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[摘 要] 在电气设备状态感知技术的支撑下，提出一套优化电网保护与控制的方法。基于电气设备对运行可靠性的感知，提出了主动保护对电网安全运行和供电可靠性的意义；基于电气设备对控制可靠性的感知，提出了优化控制决策、主动应对控制风险的技术理念；并对电气设备的主动保护与控制技术的应用前景进行了展望。
[关键词] 电气 设备 主动 保护 控制
中图分类号 TM5 文献标识码：A 文章编号：
电网中，电气设备数量庞大，一个大电网会有数以万计的电气设备。电气设备的可靠运行是电网安全稳定运行的重要基础。随着设计、材质及制造工艺的不断创新，电气设备的可靠性越来越高，尽管如此，由于数量庞大，每年仍有相当数量的运行故障。虽然现代电网已经采用了冗余设计和先进的运行控制及保护技术，但电气设备故障依然会对电网安全运行造成或大或小的冲击，甚至诱发电网大停电事故。智能电气设备拓展了电网调控系统所依据的信息维度，提升了电网调控系统应对设备故障的主动性，优化了电网的运行环境。本文旨在系统论述基于智能电气设备的主动保护与控制技术。
1.电气设备的主动保护
传统上，继电保护就是快速切除电网故障设备、保障设备和电网安全的基本技术。从现在的观点看，继电保护有“事后”和“被动”2 个特点。所谓“事后”是指继电保护是在电气设备故障发生之后，由故障特征信号触发的一种控制响应，在保护动作之前电网调控系统对设备故障通常是一无所知；所谓“被动”是指继电保护的工作方式对电网调控系统而言是完全被动的，保护动作由继电保护装置根据设备故障特征信号（事前设定的定值）触发，对此，电网调控系统没有选择权，只能被动应对。事实上，无论对于电气设备，或是对于电网安全运行，传统保护的“事后”和“被动”特征都是受限于技术的无奈选择。随着技术的进步，智能高压设备为保护理念的创新提供了可能。在电气设备技术的支撑下，通过设备？电网的信息交互，电网调控系统对电气设备的运行可靠性是可知的，此种情况下，“主动保护”成为可能。这里，主动保护是指电网调控系统基于电气设备安全或电网可靠性的需要，将运行可靠性低于一定水平的高压设备实施主动隔离的一种技术措施，是先于传统继电保护的主动性措施。
主动保护的最大特点是“主动”和“事前”，即电网调控系统掌握了潜在故障设备退出或继续运行的主动控制权。这无疑对电网的安全运行有积极意义。之所以称之为主动保护，是因为除了变“被动”为“主动”、变“事后”为“事前”之外，在技术理念上与传统继电保护是一致的。
2.主动控制
2.1 基于控制可靠性的主动控制
电网是一个实时动态平衡的系统，这种平衡需要实时控制予以保障。电气设备是电网调控系统的控制对象和执行器，如电力变压器有载分接开关、高压开关设备等。通常，针对电气设备的绝大多数控制可以正常完成，但由于电气设备数量庞大，发生控制失败（包括拒动、误动和事故）的情况也并不少见。控制失败特别是断路器的控制失败，直接威胁着电网的安全稳定运行。
常规电气设备并不具有向电网报送其控制可靠性的能力，电网调控系统无法预见控制指令的执行结果，只能默认设备是完全可控的，只有在控制指令实际执行时才能知道控制是成功或失败。与运行可靠性类似，基于现代传感器技术，由专门的智能电子装置对涉及控制可靠性的关键参量进行监测和评估，实现对电气设备控制可靠性的预报，是电气设备的一项重要功能。通常，控制可靠性的预报是基于监测既往控制执行过程中的电气和/或机械信息变化，经综合分析实现的。在电气设备这一功能的支持下，通过设备？电网信息交互，电网调控系统可以获知设备的控制可靠性，如果可靠性低于正常水平，根据可靠性值的大小，在发布控制指令前，电网调度系统应基于电网安全、供电可靠性、设备安全及综合风险最小的原则，权衡强行控制的利与弊，做出控制、或不控制并继续运行择机检修、或立即退出运行进行检修的主动决策。
