司推出基于IEC61850的系列化保護測控裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)模型、服務(wù)模型、通信協(xié)議、物理網(wǎng)絡(luò)、工程數(shù)據(jù)交換格式、一致性測試標準的六統(tǒng)一。使裝置容易實現(xiàn)信息共享，信息透明化更易實現(xiàn)。通過測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化，最終實現(xiàn)高壓智能設(shè)備技術(shù)特征，支持智能化廠站的高級應(yīng)用。

“基于完全自主知識產(chǎn)權(quán)的豐富產(chǎn)品體系，在國內(nèi)市場占有率不斷擴大的同時，四方股份在開拓國際市場方面也取得了令人矚目的成績。隨著產(chǎn)品成功進入歐洲、亞洲及非洲市場，公司已經(jīng)在國際上樹立了中國高科技企業(yè)的新形象。”四方股份技術(shù)研究中心主任焦邵華博士介紹。

服務(wù)大電網(wǎng)

談到當(dāng)今中國的大電網(wǎng)，就不得不談智能電網(wǎng)。伴隨我國智能化電網(wǎng)建設(shè)的需要，發(fā)展智能化水電站技術(shù)的呼聲和探討已經(jīng)受到業(yè)內(nèi)專家的廣泛關(guān)注。

在積極尋求水電站友好接入電網(wǎng)、充分發(fā)揮效力，積極探索水電與火電、核電、及風(fēng)電等各類新興清潔能源協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)進程中，作為水電站安全穩(wěn)定運行關(guān)鍵保障的繼電保護裝置該如何發(fā)展進步，引起業(yè)內(nèi)專家、機構(gòu)深入研究。

從專業(yè)角度講，王增平詳細分析：“擺在我們面前的任務(wù)很重，還有很多難題還沒有很好的解決，并且還不斷出現(xiàn)一些新問題。如在主設(shè)備的保護方面，從發(fā)電機的保護，定子繞組的內(nèi)部故障，特別是匝間短路的整定靈敏度校驗，百分之百的一點接地，保護的可靠性靈敏度，以及轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、兩點接地保護等方面還有很多問題，需要我們研究。”對于今后的發(fā)展，李菊根呼吁：“在繼電保護及自動化方面，我們依然要加快步伐，要達到世界先進水平，關(guān)鍵是核心技術(shù)。目前，我國的計算機水平已經(jīng)達到國際先進，要進一步發(fā)展我們自動化控制系統(tǒng)的軟件、硬件的制造。近幾年，四方、許繼，南自等水平也已經(jīng)大大提高了，還要瞄準世界上的先進尖端技術(shù)組織，增加科技投入，增加引進先進技術(shù)人員和優(yōu)秀人才，加大研發(fā)，提升企業(yè)在國際的知名度，建立國際品牌。”國務(wù)院三峽辦原司長許可達回憶：“我記得，在去年的專委會年會上，我提到隨著三峽等一批巨型發(fā)電機組的投運，隨著太陽能發(fā)電、風(fēng)電等清潔能源的大發(fā)展，隨著西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)中一批特高壓交流、直流輸電工程的建設(shè)，繼電保護技術(shù)得到了一個里程碑式的大發(fā)展。其中，特別提到許多繼電保護專家已經(jīng)將研究重點轉(zhuǎn)向風(fēng)電、太陽能發(fā)電、大型抽水蓄能發(fā)電機組對繼電保護的新要求。”新能源的發(fā)展為繼電保護工作提出了新的要求，其中也包含對機組保護和線路保護。

業(yè)內(nèi)專家一致認同，現(xiàn)在看來，經(jīng)過一年的努力，在繼電保護服務(wù)新能源方面已經(jīng)的的確確涌現(xiàn)出了一大批新的研究成果。

對于規(guī)模化集中接入以及分布式接入電網(wǎng)的可再生能源帶來的問題，王增平認為：“首先是現(xiàn)在新能源電源對故障的承受能力。比如我們現(xiàn)在廣泛關(guān)注的低電壓穿越問題。我們的新能源接入電網(wǎng)，大多通過變流設(shè)備，通過這樣的一個電力電子設(shè)備的轉(zhuǎn)化，它提供的短路電流到底是一個什么樣的特性？怎么能夠準確計算？是非常值得我們研究的問題。其次就是分布式電源接入到配電網(wǎng)中，使得配電網(wǎng)運行的方式多變，并且更加復(fù)雜，使原來單一電源變成多電源，并且運行方式多樣，我們的繼電保護如何來適應(yīng)這樣的變化。

第三是新技術(shù)帶來技術(shù)支撐方面。截至目前，我們的繼電保護的構(gòu)成機制和構(gòu)成原理，還沒有發(fā)生根本性的改變。我們現(xiàn)在的繼電保護主保護仍然采取差動，后備保護采用多段式定值和時間上相互配合的模式。這就要求，在現(xiàn)階段要充分重視通訊信息技術(shù)以及傳感技術(shù)的發(fā)展，要改變原來保護安裝處本地信息的狀況，運用多元信息來完善我們繼電保護的功能。由多個信息來決定故障發(fā)生在什么位置，應(yīng)該有哪些開關(guān)和保護來跳閘，保護的動作時間就自然縮短了，可靠性也得到相應(yīng)的提高。”國內(nèi)一批包括四方股份在內(nèi)的有實力的設(shè)備企業(yè)，都希望通過風(fēng)電場智能化并網(wǎng)運行控制，為風(fēng)電場的電網(wǎng)友好型建設(shè)提供支持。中國工程院院士、四方公司創(chuàng)始人楊奇遜教授在2011智能電網(wǎng)國際論壇上也提出了要“積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，加快建設(shè)智能電網(wǎng)，解決大規(guī)模應(yīng)用波動性可再生能源，特別是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來許多問題和挑戰(zhàn)。”據(jù)悉，由四方股份研制的 “CSC-800W風(fēng)電場功率優(yōu)化控制子站”和“CSC-855W風(fēng)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置”已于11月2日順利通過了北京市經(jīng)濟和信息化委員會組織的新產(chǎn)品鑒定。