淺議電力系統繼電保護

[摘 要]隨著科技進步和電力系統的迅猛發展，對繼電保護的要求也不斷提高，加之電子技術、計算機技術與通訊技術的飛速發展為繼電保護的發展不斷注入新的活力，因此，新時期的繼電保護也要與時俱進，逐步走向成熟和完善。本文通過分析繼電保護的作用、組成及其干擾因素，逐步確定繼電保護的基本措施，為今后進一步深入開展繼電保護研究、確定繼電保護的可靠性奠定了基礎。

[關鍵詞]電力系統 繼電保護 現狀 趨勢

[中圖分類號]TM726 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5489(2010)01-0148-02

如今，電力系統已發展為跨區、跨國聯網及高度自動化運行的現代化系統。目前我國的全國性聯網也已逐步實現。大電網互聯將給電力系統運行帶來一系列新問題，電力系統高速發展和新技術應用也給繼電保護與控制帶來了新的挑戰。

一、繼電保護的發展現狀

電力系統繼電保護是隨電力系統發展的。熔斷器是最早出現的簡單過電流保護。由于電力的發展，用電設備功率、發電機的容量不斷增大，發電廠、變電所和供電網的接線不斷變化，電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大，單純熔斷器保護無法滿足要求。而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的發展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護在幾十年間飛速發展。我國電力系統繼電保護的發展經歷了三個階段:上世紀50年代開始晶體管型繼電保護研究;上世紀70年代中期開始集成電路型繼電保護研究，并于上世紀80年代形成完整系列，從而取代晶體管型繼電保護;上世紀80年代初開始微機繼電保護研究，到上世紀90年代，隨著微機保護硬件結構和軟件技術方面日趨成熟，我國繼電保護進入了微機保護的時代，目前國內220～500kV線路已全部使用了微機保護。

二、繼電保護的作用、組成及其干擾因素

(一)繼電保護的作用與組成

當電力系統的被保護元件發生故障時，繼電保護裝置應能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統中切除，以保證無故障部分迅速恢復正常運行，并使故障件免于繼續遭受損害。當電力系統的被保護元件出現異常運行狀態時，繼電保護應能及時反應，并根據運行維護條件，而動作于發出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護動作迅速，而是根據對電力系統及其元件的危害程度規定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。繼電保護一般由測量部分、邏輯部分和執行部分組成。

(二)繼電保護的干擾因素

1.雷擊。當變電所的接地部件或避雷器遭受雷擊時，變電所地網的高阻抗或從設備到地網的接地線的高阻抗，都將因雷擊產生的高頻電流在變電所的地網系統中引起暫態電位的升高，可能導致繼電保護裝置誤動作或損壞靈敏設備與控制回路。

2.隔離操作。如果電力系統在隔離開關的操作速度緩慢，操作時在隔離開關的兩個觸點間就會產生電弧閃絡，從而產生操作過電壓，出現高頻電流，高頻電流通過母線時，將在母線周圍產生很強的電場和磁場，從而對相關二次回路和二次設備產生干擾，高頻電流通過接地電容設備流人地網，將引起地電位的升高。

3.輻射干擾。在新時期，電力系統周圍經常會有步話機和移動通信等工具，那么它的周圍將產生強輻射電場和相應的磁場，變化的磁場耦合到附近的弱電子設備的回路中，回路將感應出高頻電壓，形成一個假信號源，從而導致繼電保護裝置的不正確動作。

三、繼電保護的基本措施

運行中的繼電保護，實際上是一個完整的系統。為防止保護或斷路器不正確動作，重要的措施是通過提高繼電保護裝置或斷路器的可靠性和采用適當的方法來消除事故擴大。具體可從以下幾方面來考慮:

(一)提高繼電保護裝置可靠性

首先，提高保護裝置和元件的質量。采用微機保護可以提高保護裝置的性能和質量，改善平均故障發生時間，同時還能實現對保護裝置的自動檢測和報警，縮短保護裝置的校驗和檢修時間。其次，采用雙重化和若干回路的串并聯。防拒動的有效措施是雙重化，防止誤動的有效措施是多回路的串并聯。拒動的薄弱環節為串接在回路中的斷路器、主保護和后備保護公用的繼電器、控制操作開關等，誤動的薄弱環節有接入跳閘回路的保護裝置等。

(二)優化繼電保護配置

要提高繼電保護裝置的可靠性，主要應從保護裝置本身的可靠性著手。但要提高整個系統的可靠性，就要從繼電保護裝置可反映的系統故障的種類和程度、后備措施的性質和內容等方面來加以確定，即根據不同電網結構配置合理的保護裝置。

(三)防止出現保護死區

在繼電保護配置設計時，應注意電流互感器(TA)、斷路器及母線的安裝位置，注意TA次級的分配，確保所有的電力設備均有保護，防止出現保護死區(包括TA和斷路器之間或TA次級之間發生故障時，也有保護將故障予以切除)。

(四)配置斷路器失靈保護

防斷路器失靈措施和繼電保護裝置防拒動的措施一樣重要，主要有如下兩種措施:(1)提高斷路器本身的可靠性。主要應從提高電器制造技術來提高斷口(消弧機構)和操作機構的性能，實現雙跳閘線圈、雙直流電源等措施。(2)利用系統繼電保護技術作為一種輔助手段，而利用其他斷路器作為后備保護(遠后備和近后備)將故障切除。

(五)重合閘

重合閘保證在輸電線路發生故障時，在故障被切除后的一個短時間內，使該線路再次投入運行，盡快將系統恢復到發生事故前的狀態，以免停電。除此以外，還有如下好處:可避免發生持續的停電事故，即使在發生同桿并架雙回線的跨線故障時，也可利用健全相來保持系統之間的聯系，避免發生停電;可避免由于故障而產生的沖擊、一回線路停電而引起的動穩定性下降，以及系統的失步等;可避免由于雙回線的潮流都流在一條線路中，從而引起線路的過負荷，導致保護裝置誤動;可以減少系統的恢復操作。

(六)提高繼電保護裝置運行可靠性

應杜絕由于整定不當、操作不當、工作失誤等人為因素引起的繼電保護裝置在運行過程中的誤動作。必須從設備和人力兩方面來努力改進，如，提高運行人員的技術水平、運行操作的規范化和保護裝置的標準化等。

四、繼電保護的發展趨勢

繼電保護的未來趨勢是向計算機化、網絡化、智能化、保護與控制測量和數據通信一體化發展。

(一)計算機化

隨著計算機硬件的迅猛發展，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，與其他保護、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。現在，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，尚需進行更加深入的研究。

(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。顯然，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連接起來，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。對于一般的非系統保護，實現保護裝置的計算機聯網也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多，則對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現保護對系統運行方式和故障狀態的自適應，必須獲得更多的系統運行和故障信息，只有實現保護的計算機網絡化，才能做到這一點。

(三)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。

(四)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，在繼電保護領域的應用也已開始。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非線性問題，應用神經網絡方法則可迎刃而解。如，在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻的短路就是一個非線性問題，距離保護很難正確做出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動。如果用神經網絡方法，經過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發生任何故障時都可正確判別。其他如遺傳算法、進化規劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。這些人工智能方法的適當引用可使求解速度更快。可以預見，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。

五、結語

繼電保護是非常復雜的一個整體，在其規劃、設計、施工和改造中，應有全局的觀念，綜合考慮繼電保護運行與電網運行的協調要求，保證快速、靈敏、可靠、有選擇性地切除故障，滿足系統穩定運行。

[參考文獻]

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