2.2 基于断路器选相位操作的主动控制
常规断路器的合闸、分闸相位是随机的，也就是分（合）闸可能发生在任何相位。在不少工况下，由于这种分（合）操作相位的随机性，可能产生较大幅值的合闸涌流、较高幅值的操作过电压，加速断路器的电寿命损失等，对继电保护、电网设备均有不良影响。理论上，在特定的相位下完成分（合）闸操作可以减少前述不良后果，使断路器操作变得对电网更加友好。为此，一些场合要求智能断路器具有选相位分（合）操作功能，这是断路器智能化的重要特征之一。通常，选相位分（合）操作由集成于智能组件中的“开关设备控制器”（也称智能终端）完成。开关设备控制器采集系统电压、电流并由此求得相位信息，同时采集对分（合）闸时间有明显影响的各种参量（如分（合）闸线圈电压，环境温度，持续无操作时间，储能状态等），结合事先已录入的分（合）闸时间统计分布，通过综合分析，求得指令延时，然后由开关设备控制器对分（合）操作指令进行恰当延迟，实现在期望的相位完成分（合）操作。选相位分（合）操作实现了断路器对电网的友好操作，提升了电网及设备的安全运行水平。
如上所述，选相位操作需要对操作指令进行若干毫秒的人为延迟，这对于电网调控系统（或站监控主机）发出的合操作或分操作，不会有负面影响。但对于继电保护跳闸及自动重合闸，选相位操作的适用性尚需进一步论证。开关设备控制器是智能电子装置，可以有效识别分（合）闸指令的来源属性，可自动屏蔽保护跳闸、自动重合闸的选相位操作功能。
2.3 基于开关分（合）位置感知的顺序控制
常规开关设备的分（合）位置是靠辅助开关接点指示的。通常这种指示是正确的，但开关设备一旦出现分（合）不到位的机械故障，辅助开关就不能准确地反映开关设备分（合）状态的实际情况。实践中多次发生过因开关设备分（合）不到位导致的事故。如某变电站，设备检修结束后，由于接地开关未能分到位，但辅助开关信号指示接地开关已分开，继续合断路器时造成对地闪络事故。智能变电站要求支持顺序控制，即按照闭锁逻辑和时序要求，依次顺序完成开关设备的分（合）闸操作。支持顺序控制已成为智能开关设备的基本要求，为此，智能开关设备需要配置新的分（合）位置传感技术，以便能够自主准确感知分（合）到位信息。一旦分（合）到位与否得到及时准确的感知，顺序控制的实现就非常容易了。对于智能变电站，顺序控制要求的闭锁逻辑和时序，既可以由站控层设备实现，也可以由开关设备控制器完成。顺序控制不再需要工作人员现场监视与见证，使开关设备的分（合）操作变得更加高效、安全。
5 结论与认识
电气设备及其与电网调控系统的信息交互技术，为电网优化运行引入了全新的支持信息，增加了电网控制决策的信息维度，具备了实施主动保护与控制的可能性：
1）基于电气设备运行可靠性的监测与实时评估技术，使电网调控系统具备了针对潜在故障设备实施主动保护的可行性。
2）基于电气设备控制可靠性的监测与实时评估技术，使电网调控系统具备了针对潜在控制故障设备实施主动应对策略的可行性。
3）基于电气设备最热点温度监测及负载能力的预报技术，使电网调控系统具备了必要时牺牲设备寿命保障电网及供电安全的可操作性。
尽管电气设备的部分技术尚待进一步完善，运行可靠性、控制可靠性及负载能力的测评技术尚待进一步提高，但随着智能电网建设的推进，电气设备技术及其对电网调控系统的支撑作用已开始从理念设计向工程应用过渡，这必然对电网的运行控制产生深远而积极的影响。
参考文献
[1]国家电网公司安监部 2011年输变电设施可靠性指标分析报告[R] 2012.
