2024继电保护面临的挑战与展望报告.docx

r主讲人介绍I获得省部级以上科学技术奖励,Yutao裘愉涛国家电网首席专家正高级工程师全国劳动模范国网公司继电保护专家组成员网公司、浙江电网的30多项重要项目和100余项，先后主持或参与编制国家标准10余项，行业及国网公司企业标准30余项。一适应新型电力系统发展的保护新原理二保护全寿命科学管理技术三变电站数字化提升技术四继电保护整定软件提升五主动配电网和微电网保护六新技术促进保护发展目e国家电网有限公司STATEGRID适应新型电力系统发展的保护新原理F一适应新型电力系统发展的保护新原理国家电网有限公司而1、ETNGFRCE在“双碳”目标背景下，传统电力系统向新型电力系统转变，电力系统的电源和输电形式发生转变。以旋转电源为主的电力系统向换流站、逆变器等逆变型电源和旋转电源共存的电力系统转变，在这一过程中系统的故障特征将发生变化。传统电力系统故障电流新型电力系统故障电流幅值为正常负荷电流故障后线路两侧故障相电流7T0倍相位相近故障电流幅值为正常负荷电流故障后线路两侧故障相电流1-2倍相位差大-适应新型电力系统发展的保护新原理'国家电网都艮公司VSTATFGRID森统电力系统故障电气好化及保护时序图25ms波过题转电源拓扑影响主京一卜高频暂态量高频曾牵Jj速衰减一工频量变化为主，工频故障电流幅值大,相位接近F一适应新型电力系统发展的保护新原理国家电网有限公司SXaT旗机昭。I电气量新型电力系统故障特性对现有保护的挑战电流幅值受限弱故障影响整体保护灵敏度、影响电流判据门槛弱馈相角受控影响差动灵敏度、短路附加阻抗影响距离保护等电压/电势内电势可快速变化汨47由压丁痢i寿力曷距意方向均柒柄故障附加网络系统电势0,叠加原理失效J电压支撑能力低、系统强度弱弱馈、影响电压判据门槛配电侧有源影响阶段式保护配合、重合闸、备自投、主变零压阻抗系统阻抗时变非线性影响依赖系统阻抗的保护I时娈序分量负序抑制、序分量单独控制正负序阻抗差异大且变化影响序分量保护、序分量方向、序分量选相影响正序极化距离保护、影响非故障相电压判据J频率谐波、频率偏移、频谱宽II如啊生FIl）侬颗-1.狈BU传筑侏计1F一适应新型电力系统发展的保护新原理1.2适应新型电力系统发展的保护新原理,在新型电力系统建设的初期，对传统基于工频分量的保护原理进行改进以适应不断更新的故障特征。随着新型电力系统建设建设进程的加深，对传统基于工频分量保护原理的改进已无法完全适应复杂故障特征。基于故障暂态电气量频域特征的保护、控制与保护协同技术、人工智能算法在继电保护的应用将是未来新型电I力系统保护的研究方向。国家电网有限公司ATTENGFRW保护全寿命科学管理技术F二保护全寿命科学管理技术国家电网有限公司STTEGRID装置自检系统仍不完善装置芯片和软件监视和定位能力不足快速改造方案不成熟设备改造会产生较多和长时间的电网运行风险2.1保护全寿命周期管理存在问题情况1：变电站中的设备和材料具有不同的生命周期，其中一次设备具备约30年的平均寿命，而二次设备比如保护、控制和通信设备的平均寿命约15年，导致二次设备在整站生命周期之内需要更换。情况2:在全寿命周期中，设备需要更新、改造和更换/升级。保护检修工作量与重要性不匹配各电压等级保护数量不同,但运维检修标准统一二保护全寿命科学管理技术,国家电网有限公司靖江AlBqRlD22继电保护智能运维智能运维体系构建完善继电保护智能运维检修体系，涵盖继电保护智能运检在设计'检测、调试、验收'运维检修和退役报废等全生命周期各个环节，推进继电保护智能运维检修技术的应用。继电保护智能运维检修标准体系第一层：导则阳侬检路设图'痴段总体要求、技术方案、相关标准的关系)继电保护智能运雄检停导则尚无标准)第二层：运行管理及检修规程维电物和安全自动装置运行管理规程(D1.587-2016)缠电保护和电同安全自动梁置检验蝇(D1./T995-2016)继电触装置修理与退役要求尚无标准)第三层：支撑、辅助标准设备管理台照管理、文档资舁管理，配置文件管理、电子标签,命名及标识规范)定值管理他值遇定、校横在缘K鼓)、健改集板、定值区、««)运维管控运筵笆投的支建、篡现拯«)注：红色我表肉先林准,甘如中读：满色为己孙林希他匕为M定过y国家电耐艮公司AiO/STATEGRID2.3多维度装置自检技术核心目标01深入监视到设备的芯片、板卡、软件模块工作状态03软件隐性故障识别技术芯片状态监测O05回路隐性故障识别技术02设备状态信息的识别、提取、分类、存储、传输技术装置自检关键技术04基于历史状态曲线、多设备对比分析的综合辨识技术自检功能使得减少周期性维护成为可能二保护全寿命科学管理技术fjk国家电网有限公司SRTNANTSFGdMR2. 