論我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)存在的問(wèn)題與發(fā)展對(duì)策

李莉等

摘要：由于我國(guó)電力體制改革的深入和電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行、事故分析和電網(wǎng)運(yùn)行的管理水平和決策能力的要求越來(lái)越高了，本文一開(kāi)始就敘述了我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的工作原理，詳細(xì)探討了我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，最后研究了我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展對(duì)策。

關(guān)鍵詞：高壓電網(wǎng) 繼電保護(hù)技術(shù) 問(wèn)題 發(fā)展對(duì)策

我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)過(guò)研究和發(fā)展，已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。由于積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并且產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平方面起到了積極的推動(dòng)作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)中大量應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，取得了良好的效果，從而促進(jìn)了高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究方向向著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和通信一體化方向發(fā)展。

1 我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的工作原理

高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。電網(wǎng)由于受自然的（如雷擊、風(fēng)災(zāi)）、人為的（如設(shè)備制造上的缺陷、誤操作等）因數(shù)影響，不可避免地會(huì)發(fā)生各種形式的短路故障和不正常工作狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。高壓線(xiàn)路和電力設(shè)備發(fā)生故障的前后會(huì)有某些突變的物理量，以這些物理量為變量，當(dāng)這些變量達(dá)到某一個(gè)數(shù)值時(shí)就會(huì)啟動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，促使相應(yīng)的服務(wù)器給通信接入設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖和信號(hào)，這就是高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的原理。這樣就形成一個(gè)電網(wǎng)故障保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生短路后，根據(jù)電流、電壓、線(xiàn)路測(cè)量阻抗等的變化，啟動(dòng)電網(wǎng)故障保護(hù)系統(tǒng)，電網(wǎng)故障保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

高壓電網(wǎng)內(nèi)部故障和外部故障時(shí)被保護(hù)電力設(shè)備兩側(cè)電流相位存在著一定差別。我們這里所規(guī)定的電流的方向?yàn)椋簭闹骶€(xiàn)流向線(xiàn)路。當(dāng)兩旁的電流大小相等，而相位差一平角時(shí)，就代表電流正常運(yùn)行和線(xiàn)路外部故障；當(dāng)兩側(cè)電流大小不等而相位相等時(shí)，則代表是電流線(xiàn)路內(nèi)部故障。因此，可以利用兩側(cè)的電流、相位或者功率方向的差別構(gòu)成各種差動(dòng)原理的保護(hù)（內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作），如：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、相差高頻保護(hù)和方向高頻保護(hù)等。

當(dāng)電力設(shè)備正常運(yùn)行或者發(fā)生對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，負(fù)序分量和零序分量都非常小，幾乎接近于零；當(dāng)電力設(shè)備發(fā)展不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)負(fù)序和零序都較大。因此，構(gòu)成零序保護(hù)和負(fù)序保護(hù)可以根據(jù)這些分量是否存在而決定，并且這種保護(hù)形式具有良好的選擇性和靈敏性。

2 我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，各種原理采用不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)層出不窮，無(wú)法統(tǒng)計(jì)。小型水、火電廠(chǎng)和配電變電站仍在大量使用電磁型繼電保護(hù)，如：BCH-2型差動(dòng)繼電器、采用電磁型繼電器組裝的備用電源自動(dòng)投入裝置等。在配電線(xiàn)路上仍在普遍采用電磁型電流保護(hù)。在中型發(fā)電機(jī)和變壓器上仍在廣泛采用晶體管型比例制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)。主網(wǎng)和新建的由大機(jī)組和大型變壓器構(gòu)成的發(fā)電廠(chǎng)和變電站的繼電保護(hù)已完全微機(jī)化。除此之外，少量的發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線(xiàn)路上還有采用集成電路保護(hù)的。另外，智能型繼電保護(hù)的雛形已經(jīng)形成且有試運(yùn)行的裝置，還有計(jì)算機(jī)理論上可以實(shí)現(xiàn)的各種原理的繼電保護(hù)。所以，從原理層面來(lái)分類(lèi)，我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)種類(lèi)繁多，這些都給從事繼電保護(hù)工作的工程技術(shù)人員掌握繼電保護(hù)現(xiàn)代技術(shù)增加了難度。

2.2 我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)存在的問(wèn)題

2.2.1 高壓電網(wǎng)電流感應(yīng)器容易故障

由于我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，很多高壓電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，當(dāng)高壓電網(wǎng)出口處發(fā)生短路時(shí)，這時(shí)候的電流一般會(huì)比較大，有時(shí)候可以達(dá)到電流感應(yīng)器一次額定電流的幾十倍。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，高壓電網(wǎng)短路電流倍數(shù)越大，電流感應(yīng)器產(chǎn)生的誤差會(huì)越大，使靈敏度低的電流速斷保護(hù)就可能拒絕動(dòng)作。在高壓電網(wǎng)線(xiàn)路短路時(shí)，由于電流感應(yīng)器容易故障，測(cè)量到一次電流會(huì)非常小甚至等于零，這樣就會(huì)使得定時(shí)限過(guò)流保護(hù)裝置拒動(dòng)。如果是在電力設(shè)備出線(xiàn)故障則要靠母聯(lián)斷路器或主電力設(shè)備的后備保護(hù)來(lái)消除，使得故障時(shí)間長(zhǎng)了，也不斷擴(kuò)大了故障范圍；而當(dāng)在變電站的出線(xiàn)過(guò)流保護(hù)拒動(dòng)造成變電站進(jìn)線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，則將使整個(gè)變電站全停。

