淺談電力系統的繼電保護

摘 要：電力系統由發電、變電、輸電、配電和用電等環節組成的電能生產運輸系統與用電設備等用電消耗系統組成。而在電力系統中常見有危險故障和一些異常運行狀態，而這些現象會發展成事故，使整個系統或其中一部分的正常工作遭到破壞。因此，切除故障元件的時間必須要求短到十分之一秒甚至更短，所以要有一套自動裝置來執行這一任務。文章闡述了斷電保護的要求，分析了斷電保護的抗干擾、縱聯電流差保護、工頻變化量方向保護技術。

關鍵詞：電力系統；斷電保護；技術

1 引言

斷電保護裝置能反應電力系統中電氣元件發生故障或不正常運行狀態，并動作與斷路器或發出信號的一種自動裝置。其主要任務是自動、迅速、有選擇性的將故障原件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復運行。反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護的條件，而動作于發出信號、減負荷或跳閘。

2 斷電保護的基本要求

2.1 可靠性

保護裝置的可靠性是指保護在應該動作時可靠動作，即不拒動，也稱依賴性；不該動作時，既不誤動，也稱安全性。可靠性是由保護裝置的制造質量、保護回路的連接和運行維護的水平決定。

2.2 選擇性

選擇性是指在電力系統發生故障時，保護裝置僅將故障原件從系統中切除，盡量縮小因故障而停電的范圍，保證無故障部分繼續運行。只有合理的選擇保護方式，并正確的進行整定才能保證保護裝置良好的選擇性，保護的選擇和整定就是一個獲得選擇性的過程。

2.3 速動性

速動性是指在盡可能快速切除故障，減少設備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設備的損壞程度，提高電力系統并列運行的穩定性。故障切除時間，它等于機電保護裝置動作與斷路器跳閘時間之和。

2.4 靈敏性

靈敏性是指保護裝置對在其保護范圍內發生的故障和不正常運行狀態的反應能力。要求保護裝置對保護范圍內發生的故障，無論此時系統運行方式是最大還是最小，也無論故障點位置、故障類型如何以及故障點過度電阻的大小，都能靈敏的反應。

保護裝置的選擇性、靈敏性、速動性和可靠性既互相聯系又互相制約。在應用中，必須從全局出發來權衡。一般，在保證保護裝置可靠性的前提下，為了滿足選擇性，在系統穩定的前提下，為了滿足選擇性，在系統穩定允許時，可以犧牲一些速動性；有時也暫時犧牲部分選擇性來保證速動性，并采用自動重合閘或備用電源自動投入等措施予以補救。

3 電力系統斷電保護的抗干擾

現代電力系統，尤其是發電廠與變電所內，是一個具有高強度電磁場環境的特殊地域。從電磁能量發送和接受的角度來看，站內的電氣設備在正常和異常運行狀態下都會產生或遭受到各種電磁干擾。例如高壓電氣設備的倒閘操作、低壓交直流回路的電氣設備操作、短路故障等所產生的瞬變過程，電氣設備周圍的靜電場和磁場、電暈、雷電、電磁波輻射、人體與物體的靜電放電等都會產生頻率、瞬間電壓較高的噪聲，因此，裝在高壓變電所內的斷電保護和自動裝置不斷受到正常運行情況下和某些特殊偶然情況下的強電磁場干擾。并使站內運行的二次設備，特別是斷電保護裝置，受到嚴重影響。

自從半導體技術引入斷電保護裝置，特別是近年來采用了微機型保護，高壓變電所的強電磁干擾影響成為一個突出的問題。如何與變電所的電磁干擾相協調，已成為一個突出的問題。

為保證控制與斷電保護裝置的正常運行，一方面是這些裝置本身應具有符合要求的抗干擾能力。另一方面應該采取相應措施使傳到這些二次設備的干擾水平降低到它們可以接受的水平。提高斷電保護的抗干擾能力可通過以下方法實現：（1）降低干擾源的能力、電壓；（2）加強防護，減少干擾信號的侵入；（3）吸收干擾信號；（4）提高設備自身承受干擾的能力。

4 電力系統斷電保護的縱聯電流差保護

在理想情況下，根據被保護設備中是否有電流，就能夠區分出是否有內部故障，是否應將被保護設備從系統中切除。實際情況下，由于電流互感器誤差等因素的存在，在正常運行及外部故障時也會有一定量的不平衡電流流入差動斷電器被保護設備，特別是在外部故障電流互感器飽和的情況下，誤差將會大大增加，會有比較大的不平衡電流流入被保護設備。為防止差動保護誤動，被保護設備的動作電流必須按躲過外部故障的最大不平衡電流來整定。

被保護設備為發電機、變壓器和母線時，其各側的電流互感器均在同一個廠站內，這時可由兩種方式實現上訴的電流差動，一種方式是直接將設備各側的電流接入到同一裝置中，由該裝置按照差動保護的公式進行分析比較，判斷故障的區間；另一種方式是每個電流互感器的輸出都接到一個采集裝置中，然后通過通信網絡將各個采集裝置聯系在一起，實現差動算法。而當被保護設備為輸電線路時，由于兩端相距甚遠，需要在每一側都裝設采集裝置，然后利用通信線路來交換梁端的電流信息。

閉鎖式縱聯方向保護的工作方式是當任一側方向元件判斷為反方向時，不僅本側保護不跳閘，而且由發信機向對側發出閉鎖信號，對側收信機接收到閉鎖信號后，閉鎖該側保護。在外部故障時是近故障側的方向元件判斷為反方向故障，所以是近故障側閉鎖遠離故障側；在內部故障時兩側方向元件都判斷為正方向，都不發送閉鎖信號，兩側收信機接收不到閉鎖信號，也就不會去閉鎖保護，于是兩側方向元件均作用跳閘。

5 電力系統斷電保護的工頻變化量方向保護

根據電力系統故障分析理論，輸電線上的短路故障可視為在故障點上突然疊加了一個與該點故障前電壓大小相等、幅值相反的電源EF，而故障電流及故障時母線上的電壓之間差值是由于該故障電源EF的作用所造成的，這樣，當將系統所有電勢均短接，僅保留在故障點上所加的故障電源EF，并規定了電流自母線流向線路為正時，便可根據電流方向確定出故障點是否在保護的正方向上。

現代電子技術的發展，使得欲想得到故障時電流及電壓的變化量成為一件較為容易的事情。反應工頻變化量的方向向斷電器經通道控制可快速切除被保護線路全線范圍內的各種類型故障，保護的靈敏度較高，基本上不受過度電阻的影響。

6 結束語

隨著電力系統的高速發展和計算機技術、網絡技術、通信技術和人工智能技術以及繼電保護理論的發展，繼電保護技術還存在著很大的發展空間。其發展將出現原理突破和應用革命，由數字時代跨入信息化時代，發展到微機智能綜合自動化水平。這對繼電保護工作者提出了艱巨的挑戰，也為其提供了廣闊的發展天地。

參考文獻

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