電力系統繼電保護的現狀與發展趨勢

摘 要：繼電保護是對測量繼電器與邏輯繼電器進行合理整定，使之完成待定功能。電力系統繼電保護主要應用在電力系統線路、元件上的保護。本文從繼電保護的發展狀況出發，分析了電力系統繼電器保護的原理，對繼電保護技術的發展趨勢進行了闡述。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；現狀；原理；趨勢

電力系統由發電機、變壓器、母線、輸配線路及用電設備組成。在電力系統中經常出現一系列的故障問題，長期發展會引發事故，使工作無法正常進行，以致整個系統遭到嚴重的破壞，影響用戶用電的正常使用，甚至會損害設備，對人身造成傷害。因此，加強電力系統的保護具有極為重要的作用。

1 繼電保護的發展現狀

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，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里得到很大發展。

2 電力系統繼電器保護的原理

2.1 電力系統繼電保護的基本要求

為實現其目標，作用與跳閘的繼電保護裝置在技術性能上必須滿足以下四個基本要求：

2.1.1 選擇性

其基本含義是保護裝置動作時，僅將基本元件從電力系統中切除，使停電范圍盡量減少，以保證系統中非故障部分繼續安全運行。

2.1.2 速動性

速動性是指繼電保護裝置應以盡可能快的速度斷開故障元件。這樣就能減輕故障設備的損壞程度，減小用戶在低電壓情況下工作的時間，提高電力系統的穩定性。

故障切除時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。目前保護動作速度最快的約0.02s，加上快速斷路器的動作時間，故障可在0.1s以內切除。

應考慮不同電網對故障切除時間的具體要求和經濟性、運行維護水平等條件以便確定合理的保護動作時間。

2.1.3 靈敏性

保護裝置對其保護范圍內的故障或不正常運行狀態的反應能力稱為靈敏性（靈敏度）。靈敏性常用靈敏系數來衡量。它是在保護裝置的測量元件確定了動作值后，按最不利的運行方式、故障類型、保護范圍內的指定點校驗，并滿足有關規定的標準。

2.1.4 可靠性

可靠性是指在保護裝置規定的保護范圍內發生了它應該反應的故障時，保護裝置應可靠地動作（即不拒動）。而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，則不應該動作（即不誤動）。可靠性取決于保護裝置本身的設計、制造、安裝、運行維護等因素。一般來說，保護裝置的組成元件質量越好、接線越簡單、回路繼電器的觸點和接插件數越少，保護裝置就越可靠。同時保護裝置恰當的配置與選用、正確的安裝與調試、良好的運行維護，對于提高保護的可靠性也具有重要的作用。

2.2 電力系統繼電保護的基本原理

繼電保護裝置要起到反事故的自動裝置作用，必須正確區分“正常”與“不正常”運行狀態、被保護元件的“外部故障”與“內部故障”，以實現繼電保護的功能。對此，通過檢測各種狀態下被保護元件所反應的各種物理量的變化予以鑒別。依據反應的物理量的不同，保護裝置可以構成下述各種原理的保護。

2.2.1 反應-斷電器量的保護

電力系統發生故障時，通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓相位角改變等現象。因此，在被保護元件的一端裝設的各種變換器可以檢測、比較并鑒別出故障時這些基本參數與正常運行時的差別就可以構成各種不同原理的繼電保護裝置。例如，反應電流增大構成過電流保護；反應電流與電壓間的相位角變化構成方向保護；反應電壓與電流的比值的變化構成的距離保護等。

這一大類的保護是立足于被保護元件一端，對比兩種運行狀態的某一電氣量的變化并依次特點構成保護，及反應一端電氣量的保護。

2.2.2 反應兩端電氣量的保護

如果同時檢測并比較在內部故障與外部故障（包括正常運行狀態）兩種工況下的兩端電氣量，可以發現它們之間有明顯的區別，從而以這些差別作為判據即可構成反應兩端電氣量的保護。

2.2.3 反應非電氣量的保護

如反應溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構成裝設在電力變壓器的瓦斯保護、溫度保護等。

3 繼電保護技術的發展趨勢

3.1 計算機化

隨著現代科技的不斷進步，計算機硬件的快速發展，使得微機保護硬件得到了較好的技術支持，在微機線路保護硬件的發展歷程中，性能大大提高。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。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發展初期，曾設想過用一臺小型計算機做成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現實的。現在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機。因此，用成套工控機做成繼電保護的時機己經成熟，這將是微機保護的發展方向之一。

3.2 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。由于缺乏強有力的數據通信手段，目前的繼電保護裝置只能反應保護安裝處的電氣量，切除故障元件，縮小事故影響范圍。于是，人們提出了系統保護的概念，將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來，實現繼電保護能保證全系統的安全穩定運行，即每個保護單元都能分享全系統的運行和故障信息的數據，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作，確保系統的安全穩定運行。要真正實現保護對電力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。在這方面，天津大學提出了一種分布式母線保護的原理，初步研制成功了這種裝置。這種用計算機網絡實現的分布式母線保護原理，比傳統的集中式母線保護原理有較高的可靠性。雖然具體的應用還需更為深入的研究，但網絡化已經成為微機保護發展的必然趨勢之一。

4 結束語

總而言之，隨著社會科技的不斷進步，電力系統的快速發展，我國電力系統繼電保護技術面臨著進一步的發展趨勢，因此，我們應采取相應的措施，引進國外先進的技術，不斷地進行開發和研究工作，使得電力系統繼電保護技術得到進一步的提高，促進電力企業走可持續發展的道路。

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