智能电网时代继电保护技术：电力发展的守护神

“从我接触继电保护这个专业始，很多电厂侧的继电保护新技术实验、推广都选取在水电站实现。可以说，我国的水电行业为电厂侧继电保护的国产化提供了充分条件。”年近80的清华大学大机组保护研究所名誉所长王维俭，自1955年大学毕业至今一直从事电气主设备特别是大型发电机和变压器继电保护的教学和科研工作，被誉为该领域泰斗级人物。11月3日，他出席中国水力发电工程学会继电保护专业委员会2011年会暨学术研讨会时说，“而在这些工作中，我们的水电领域继电保护的同仁，起到了特殊的作用。”

助中国水电走向世界之巅

“讲到继电保护，要先说说自动化方面。一次设备，我国打捆招标引进国外技术合作生产后，大大提升了我们的制造能力。目前，已经达到一定水平。2000年以前，我国的大型水电站，控制设备的制造方面大部分都是从国外引进的。而现在，我国在控制设备开发方面，有几家生产企业，如四方、许继、国网电科院、中国电科院，特别在水电站控制方面比较好。”中国水力发电工程学会常务副理事长、秘书长李菊根说。

“中国不仅是水电大国，而且已经成为真正的水电强国！据统计，我国已发电的大型水电机组自动化设备国产化率达90%以上，尤其是继电保护装置几乎全部国产化，动作的准确率高达98%以上。”中国水利发电工程学会常务秘书长文伯瑜在研讨会中提到。

北京四方继保自动化股份有限公司（以下简称“四方股份”）电站业务技术研究中心副主任刘刚认为：“国内智能电网建设，尤其是智能变电站技术的快速进步，将进一步促进水电站智能化。

在新的发展趋势要求下，四方股份将打造智能水电站作为我们的追求。一个世界、一种技术、一个标准是我们的目标。

目前，我们的技术特征就表现在已经具有了智能化基础（自动化、平台化、互动化、信息化），以安全可靠性、开放性、先进性和经济性为原则，并以智能电网为服务对象，具有很好的交互性、可控性、可调性。我们正在深入研究水电站一次设备智能化、二次设备网络化、通信接口统一化、数据采集光纤化；力争推出基于统一标准和平台的面向设备、面向对象，具有协调管理功能的信息化的分布式过程控制系统；要更早实现厂站设备全寿命周期管理、关键设备的预防性安全管理；主辅机设备智能化（智能控制阀、智能马达等）。”　　　目前，四方股份已有多达数十万套的数字式继电保护和智能二次设备、万余套变电站自动化系统及发电站自动化系统正在成功运行，作为电力行业二次成套设备的主要制造商和系统解决方案的提供商，其产品已成为电力系统继电保护与控制领域的主流产品。同时，四方股份还先后在轨道交通、石化、冶金等领域取得了不菲的业绩。

据悉，该公司推出基于IEC61850的系列化保护测控装置及监控系统，实现了数据模型、服务模型、通信协议、物理网络、工程数据交换格式、一致性测试标准的六统一。使装置容易实现信息共享，信息透明化更易实现。通过测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化，最终实现高压智能设备技术特征，支持智能化厂站的高级应用。

“基于完全自主知识产权的丰富产品体系，在国内市场占有率不断扩大的同时，四方股份在开拓国际市场方面也取得了令人瞩目的成绩。随着产品成功进入欧洲、亚洲及非洲市场，公司已经在国际上树立了中国高科技企业的新形象。”四方股份技术研究中心主任焦邵华博士介绍。

服务大电网

谈到当今中国的大电网，就不得不谈智能电网。伴随我国智能化电网建设的需要，发展智能化水电站技术的呼声和探讨已经受到业内专家的广泛关注。

在积极寻求水电站友好接入电网、充分发挥效力，积极探索水电与火电、核电、及风电等各类新兴清洁能源协调发展的技术进程中，作为水电站安全稳定运行关键保障的继电保护装置该如何发展进步，引起业内专家、机构深入研究。

从专业角度讲，王增平详细分析：“摆在我们面前的任务很重，还有很多难题还没有很好的解决，并且还不断出现一些新问题。如在主设备的保护方面，从发电机的保护，定子绕组的内部故障，特别是匝间短路的整定灵敏度校验，百分之百的一点接地，保护的可靠性灵敏度，以及转子绕组匝间短路、两点接地保护等方面还有很多问题，需要我们研究。”对于今后的发展，李菊根呼吁：“在继电保护及自动化方面，我们依然要加快步伐，要达到世界先进水平，关键是核心技术。目前，我国的计算机水平已经达到国际先进，要进一步发展我们自动化控制系统的软件、硬件的制造。近几年，四方、许继，南自等水平也已经大大提高了，还要瞄准世界上的先进尖端技术组织，增加科技投入，增加引进先进技术人员和优秀人才，加大研发，提升企业在国际的知名度，建立国际品牌。”国务院三峡办原司长许可达回忆：“我记得，在去年的专委会年会上，我提到随着三峡等一批巨型发电机组的投运，随着太阳能发电、风电等清洁能源的大发展，随着西电东送、全国联网中一批特高压交流、直流输电工程的建设，继电保护技术得到了一个里程碑式的大发展。其中，特别提到许多继电保护专家已经将研究重点转向风电、太阳能发电、大型抽水蓄能发电机组对继电保护的新要求。”新能源的发展为继电保护工作提出了新的要求，其中也包含对机组保护和线路保护。

业内专家一致认同，现在看来，经过一年的努力，在继电保护服务新能源方面已经的的确确涌现出了一大批新的研究成果。

对于规模化集中接入以及分布式接入电网的可再生能源带来的问题，王增平认为：“首先是现在新能源电源对故障的承受能力。比如我们现在广泛关注的低电压穿越问题。我们的新能源接入电网，大多通过变流设备，通过这样的一个电力电子设备的转化，它提供的短路电流到底是一个什么样的特性？怎么能够准确计算？是非常值得我们研究的问题。其次就是分布式电源接入到配电网中，使得配电网运行的方式多变，并且更加复杂，使原来单一电源变成多电源，并且运行方式多样，我们的继电保护如何来适应这样的变化。

第三是新技术带来技术支撑方面。截至目前，我们的继电保护的构成机制和构成原理，还没有发生根本性的改变。我们现在的继电保护主保护仍然采取差动，后备保护采用多段式定值和时间上相互配合的模式。这就要求，在现阶段要充分重视通讯信息技术以及传感技术的发展，要改变原来保护安装处本地信息的状况，运用多元信息来完善我们继电保护的功能。由多个信息来决定故障发生在什么位置，应该有哪些开关和保护来跳闸，保护的动作时间就自然缩短了，可靠性也得到相应的提高。”国内一批包括四方股份在内的有实力的设备企业，都希望通过风电场智能化并网运行控制，为风电场的电网友好型建设提供支持。中国工程院院士、四方公司创始人杨奇逊教授在2011智能电网国际论坛上也提出了要“积极应对挑战，加快建设智能电网，解决大规模应用波动性可再生能源，特别是大规模风电并网带来许多问题和挑战。”据悉，由四方股份研制的 “CSC-800W风电场功率优化控制子站”和“CSC-855W风电机组振动状态监测与故障诊断装置”已于11月2日顺利通过了北京市经济和信息化委员会组织的新产品鉴定。