4快速改造技术目前改造有整屏更换、掏屏更换、装置快速更换等方式。如果高压保护参考35kV及以下标准化保护装置，统一装置端子定义和插件结构，可实现不同厂家无缝互换、即插即用，为大规模保护改造打好基础。置换式改造更换式改造可实现不同厂家无缝互换、即插即用标准模块化改造旧屏柜十预制屏柜支架及接线改造后屏柜图F二保护全寿命科学管理技术2.5远程运维技术远程通道安全性：可信加密、数字校验远程升级后的远程验证远程操作选择设备唯一性安全劭远程最升级文件传输可靠性验证升级前自动备份还原机制J远程验证：远程巡视、同源比对、二次回路可视化及设备版本管理、测试报文补充验证等。J软隔离方式：专用端口，并设置远程运维压板。J远程在线传动：不停电传动、自动对点升级过程自动安措及防误机制国家电网有限公司蹋A晔NGFRCW变电站数字化提升技术3.1统一配置工具开发提升1：针对工程文件繁多，管理运维困难，需要统一协调工程文件类型，开发统一配置工具。铲O电P智能变电站目前存在ICD、CID.SSD、CCD、SCD、CSD等工程文KQl件，后续随发展需要，发展出了IDD、CDD.SDD等配置文件，分别对应二次设备数字化描述文件、屏柜数字化描述文件和全站二次回路数字化描述文件。IMCD:装置监测信息配置描述文件，扩展了过程层物理端口与光功率告警信号的映射，同时定义了装置告警信号与板卡的关联关系及检修处理建议；IV1.D:装置二次虚回路描述文件，目的是为了回路运维中明确过程层回路与GoCB控制软压板及链路告警信息的关联关系；SMCD:智能运维管理模型文件，是在SCD文件的基础上，集成了智能录波器、SSD文件信息。保护装置送出信息输出文件：保护定值信息文件、保护告警信息文件、保护档案文件、保护状态信息文件等。«国家电网有限公司STATEGRID3. 2全流程数字化设计提升2:针对传统纸质图纸难维护、难应用，生产、设计、运维各环节独立的现象，推动全流程数字化设计，打通全环节接口，支撑调试运维自动化。图元标准化调试运维自动化全景全息建模由模成图全流程数字化设计全流程打通源端维护设计转变智能设计9转变文件管理功能转变智能运维yft国家电网有限公司astategridIW«X*,一，W*M*3.3即插即用方案提升3:针对SCD配置依赖人工，其正确性检验困难、文件唯一性难以管控、改扩建变更涉及范围广的问题，采用即插即用方案，实现装置免人工配置。方案一：基于配置工具的方案，利用配置工具进行自动虚端子配置；置中通过定义数据集实现虚端子的自动配置。配置工具虚端子配置数据集虚端子免配置方案二：基于数据集和虚端子标准化方案，在装继电保护数字李生关键技术：继电保护数字挛生系统实时运行技术继电保护数字季生系统IO接口技术继电保护数字学生系统原理建模技术继电保护数字季生系统接口建模技术继电保护数字学生系统变量命名规则技术继电保护数字季生系统人机交互技术新型电力系统背景下的一次系统建模技术继电保护数字挛生技术应用：保护装置系统级测试保护新原理开发继保从业人员专业技能培训智能变电站运维辅助决策交直流保护安全稳定运行面向二次设备全生命周期管控的数字学生技术，将设备设计制造方与使用方紧密的连接起来，从设备的研发设计阶段开始，实现设备全生命周期管控目标。3. 4数字挛生变电站人广迭代更新迭代更新BOOSUQSJVMU机箱U胃板)铲¾)-交流采集一开出)开入Utw电源U二次设备保护90OI=I控能测代MU智能终端国家电网有限公司题A拜NGFRCiP继电保护整定软件提升/Ifc国家电网有限公司STATEGRID微服务一体化版V3.0多级调度共用2014V4.0大数据、云计算2020"F四继电保护整定软件提升4.1整定计算系统发展史V1.O局部建模2003"网络版单机版V2.0多人建模2009”U!继电保护整定软件提升国家电网有限公司PSrTnfG4. 2整定计算面临的挑战随着新型电力系统建设，电网故障形态发生了较大变化，对继电保护整定计算提出了新的要求不用：兆新型电力系统中的微电网运行存在并网和离网两种方式会导致潮流流向等发生重大变化。在设计阶段巨战除考虑一次电网运行的安全性，还需要提前对保护进行配置，对保护定值进行预计算和校核。新能源对继电保护定值计算产生重大影响。