繼電保護電力系統中的應用

周 強

[摘要]近年來隨電力系統飛速發展,對于繼是保護技術應用的要求也逐漸提高。因此,概述繼電保護技術的發展及應用存在問題。

[關鍵詞]繼電保護特點可靠性發展

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1220112-02

一、前言

電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力,隨著微機保護裝置的應用普及,繼電保護二次系統的自動化水平得到不斷提高,許多當前由人工處理的模擬信息轉化為大量的數字信息,而技術管理人員也有許多用計算機實現的資料和試驗記錄文檔。因此,繼電保護技術得天獨厚,在40余年的發展時間里經歷了4個歷史階段,現在是微機保護階段。

二、繼電保護技術

何為繼電保護裝置?繼電保護裝置是指:當電力系統中的電力元件(如發電機、線路等)或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時,能夠向運行值班人員及時發出警告信號,或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備,一般通稱為繼電保護裝置。其基本任務是:1.當被保護的電力系統元件發生故障時,應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令,使故障元件及時從電力系統中斷開,以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞,降低對電力系統安全供電的影響,并滿足電力系統的某些特定要求。2.反應電氣設備的不正常工作情況,并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同(例如有無經常值班人員)發出信號,以便值班人員進行處理,或由裝置自動地進行調整,或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。其基本要求是應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性。這四“性”之間緊密聯系,既矛盾又統一。

三、微機繼電保護系統特點

研究和實踐證明,與傳統的繼電保護相比較,微機保護有許多優點,其主要特點如下:

1.改善和提高繼電保護的動作特征和性能,動作正確率高。

主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性;其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護;可引進自動控制、新的數學理論和技術如自適應、狀態預測、模糊控制及人工神經網絡等,其運行正確率很高也已在運行實踐中得到證明。

2.可以方便地擴充其他輔助功能。

如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。

3.工藝結構條件優越。

體現在硬件比較通用,制造容易統一標準;裝置體積小,減少了盤位數量:功耗低。

4.可靠性容易提高。

體現在數字元件的特性不易受溫度變化、電源波動、使用年限的影響,不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強,可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

5.使用靈活方便,人機界面越來越友好。

其維護調試也更方便,從而縮短維修時間:同時依據運行經驗,在現場可通過軟件方法改變特性、結構。

6.可以進行遠方監控。

微機保護裝置具有串行通信功能,與變電所微機監控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監控特性。

四、如何保證繼電保護的可靠性

繼電保護的可靠性主要由配置合理、質量和技術性能優良的繼電保護裝置以及正常的運行維護和管理來保證,任何電力設備都不允許在無繼電保護的狀態下運行。微機保護在全國電力系統的普及率已相當高,其可靠性、靈敏度高等優點不言而喻。就微機保護的特殊性而言,還有一些現場問題值得我們注意,這就是要采用有針對性的技術措施把微機保護的誤動作限制在最小范圍以內。以下是筆者近年來工作中的體會,供同行參考。

(一)繼電保護裝置檢驗應注意的問題

在繼電保護裝置檢驗過程中必須注意:將整組試驗和電流回路升流試驗放在本次檢驗最后進行,這兩項工作完成后,嚴禁再拔插件、改定值、改定值區、改變二次回路接線等工作。

(二)定值區問題

微機保護的一個優點是可以有多個定值區,這極大方便了電網運行方式變化和代路情況下的定值更改問題?，F在必須注意的是定值區的錯誤對繼電工作來說是一大忌,必須采用嚴格的管理和相應的技術手段來確保定值區的正確性。措施是,在修改完定值后,必須打印定值單及定值區號,注意日期、變電站、修改人員及設備名稱,并重點在繼電保護工作記錄中注明定值編號。

(三)一般性檢查

不論何種保護,一般性檢查都是非常重要的,但是在現場也是容易被忽略的項目,至少是沒有認真去做。一般性檢查大致包括以下幾個方面:清潔、連接件是否緊固、焊接點是否虛焊、機械特性等。其次是應該將裝置所有的插件拔下來檢查一遍,將所有的芯片按緊,螺絲擰緊并檢查虛焊點。在檢查中,也必須將各元件、保護屏、控制屏、端子箱的螺絲緊固作為一項重要工作來落實。

(四)接地問題

繼電保護工作中接地問題是非常突出的,大致分以下兩點說明:1. 保護屏的各裝置機箱、屏障等的接地,必須接在屏內的銅排上,一般生產廠家已做得較好,只需認真檢查。2.電流、電壓回路的接地也存在可靠性問題,如接地在端子箱,那么端子箱的接地是否可靠,這些都是嚴重影響設備安全和人身安全的因素。

