繼電保護與電力系統災變防治

摘要：文章對電力系統災變事故中繼電保護的作用進行了分析，對繼電保護提出了具體的要求，以提高災變防治的能力，并對災變防治角度下的繼電保護研究目標進行了探討。

關鍵詞：繼電保護；電力系統；災變防治

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0128-02

目前，大的停電事故在世界各國都存在，這些事故的誘因是局部的、偶然的，由于當前的電網結構特點，也導致了事故涉及的范圍迅速擴大，形成連鎖反應，最終導致整個電網癱瘓，造成電力系統災變事故發生。其后果非常嚴重，表現為中斷經濟活動，如列車停運、工廠停產、供水中斷、通信中斷等，同時也會引發一些社會問題，如自動取款機不能取款，病人得不到救治，發生盜搶事件等。不同災變事故的發生原因與規模也不同，但是卻存在著共同的特點，都是由于電力供給短缺、輸變電能力不足、備用容量不足、設備老化陳舊、技術不成熟及繼電保護裝置錯誤動作等。在我國，電力形勢非常嚴峻，面臨著電力事業快速發展、電能需求快速增長的局面，但仍舊是供不應求，呈現出不同程度的電力緊張局面。稍有不慎，極有可能引發災變事故，這也是每一個電力工作者及人們關注的問題。本文主要從電力系統繼電保護入手，對電力系統中繼電保護在災變防治中的作用進行分析，并對災變防治中的繼電保護提出更高的要求。

1 電力系統災變中的繼電保護

繼電保護既有積極的作用也有消極的作用。首先，積極作用。從國外多起災變事故調查結果來看，設備主保護未出現錯誤動作，后備保護均未拒動。就電力系統設備自身安全來說，這個結果是令人滿意的。如果在發生嚴重過負荷或故障時，電力設備未被保護動作切除，那么就會引發大面積停電，甚至設備嚴重損壞的局面，因此，單就這一方面，繼電保護的作用非常大。其次，消極作用。國外某大停電事故中調查結果顯示，直接原因是由于繼電保護錯誤動作，是電抗器或變壓器故障的瓦斯繼電器錯誤動作報警，此時調度人員下達了切除變壓器的命令，調度人員的這一操作過程是符合規定的。但是，由于存在一臺過負荷繼電器因為錯誤接線與選線，將正常負荷誤認為是故障，自動將已經轉移過來的重負荷線路切除，繼而引發了連鎖反應，導致大面積的停電事故發生。

2 繼電保護在災變防治中的要求

2.1 對故障設備能夠快速、可靠、有選擇地切除

為了保證電力系統的穩定、安全運行，繼電保護的動作必須要可靠，無論是出現故障后的拒動，還是未出現故障時的誤動，其結果都有可能引發嚴重的災變事故。因此，只有繼電保護，能夠對故障設備快速、可靠、有選擇性地進行切除，能夠有效地將電網局部故障控制在一定范圍內，避免引起大面積的停電事故。

2.2 能夠快速恢復由于誤動或瞬時性故障引起的設備停轉

繼電保護在電力系統中屬于開環系統，如果保護電氣量達到預設的保護動作定值以后，會發出動作，這個動作不管對錯，都是一次性的，當然也包括動作發生后，故障是否消失。而重合閘技術，是將故障設備切除以后的設備投入運行的一種保護技術。繼電器與重合閘組成在一起，能夠將永久性故障設備真正切除掉，形成閉環控制系統。所以，在繼電保護中，重合閘技術是必要的，尤其是在備用設備容量較小的場合，特別適用。在實際電力系統中，重合閘成功率是非常高的。

2.3 保護范圍的擴大

在電力系統中引入具體設備的保護思想，繼電保護本身作為保護電力系統的第一道防線，在目前看來應該將這一防線擴大，擴展到第二，甚至是第三道防線；還可以將單個設備保護擴展到整個區域或者是整個電網的保護中，將保護結果從切除單個不正常運轉設備或單個故障轉換成切負荷層面，甚至是切除整個系列的設備。現階段的繼電保護主要針對的是單個設備，這種保護理念在保護單個設備方面達到了效果，但是對于整個電力的保護，效果還難以達到。

