電力系統繼電保護技術探析

孫亞男

摘 要：電網一旦出現事故，或者運行情況出現異常，就需要借助繼電保護技術來保證電氣設備及電力系統的安全運行。在經過長期的發展之后，我國目前的電力系統保護技術已經取得了較高成就，并面臨著全新的發展趨勢。本文探析了繼電保護技術的概念、作用、發展現狀及其發展趨勢。

關鍵詞：電力系統 繼電保護 技術 探析

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0118-01

當代電力系統組成非常復雜，包括發電機、輸配線路、母線、變壓器及各種用電設備，很容易出現運行異常，甚至釀成危險故障進而誘發事故。在這種情況下，為了保證電氣設備與電力系統的安全運行，借助繼電保護技術的自動裝置應運產生。探析該技術的概念、任務及發展現狀，研究它的發展水平及趨勢，對于促進電力系統的發展具有重大意義。

1 電力系統繼電保護技術概述

（1）繼電保護基本概念。由于電力系統非常復雜，一些外部或內部因素很容易誘發運行故障或異常運行狀態，比較常見運行故障的有：單相接地、兩相接地，三相接地，短路，相間短路等。常見的非正常運行狀態包括：過電壓，過負荷，振蕩，次同步諧振，非全相運行等等。

上述問題一旦發生，很容易誘發安全事故，并導致部分或整個電力系統的正常工作遭受破壞，甚至釀成輸電減少、大面積斷電或電能質量下降等不能接受的嚴重問題。而為了避免這些后果，一旦元件出現故障必須在0.1秒甚至更短時間內予以切除。這個任務依靠手工操作是不現實的，只能依靠自動裝置完成。電力系統繼電保護技術就是在這種情況下產生的。

（2）繼電保護技術作用。一旦電力系統本身或線路、發電機等被保護元件發生故障，依托繼電保護技術的自動裝置需要迅速、準確、自動、選擇性地切除電力系統中的故障元件，以避免故障范圍外擴，防止故障元件損壞繼續惡化，保證電力系統無故障部分可以繼續正常運行。如果這些被保護元件運行狀態發生異常，繼電保護裝置需要及時做出反應予以自動調整，或者根據維護條件以圖文信息、聲光報警等形式向值班人員發出警報，提醒值班人員及時處理。這種情況下，一般只需保護系統根據異常運行的危害程度設置延時來避免非必要動作或誤動作，無需快速動作。

（3）繼電保護裝置組成。根據繼電保護裝置的作用設定，其組成一般包括測量部分（與定值調整部分）、邏輯部分及執行部分。

（4）繼電保護技術基本要求。繼電保護裝置的作用決定了其技術措施須滿足動作選擇性、動作速動性、動作靈敏性、動作可靠性等要求。這四點要求間聯系緊密，存在著對立統一的關系。

①動作選擇性。一旦發生故障，應首先由設備或者線路自身的保護裝置切除故障。只有在該保護拒動時，才可以讓相鄰設備或線路保護裝置切除。另外要遵照逐級配合原則，保證不同級電網發生故障時選擇性加以切除。在故障部分被成功切除后，未發生故障部分應繼續供電。

②動作速動性。一旦發生短路故障，保護裝置應當盡快予以切除，以便提高電力系統的穩定性，縮小故障的波及范圍，避免故障設備或線路進一步遭受損壞，并提高備用設備及自動重合閘自動投入的表現效果。

③動作靈敏性。一旦電力設備或輸電線路在保護范圍內出血金屬性短路，繼電保護裝置應當具備符合規程的敏感系數。這一要求通過設定并校驗繼電保護裝置的整定值來實現。

④動作可靠性。繼電保護裝置做出的保護動作應當精準可靠。正常運行時，應當做到可靠不動作。電力系統中的任何設備都不能在無保護狀態下運行。可靠性也是對繼電保護裝置最根本的性能要求。

2 繼電保護技術發展歷程及趨勢

（1）發展歷程及現狀。繼電保護技術是為了適應電力系統的發展而產生并逐漸發展的。而計算機技術、微電子技術、網絡通信技術的迅猛發展不斷地為繼電保護技術注入了新鮮發展活力。在1928年出現電子器件保護裝置后，從二十世紀五十年代開始，機電保護技術開始了日新月異的發展，從最初的機電式時代發展到六十至八十年代的晶體管式時代，八十年代中葉到九十年代進一步躍進集成電路式時代，而后又在新世紀發展為微機式時代。目前，我國新建的變電站、發電廠及高壓超高壓輸電線路等都已實現了大規模集成化數字式繼電保護。

（2）發展趨勢。目前，智能化與網絡化技術在繼電保護技術中得到了廣泛的研究利用，促進繼電保護技術呈現出網絡化、計算機化、智能化、一體化的發展方向。隨著微型計算機與微處理器的廣泛普及，數字式時代已嶄露端倪。

①計算機化。當代迅猛發展的計算機技術使得計算機在存儲、運算、通訊等方面的性能都在不斷提升，為繼電保護技術實現計算機化奠定了技術。計算機化是繼電保護裝置必然的發展趨勢，不但要求硬件微機化，更強調繼電保護系統的信號數字化與功能軟件化，大力提高繼電保護性能的速動、靈敏與可靠，以爭取電力系統更大的綜合效益。

②網絡化。從五十年代開始，通信技術逐漸與計算機技術相互結合研究并逐步融合為計算機網絡技術。這一技術作為信息數據通信工具，通過與繼電保護結合實現了電力系統的安全穩定運行，已經發展成為當代的信息技術支柱。目前，繼電保護系統要求所有保護單元之間可以共享整個電力系統內運行狀態與故障狀況的信息數據，保證每個保護單元和重合閘裝置都可以借助這些信息與數據的共享分析實現協調動作。這就要求整個電力系統內主要的電力設備保護裝置都要借助計算機網絡加以連接，逐步實現微機保護的網絡化。網絡化目前還在逐漸起步，日后仍然具有較大發展空間。

③智能化。近年來，人工神經網絡、自適應理論、進化規劃、遺傳算法、小波理論、模糊邏輯等人工智能技術在電力系統多個領域都獲得了廣泛應用，推動繼電保護技術研究向更高層次的智能化水平發展。智能電網中已普遍可以借助傳感器實時監控發電、供電、輸配電等設備的運行情況，并把數據收集起來經由網絡系統整合分析，并實時監測全網的運行狀況，實現了遠程動態發揮保護功能及修正保護定值。

④綜合智能化。繼電保護系統不僅要實現保護功能，還應進行數據測量、控制、通信等操作，即要實現測量、控制、通信及保護等功能的綜合自動化。這一系統打破了傳統概念下二次系統內對各個專業界限與各類設備的劃分原則，也突破了常規繼電保護裝置無法同調度控制中心實現通信的技術缺陷，賦予了電力系統自動化以更新的內容與含義。這一發展趨勢代表了電力系統領域自動化技術的最新潮流。得益于科技的革命式發展，系統更為完善、功能更為健全、智能化水平更高的綜合自動化電力系統一定會在我國智能電網建設中紛紛涌現，推動電網的安全性、穩定性與經濟性達到新的水平。

3 結語

電力系統繼電保護技術為保護電力系統的正常運行而逐步發展成熟，其作用與任務要求繼電保護系統具備速動性、選擇性、靈敏性、可靠性等要求。得益于計算機通信技術與電力系統的發展進步，繼電保護技術在目前的微機式繼電保護基礎上進一步表現出全新的發展趨勢。

參考文獻

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