新能源需采用受机端电压控制的电流源进行替代，传统的三挑短路计算算法无法准确计算新能源节点电压，迭代算法降低了计算速度。新能源厂站的极端方式由于受光三战照和风速的影响不易得到，难以确定传统的整定所需最大和最小方式短路电流。E2El随着新型电力系统的发展，短路比不足，基于远端电源为无穷大系统假设的传统的保护整定计算方式不适应，亟需在整定算法上做出改进以对应新型电力系统的实际运行特点。随着电网规模的扩大，现有整定计算软件无法利用云端的计算资源，整定计算效率提升受到制约。U!继电保护整定软件提升4.3智能整定计算与仿真优化整定软件自动同步电网模型进行复杂的网络分析、短路计算与潮流计算。利用先进算法或人工智能技术，进行在线动态整定计算，提供精准和灵活的保护方案调整策略推送4.4实时运行监视与参数调整在实现保护、控制、测量、数据通信一体化的基础上，实现保护装置的工作状态监测，并在必要时进行在线整定参数的调整，使保护定值能在各种工况下都能快速适应电网的变化。-保护装置工作状态,IiiBnBJismt*1>h*w-i三仿真校验整定参数调整一在线运行风险辨识ri三OBaBH保护装置运行状态变更国家电网有限公司MA拜NGFRCiP主动配电网和微电网保护F五主动配电网和微电网保护国家电网府限公司ST11GRID5.1主动式配电网存在的问题配电网中接入的分布式电源以逆变类电源为主。电流控制功能使其在短路时输出电流不会出现剧烈变化，稳态短路电流与其控制方式有关，最大短路电流输出一般不超过1.2倍的额定电流。逆变类分布式电源输出短路电流有限，绝大多数情况下对常规配电网保护动作没有实质性影响。小电流接地故障处置国网公司设备部，改变了允许小电流接地系统带接地故障运行的做法，提出了“瞬时故障安全消弧，永久故障快速隔离”的配电网接地故障处置原则。发展方向：要求快速隔离小电流接地故障。五主动配电网和微电网保护£*国家电网有限公司VSTATEGRID5.2防孤岛保护优化防孤岛保护实现配电网故障快速解列与满足电压/频率扰动穿越运行电压相位偏移保护被动式电压/频率保护频率变化率保护主动式逆变器内置保护注入信号保护研究方向1.1.-采用两套定值兼顾电压/频率扰动穿越运行与在配电压/频电网故障时DG快速解列。一.将分布式电源纳入分布式控制系统的监控范围，在配联锁用E闸电线路开关动作时联切分布式电源。采用协同注入技术，使多个注入信号保持同步，进而阻抗测量保持测量阻抗相角不变O重合闸检测故障后保护安装处电压，判断电压保护动作时限,自适应调整重合闸动作时限5.3主动探测式配电网保护利用分布式电源、储能等可控源注入特征信号，提升故障处置性能新技术促进保护发展y国家电网有限公司'STATEgrid6.1人工智能技术口人工智能有望在信息数据“多”、故障特征“乱”、性能要求“高”的现代电力系统继电保护中做出卓越的表现。口人工智能能够从3个方向，提升继电保护专业的自动化水平：在设备状态自动感知方向实现状态智能感知、在电网故障分析及决策方向实现故障智能分析处置、在设备远方维护方向实现智能维护。图像哈希硬压板目隐性缺陷事件化告继电保护缺陷处置对话式交差分提取标位定规则样本警的在线知识图谱知识推理互与业务位技术生成学习构建集成电网故障原因分析俭雕金青拓扑赢电塔图兀检气图纸对象测化技术1.硬压板状态图像智能识别2.隐性缺陷智能事件化告警3.缺陷处置智能决策4.电网故障智能分析5.保信系统图模智能维护电子式互感器Jctk)_电子式电海电压组介式互或考电曲分属电粗分属电御分围博博心着曲画共钺薄金灵群6.2新型设备技术I电子式互感器技术产品小型化应用集成化功能模块化发展需求：发展趋势:集成化、智能化和一体化。 瞬变、宽幅、脉冲等复杂电信号量测。模块标准化智能开关技术 重构断路器汇控形态； 与智能变电站网络进行无缝对接通信； 采集断路器辅控信息，实现断路器状态监测; 就地汇控和感知连接的形态创新。«国家电网有限公司STATE<H)6.3多电压等级柔直电网保护技术含直流汇入新能源的多电压等级柔性直流电网中，新能源直流汇集系统、直流变压器、柔直换流站故障穿越控制与系统故障特征具有复杂的关联特性，故障分量丰富，快速保护难度大。可以从以下几个方面开展相关研究： 含直流汇入新能源的多电压等级柔直电网电磁暂态建模和故障特性分析； 多电压等级柔直电网输电线路保护研究； 基于控保协同的多电压等级柔直电网故障隔离方法研究; 含直流汇入新能源的多电压等级柔直电网继电保护的RTDs验证。