3 針對電力系統災變防治的繼電保護研究

3.1 提高繼電保護的正確動作率

在系統出現嚴重不正常運行狀態或者發生故障以后，繼電保護會自動發出動作，繼電保護在發出動作以后，整個網絡拓撲結構會發生變化，不管是正確的動作還是錯誤的動作，其影響都是非常大的。當前，我國的線路保護中繼電保護正確動作率比較高，但是對于主設備保護而言，正確動作率相對較低，對于這一問題必須要盡快解決，因為由于繼電保護誤動引發的大面積停電事故，不止是在線路保護中，而設備保護中也會出現。

3.2 對快速繼電保護的研究

在故障發生以后，能夠快速切除故障區域，能夠使故障造成的不平衡能量降至最低，為系統在故障發生后的穩定運行提供了時間。近些年，行波保護與無通道保護研究是國內外開展的快速繼電保護的典型案例。首先，行波保護。是對故障線路產生的暫態行波信息的反映，分為行波方向保護、行波距離保護及差動保護等類別。CT飽和、過渡電阻及長線分布電容對行波保護不產生影響，行波保護對電力系統震蕩也不會反映出來，因此與傳統的繼電保護相比，具有顯著的優勢。因為行波保護是利用故障產生的瞬間出現的暫態行波故障信息動作進行分析，因此不花費大量時間等待故障數據，有效地提高了保護動作的速度。目前，主要針對如何提高動作的準確性與可靠性進行研究。其次，無通道保護。這是一種利用一端電氣量進行判斷，構成全線相繼速動或全線速動的繼電保護方式。按照電氣量使用的差異，可分為工頻無通道保護與暫態無通道保護，前者是利用線路健全向傳輸過來的另一端開關動作信息而產生的動作；后者則是對線路發生故障后，出現的高頻暫態信息而產生的動作。

3.3 對自動重合閘技術的深入研究

重合閘技術在電力系統災變防治中具有重要的作用。但是盲目地重合閘有可能會成功，但也有可能失敗。成功則系統安全運行，一旦失敗，不但對故障的發展不能阻止，而且會導致故障快速地蔓延開，引發嚴重事故。最優自動重合閘指的是能夠對永久故障、瞬時故障進行識別，能夠完成自動檢測，且能在最佳時間完成重合閘。對永久故障與瞬時故障識別的原理在20世紀八十年代中期就已經提出，當時主要針對的是單相重合閘，主要依據是，瞬時故障伴有故障電弧，切除故障線路后，電弧消失，而接地相由于互感作用與電容耦合產生高電壓；永久故障，在故障點沒有電弧，而且接地相的電壓也比較低。根據這一差別對永久性與瞬時性故障進行判別。重合閘時間最佳主要是針對永久性故障而言的，在無法判斷故障是瞬時性還是永久性的時候，根據重合時間進行重合，不會加劇系統的震蕩。最優自動重合閘技術的使用，瞬時性故障幾乎對系統沒有影響。

4 開展電網安全保護研究

繼電保護防范根據安全穩定導則的劃分，屬于第一道防線，而實際情況是繼電保護在故障發展的整個過程中都起著作用，不但能夠防止新故障的出現，還能夠防止切負荷、切機的過程，而且對系統處于孤島運行中可能出現的低壓、過負荷等進行防范。而電力系統安全保護系統正是對于后幾種保護作用提出的一種新的保護方式，可以分為無功平衡保護系統與有功平衡保護系統。其思想是首先對系統的功率平衡進行保證，然后根據單個設備的容量大小來選擇系統控制的具體方法，包含切負荷和切機。其保護范圍不是單個設備，而是整個電力系統，保護動作也不是切除過載設備或故障，而是決定切除哪些負荷或發電機。該技術的實現需要快速、實時收集并處理信息，隨著計算機網絡技術的發展，該技術的實現變得非常簡單。

5 結語

從電力系統災變防治角度對繼電保護的作用進行分析，要求繼電保護在災變事故中動作必須正確，對繼電保護的潛力要進一步挖掘，研發新型的繼電保護與自動重合閘技術，在計算機技術、網絡通信技術發展的基礎上，建立電力系統安全保護系統，為電力系統災變防治奠定堅實的基礎。

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作者簡介：楊明（1982—），男，國網湖南省電力公司株洲供電分公司工程師，研究方向：變電二次設備

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