(五)工作記錄和檢查習慣

工作記錄必須認真、詳細,真實地反映工作的一些重要環節,這樣的工作記錄應該說是一份技術檔案,在日后的工作中是非常有用的。繼電保護工作記錄應在規程限定的內容以外,認真記錄每一個工作細節、處理方法。

五、電力系統繼電保護技術的發展趁勢

電力企業是一個“三密企業(資產密集型、技術密集型、人才密集型)”,知識管理應該成為電力行業發展的靈魂,繼電保護技術未來趨勢是向計算機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化等方向發展。隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統蛛申。保護領域中的普遍應用,新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中,以期取得更好的效果,從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展,出現了一些引人注目的新趨勢。

(一)計算機化

隨著計算機硬件的迅猛發展,微機保護硬件也在不斷發展。電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能,強大的通信能力,與其它保護、控制裝置和調度聯網以共享全系統數據、信息和網絡資源的能力,高級語言編程等。繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉的發展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統要求,如何進一步提高繼電保護的可靠性,如何取得更大的經濟效益和社會效益,尚需進行具體深入的研究。

(二)網絡化

計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代的技術支柱,使人類生產和社會生活的面貌發生了根本變化。它深刻影響著各個工業領域,也為各個工業領域提供了強有力的通信手段。實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來,亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。微機保護裝置網絡化可大大提高保護性能和可靠性,這是微機保護發展的必然趨勢。

(三)智能化

近年來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,在繼電保護領域應用的研究也已開始。神經網絡是一種非線性映射的方法,很多難以列出方程式或難以求解的復雜的非線性問題,應用神經網絡方法則可迎刃而解?？梢灶A見,人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用,以解決用常規方法難以解決的問題。

(四)保護、控制、測量、數據通信一體化

在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下,保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機,是整個電力系統計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據,也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此,每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能,而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能,亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。

(五)自適應控制技術

自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代,它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態的變化而實時改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化,進一步改善保護的性能。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經濟效益等優點,在輸電線路的距離保護、變壓器保護、發電機保護、自動重合閘等領域內有著廣泛的應用前景。

(六)人工神經網絡的應用

進入20世紀90年代以來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中,為繼電保護的發展注入了活力。

基于生物神經系統的人工神經網絡具有分布式存儲信息、并行處理、自組織、自學習等特點,其應用研究發展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息處理、自動控制和非線性優化等問題。近幾年來,電力系統繼電保護領域內出現了用人工神經網絡來實現故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。

(七)變電所綜合自動化技術

現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護、故障錄波、緊急控制裝置和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。繼電保護和綜合自動化的緊密結合已成為可能,它表現在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元(RTU)、微機保護裝置為核心,將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統,取代傳統的控制保護屏,能夠降低變電所的占地面積和設備投資,提高二次系統的可靠性。隨著微機性能價格比的不斷提高,現代通信技術的迅速發展,以及標準化規約的陸續推出,變電站綜合自動化成了熱門話題。競爭的電力市場將促進新的自動化技術的開發和應用,在經濟效益的驅動下,變電站將向集成自動化方向發展。根據變電站自動化集成的程度,可將未來的自動化系統分為協調型自動化和集成型自動化。協調型自動化仍然保留間隔內各自獨立的控制、保護等裝置,各自采集數據并執行相應的輸出功能,通過統一的通信網絡與站級相連,在站級建立一個統一的計算機系統,進行各個功能的協調。而集成型自動化既在間隔級,又在站級對各個功能進行優化組合,是現代控制技術、計算機技術和通信技術在變電站自動化系統的綜合應用。所謂集成型自動化系統是將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能集成在一個統一的多功能數字裝置內,間隔內部和間隔間以及間隔同站級間的通信用少量的光纖總線實現,取消傳統的硬線連接。

六、結束語

配電網中的繼電保護正在同別的功能相互滲透,相互融合成一個新型的綜和測控裝置,而繼電保護的功能在其中得到深化和發展。配合微機技術的發展,通訊技術的發現,以及適府各種環境的硬件的發展。配電網中的綜合測控裝置的功能愈來愈強,應用范圍愈來愈大,傳統的繼電保護裝置漸不明顯,而繼電保護技術卻會不斷向智能化方向發展。這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務,也開辟了活動的廣闊天地。微機保護必將隨著各種技術的進步和發展呈現更新的特征,也將獲得更廣泛的應用。