[2]刘有为 电气设备智能化方案及技术特征[J] 电网技术 2010 34（7）
[关键词] 电气 设备 主动 保护 控制
中图分类号 TM5 文献标识码：A 文章编号：
电网中，电气设备数量庞大，一个大电网会有数以万计的电气设备。电气设备的可靠运行是电网安全稳定运行的重要基础。随着设计、材质及制造工艺的不断创新，电气设备的可靠性越来越高，尽管如此，由于数量庞大，每年仍有相当数量的运行故障。虽然现代电网已经采用了冗余设计和先进的运行控制及保护技术，但电气设备故障依然会对电网安全运行造成或大或小的冲击，甚至诱发电网大停电事故。智能电气设备拓展了电网调控系统所依据的信息维度，提升了电网调控系统应对设备故障的主动性，优化了电网的运行环境。本文旨在系统论述基于智能电气设备的主动保护与控制技术。
1.电气设备的主动保护
传统上，继电保护就是快速切除电网故障设备、保障设备和电网安全的基本技术。从现在的观点看，继电保护有“事后”和“被动”2 个特点。所谓“事后”是指继电保护是在电气设备故障发生之后，由故障特征信号触发的一种控制响应，在保护动作之前电网调控系统对设备故障通常是一无所知；所谓“被动”是指继电保护的工作方式对电网调控系统而言是完全被动的，保护动作由继电保护装置根据设备故障特征信号（事前设定的定值）触发，对此，电网调控系统没有选择权，只能被动应对。事实上，无论对于电气设备，或是对于电网安全运行，传统保护的“事后”和“被动”特征都是受限于技术的无奈选择。随着技术的进步，智能高压设备为保护理念的创新提供了可能。在电气设备技术的支撑下，通过设备？电网的信息交互，电网调控系统对电气设备的运行可靠性是可知的，此种情况下，“主动保护”成为可能。这里，主动保护是指电网调控系统基于电气设备安全或电网可靠性的需要，将运行可靠性低于一定水平的高压设备实施主动隔离的一种技术措施，是先于传统继电保护的主动性措施。
主动保护的最大特点是“主动”和“事前”，即电网调控系统掌握了潜在故障设备退出或继续运行的主动控制权。这无疑对电网的安全运行有积极意义。之所以称之为主动保护，是因为除了变“被动”为“主动”、变“事后”为“事前”之外，在技术理念上与传统继电保护是一致的。
2.主动控制
2.1 基于控制可靠性的主动控制
电网是一个实时动态平衡的系统，这种平衡需要实时控制予以保障。电气设备是电网调控系统的控制对象和执行器，如电力变压器有载分接开关、高压开关设备等。通常，针对电气设备的绝大多数控制可以正常完成，但由于电气设备数量庞大，发生控制失败（包括拒动、误动和事故）的情况也并不少见。控制失败特别是断路器的控制失败，直接威胁着电网的安全稳定运行。
常规电气设备并不具有向电网报送其控制可靠性的能力，电网调控系统无法预见控制指令的执行结果，只能默认设备是完全可控的，只有在控制指令实际执行时才能知道控制是成功或失败。与运行可靠性类似，基于现代传感器技术，由专门的智能电子装置对涉及控制可靠性的关键参量进行监测和评估，实现对电气设备控制可靠性的预报，是电气设备的一项重要功能。通常，控制可靠性的预报是基于监测既往控制执行过程中的电气和/或机械信息变化，经综合分析实现的。在电气设备这一功能的支持下，通过设备？电网信息交互，电网调控系统可以获知设备的控制可靠性，如果可靠性低于正常水平，根据可靠性值的大小，在发布控制指令前，电网调度系统应基于电网安全、供电可靠性、设备安全及综合风险最小的原则，权衡强行控制的利与弊，做出控制、或不控制并继续运行择机检修、或立即退出运行进行检修的主动决策。
2.2 基于断路器选相位操作的主动控制