2.2.2 高壓電網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性差

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)雖然可以打開(kāi)，但是開(kāi)關(guān)系統(tǒng)卻已經(jīng)失靈，這主要是因?yàn)楦邏弘娋W(wǎng)繼電保護(hù)與開(kāi)關(guān)操作的相互關(guān)聯(lián)的，這樣就使得保護(hù)完全失去作用。這是因?yàn)橛行╅_(kāi)關(guān)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)了，繼電保護(hù)的可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)下降，主要的影響因素有：機(jī)械部分老化、連桿動(dòng)作遲鈍、開(kāi)關(guān)動(dòng)作不穩(wěn)定、彈簧系統(tǒng)完全失效、調(diào)整參數(shù)不規(guī)范、銹蝕磨損以及開(kāi)關(guān)系統(tǒng)工作時(shí)間長(zhǎng)等。當(dāng)高壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差錯(cuò)時(shí)，就會(huì)造成開(kāi)關(guān)系統(tǒng)越級(jí)跳閘。

2.2.3 高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)工作管理人員技術(shù)水平有待提高

導(dǎo)致誤跳閘或者越級(jí)跳閘的原因主要是某些繼電保護(hù)工作人員對(duì)微機(jī)保護(hù)等新型保護(hù)了解不夠而造成了維護(hù)不全面以及整定結(jié)果時(shí)出現(xiàn)偏差等。由于保護(hù)裝置調(diào)試的質(zhì)量直接關(guān)系到保護(hù)是否能夠正確動(dòng)作，因此必須提高電網(wǎng)繼電保護(hù)工作管理人員的技術(shù)水平，并且在高壓電網(wǎng)模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)要仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)不能馬虎。保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)的隱患包括跳閘壓板接觸不良、銹蝕造成接觸電阻偏大或者漏接等。

3 我國(guó)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展對(duì)策

3.1 用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)建立高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)通信一體化

20世紀(jì)90年代，美國(guó)建成的衛(wèi)星定位和授時(shí)系統(tǒng)就是GPS，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這種系統(tǒng)擁有24顆空間導(dǎo)航衛(wèi)星組成的，分為地面測(cè)控站和GPS接收機(jī)兩大部分組成，具備全球性、全天候連續(xù)實(shí)時(shí)定位和授時(shí)功能，而且無(wú)條件向各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)放，從而成為全球共享的一個(gè)高科技資源。在尋航、軍事、民用各方面有廣泛的應(yīng)用。從21世紀(jì)初以后，發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展了GPS在電力系統(tǒng)和高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用研究，取得了一系列工作成果。GPS在高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)上應(yīng)用時(shí)，主要是從GPS接收機(jī)獲取精確時(shí)間和同步脈沖信號(hào)，進(jìn)行電網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)鐘和同步采集，實(shí)現(xiàn)全國(guó)電力系統(tǒng)時(shí)間的真正統(tǒng)一。GPS接收機(jī)能提供兩種時(shí)間信號(hào)，時(shí)間和同步誤差不大于2us，這樣就可以縮短高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)中的通信時(shí)間，建立通信一體化。

3.2 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的智能化

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之前就已經(jīng)使用了大量的數(shù)據(jù)，這些都分為正常運(yùn)行和不正常運(yùn)行兩方面，但是作為訓(xùn)練的內(nèi)容，就要通過(guò)BP算法不斷的修改網(wǎng)絡(luò)的定值來(lái)確保一定的輸入有期望的輸出。而當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)后，就可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特殊情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，不斷提高ANN內(nèi)存知識(shí)量。

在準(zhǔn)確性方面，全比數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于利用半波數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因此采用全波數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線(xiàn)性映射的方法。

不管保護(hù)裝置的因果關(guān)系是復(fù)雜的、模糊的、動(dòng)態(tài)的、非線(xiàn)性的還是非平穩(wěn)隨機(jī)的，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立的保護(hù)裝置都可以分辨這些復(fù)雜的模式。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）與專(zhuān)家系統(tǒng)融為一體而變成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。

3.3 加大對(duì)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的投入，更新保護(hù)裝置設(shè)備

要深刻了解和掌握高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)系、供電與企業(yè)效益的關(guān)系。為了增加保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性，一定要加大對(duì)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的投入，盡快淘汰落后的設(shè)備而更新保護(hù)裝置設(shè)備。保護(hù)裝置與輸出電壓存在一定的正相關(guān)系，如圖2。

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圖2 保護(hù)裝置與輸出電壓關(guān)系

因此為了確保保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，進(jìn)行保護(hù)效驗(yàn)是相當(dāng)重要的，同時(shí)高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行效果也取決于效驗(yàn)的準(zhǔn)確性。總之，在不影響正常安全生產(chǎn)的情況下，及時(shí)更新繼電保護(hù)效驗(yàn)設(shè)備并建立完善的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是確保各回路均有足夠保護(hù)整定時(shí)間，使保護(hù)裝置校驗(yàn)做到應(yīng)校必校，不漏項(xiàng)，不簡(jiǎn)化。

4 結(jié)論

由于電力科技含量不斷提高，高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)不斷地發(fā)展，要保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，高壓電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的要求不斷提高。除了裝置本身的基本功能外，還應(yīng)具有大量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強(qiáng)大的通信能力，具有與其他繼電保護(hù)和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)共享信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力。因此，微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。必須不斷提高高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)管理水平，完善高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)相關(guān)管理制度，加大工作管理人員的培訓(xùn)力度，提高繼保工作人員掌握繼電保護(hù)現(xiàn)代技術(shù)的能力，變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理，才能防患于未然。

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作者簡(jiǎn)介：李莉（1970-），女，電氣高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦邏弘姎饧夹g(shù)研究。