黄 崇

（山东黄金电力有限公司，山东 莱州 261400）

0 引 言

配电网是面向用户的最后一个环节，是连接用户和变电站之间的纽带，在供配电系统中具有十分重要的作用。配电网中最关键的设备是继电保护装置，此装置是维持电网安全稳定运行的首要防线，可以实现电网中异常状态或者其他故障的实时检测，实现电网中故障元器件的快速甄别，并为维修人员提供数据支撑，对保障电网的安全运行和为用户提供正常电能有着十分重要的作用[1-3]。

根据多年的供配电经验可知，配电网建设过程中仍然存在不少问题。基于资源分配和投资数额的限制，目前配电网建设过程中基本使用单端量原理的电流保护装置，此装置的工作基本原理和内部组成比较简单。随着供配电技术的不断发展和分布式电源装置的出现，其接入电源的比例逐步提升，故障后潮流和电网中设备电压的分布状态开始发生变化，从而使得传统的供配电单端量保护无法充分对电网内部的真实状态进行监控，不能实现对电网异常的快速甄别，进而导致电网保护工作存在较大延迟[4]。随着分布式电源的不断应用，多端量的保护方法被普遍使用。在高压输电电网中，基本采用纵联差动保护的方式为电网提供元器件的保护，不同设备之间的交互大多采用光纤的方式进行。此种交互方式存在低延时、高灵敏度的特点，光纤和分布式电源相结合，可以为电网提供安全、快速、有效的状态保护[5-9]。

1 分布式电源技术与5G通信技术

1.1 分布式电源技术

相关学者认为，采用不基于外部时钟的差动保护措施能够实现不同时钟信号下信息的同步，但是不同时钟故障的同步误差比较大，当一端出现弱反馈时会存在较大的问题。采用电流幅值等方式能够形成纵连保护判断依据，降低了时钟同步方面的基本要求，但是如果存在重负荷的情况，此种保护措施可能会存在时效的风险，在使用过程中仍然要采用其他备用的保护措施。此外，还有部分学者提出了基于凸轮的广域电流差动保护措施，对不同侧的设备和拓扑方式进行了优化，利用不同装置之间的通信方式实现相应的差动保护，但是此种保护方式对于传输介质的要求较高，需要通过光纤进行通信[10-13]。

1.2 5G通信技术

5G通信技术为电网多端量保护提供了一种新的解决思路，此种通信手段灵活性更高。采用5G通信技术，其数据的传输速率能够达到10 Gb/s，满足不同领域和不同类型终端的个性化需求。此外，5G通信技术具有高带宽和低延时的基本特点，在数据传输过程中，其端到端的传输延迟时间仅为1 ms，可靠性大于99.999%，空口授时的精度能够达到300 ns以下。从以上基本特性来看，完全能够满足配电网高精度管理和控制的基本要求。随着新基建的不断升级和优化，目前5G通信技术已经实现全面推广，并在全国范围内开展了站点的基础建设。通过搭建基于5G通信技术的通信系统，实现端到端的电网数据交互，支撑电网纵联差动保护，精确定位电网运行过程中的各类故障，进而提高电网运行的稳定性。

2 基于5G通信技术的配电网保护技术研究

根据5G通信技术的基本特点，能够为配电网提供各类差动保护并实现对电网的在线监控，还能为用户的远程运维提供较为可靠的通信技术支持。基于5G通信技术的配电保护业务系统构成如图1所示。

图1 基于5G通信技术的配电保护业务系统构成

2.1 差动保护技术

基于光纤介质的电流差动技术已经成功应用在高压输电场景，可靠性较高。当前我国电压等级35 kV以下的各类输电线路中所采用的保护装置大多采用差动保护技术，传输介质也均采用光纤。由于用电终端涉及到的面比较广、布局分散，如果采取配电差动方法，则需要大范围铺设光缆，其投资的费用较多且施工周期将会非常长，加上全国各地地形和地貌的不同，因此施工的技术难度也比较大。随着5G通信技术的产生，可以利用5G通信技术的优势弥补有线光纤传输中存在的问题，实现数据的通信和传输，对开关和电量情况进行实时监控，进而实现基于5G通信技术的差动保护工作，提升电网线路的可靠性[14]。

2.2 区域保护技术

在配电工作过程中，传统电网基本采用单端电流信息进行数据的计算和分析，根据电流大小以及动作的时间开展配合工作，从而保障继电保护工作的正常进行。一旦存在短路或者其他故障异常，此种保护便无法快速识别故障，进而导致保护装置动作异常，增加了停电的风险。

通过5G通信技术可以在电网的一段区域内实现多个终端信息交互，进而对区域内部多点问题的解决提供相关的分析数据，自动识别电网内部的逻辑拓扑关系，进而实现其他保护装置的联动。此外，在个别保护装置拒绝动作的情况下，可以对设备状态进行识别。在故障隔离之后，能够对开环点的备用开关进行自动启用，对其他未发生故障的区域实现对有关站点的快速恢复，进而缩短停电时长，将损失降到最低。不同终端采取命令方式进行信息传输，进而对线路进行保护，其传输的数据量相对比较小，仅包含开关的动作等信号。如果采取采样位（Sampled Value，SV）传输方案，除了对信号进行传输之外，可以传输电流、电压等结构变异分析过程中所需要的信息，数据量较大[15]。

2.3 配电网实时监控技术

借助5G通信技术，优化通信网络的布局，在不对配电网原有结构进行改造的情况下，监控配电网运行状态，提升配电网状态感知水平。基于5G通信技术的配电网状态在线监控原理如图2所示。

图2 基于5G通信技术的配电网状态在线监控原理

3 问题分析

与控制相关的业务对于延迟的要求比较高，而5G通信技术受到环境的影响后仍然存在延迟现象。在应用过程中，由相关数据可知，此种保护在时间延迟上能够达到8～9 ms，但是偶发性最大延迟可能达到90 ms以上。在未来基站建设和终端布置等方面，仍然需要对无线性能开展进一步优化和改进。

差动保护是对线路两侧电流进行数据采集并开展相关的动作。但是，在实际应用中发现差动保护还存在较大的数据采集时钟同步问题，光纤通道对于路由的收发存在不一致情况。5G传输路径不确定，并且受环境影响较大，传统的数据同步方法并不适用，未来需要不断研究新型数据同步技术。现有的配电自动化技术从主站到终端的数据传输过程中均使用SM2技术加密，在内部各个终端之间采用何种加密技术还需要进一步研究。

4 结 论

随着网络通信技术和输电技术的不断发展，基于5G通信技术的配电网线路保护已经成为未来研究的主要方向。通过对5G通信技术的主要应用场景进行分析，要想实现5G通信技术在配电网线路保护中的全面应用，仍然需要持续深入研究。