常规断路器的合闸、分闸相位是随机的，也就是分（合）闸可能发生在任何相位。在不少工况下，由于这种分（合）操作相位的随机性，可能产生较大幅值的合闸涌流、较高幅值的操作过电压，加速断路器的电寿命损失等，对继电保护、电网设备均有不良影响。理论上，在特定的相位下完成分（合）闸操作可以减少前述不良后果，使断路器操作变得对电网更加友好。为此，一些场合要求智能断路器具有选相位分（合）操作功能，这是断路器智能化的重要特征之一。通常，选相位分（合）操作由集成于智能组件中的“开关设备控制器”（也称智能终端）完成。开关设备控制器采集系统电压、电流并由此求得相位信息，同时采集对分（合）闸时间有明显影响的各种参量（如分（合）闸线圈电压，环境温度，持续无操作时间，储能状态等），结合事先已录入的分（合）闸时间统计分布，通过综合分析，求得指令延时，然后由开关设备控制器对分（合）操作指令进行恰当延迟，实现在期望的相位完成分（合）操作。选相位分（合）操作实现了断路器对电网的友好操作，提升了电网及设备的安全运行水平。
如上所述，选相位操作需要对操作指令进行若干毫秒的人为延迟，这对于电网调控系统（或站监控主机）发出的合操作或分操作，不会有负面影响。但对于继电保护跳闸及自动重合闸，选相位操作的适用性尚需进一步论证。开关设备控制器是智能电子装置，可以有效识别分（合）闸指令的来源属性，可自动屏蔽保护跳闸、自动重合闸的选相位操作功能。
2.3 基于开关分（合）位置感知的顺序控制
常规开关设备的分（合）位置是靠辅助开关接点指示的。通常这种指示是正确的，但开关设备一旦出现分（合）不到位的机械故障，辅助开关就不能准确地反映开关设备分（合）状态的实际情况。实践中多次发生过因开关设备分（合）不到位导致的事故。如某变电站，设备检修结束后，由于接地开关未能分到位，但辅助开关信号指示接地开关已分开，继续合断路器时造成对地闪络事故。智能变电站要求支持顺序控制，即按照闭锁逻辑和时序要求，依次顺序完成开关设备的分（合）闸操作。支持顺序控制已成为智能开关设备的基本要求，为此，智能开关设备需要配置新的分（合）位置传感技术，以便能够自主准确感知分（合）到位信息。一旦分（合）到位与否得到及时准确的感知，顺序控制的实现就非常容易了。对于智能变电站，顺序控制要求的闭锁逻辑和时序，既可以由站控层设备实现，也可以由开关设备控制器完成。顺序控制不再需要工作人员现场监视与见证，使开关设备的分（合）操作变得更加高效、安全。
5 结论与认识
电气设备及其与电网调控系统的信息交互技术，为电网优化运行引入了全新的支持信息，增加了电网控制决策的信息维度，具备了实施主动保护与控制的可能性：
1）基于电气设备运行可靠性的监测与实时评估技术，使电网调控系统具备了针对潜在故障设备实施主动保护的可行性。
2）基于电气设备控制可靠性的监测与实时评估技术，使电网调控系统具备了针对潜在控制故障设备实施主动应对策略的可行性。
3）基于电气设备最热点温度监测及负载能力的预报技术，使电网调控系统具备了必要时牺牲设备寿命保障电网及供电安全的可操作性。
尽管电气设备的部分技术尚待进一步完善，运行可靠性、控制可靠性及负载能力的测评技术尚待进一步提高，但随着智能电网建设的推进，电气设备技术及其对电网调控系统的支撑作用已开始从理念设计向工程应用过渡，这必然对电网的运行控制产生深远而积极的影响。
参考文献
[1]国家电网公司安监部 2011年输变电设施可靠性指标分析报告[R] 2012.
[2]刘有为 电气设备智能化方案及技术特征[J] 电网技术 2010 34（7）