繼電保護(hù)新技術(shù)的發(fā)展與分析

陳繼堯

摘 要：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)在近幾十年來(lái)有了很大的發(fā)展，這受益于新時(shí)期電子技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。隨著工業(yè)向信息化、智能化方向發(fā)展，電子、通信、自動(dòng)化等方面都有了很大的發(fā)展和進(jìn)步，這些技術(shù)的進(jìn)步催生了繼電器保護(hù)技術(shù)方面的一些新的技術(shù)應(yīng)用。繼電器保護(hù)技術(shù)也在朝向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。文章著重介紹了繼電保護(hù)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮的重要作用。對(duì)其原理進(jìn)行闡釋，同時(shí)介紹了在繼電保護(hù)領(lǐng)域出現(xiàn)的新的技術(shù)特點(diǎn)，最后簡(jiǎn)要介紹繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；自動(dòng)化；新技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述

1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將設(shè)備線圈或感應(yīng)裝置裝配在電氣回路中，當(dāng)回路元件發(fā)生故障時(shí)設(shè)備的開(kāi)關(guān)裝置跳閘，切斷回路從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。從繼電保護(hù)裝置的工作原理可以知道，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)更好的保護(hù)，對(duì)被保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)的元件十分重要，繼電器是通過(guò)檢測(cè)元件來(lái)判定系統(tǒng)是否處于正常的工作狀態(tài)從而發(fā)出信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的。檢測(cè)裝置檢測(cè)的物理量在故障前后會(huì)發(fā)生變化，繼電器通過(guò)這個(gè)特性來(lái)判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障。由于電氣系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境條件千差萬(wàn)別，被保護(hù)的對(duì)象也是各不相同，因此繼電保護(hù)裝置進(jìn)行判別故障的故障量也有很多種。目前在應(yīng)用比較多的故障量時(shí)工頻電氣量。工頻電氣量指在工業(yè)頻率（一般為50Hz）下電氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的母線電流、母線電壓以及根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的功勞、阻抗等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些參數(shù)即可設(shè)計(jì)成相應(yīng)的電流保護(hù)、電壓保護(hù)、阻抗保護(hù)、頻率保護(hù)繼電保護(hù)裝置。

1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的作用

電氣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一些常見(jiàn)的故障，如短路、斷路、過(guò)載等，這些故障都必須在第一時(shí)間進(jìn)行故障排除，不然輕則毀壞線路、傷害元器件，重則引起整個(gè)系統(tǒng)的故障甚至造成大的事故。造成重大的財(cái)產(chǎn)損失，危及工作人員的安全。為了盡可能減小故障導(dǎo)致的損失，一般的做法是對(duì)大的系統(tǒng)分割成段，在某一部位發(fā)生故障時(shí)迅速將其與其他未發(fā)生故障部分分隔開(kāi)，從而減小故障損失。通常如果人為的處理故障，在接受到故障報(bào)警后采取拉閘措施往往達(dá)不到及時(shí)性的要求，而且人在遇到緊急時(shí)刻往往可能做出一些錯(cuò)誤的動(dòng)作導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大。這時(shí)候就需要采用繼電保護(hù)裝置，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行更可靠的保護(hù)。

1.3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

繼電保護(hù)設(shè)施主要有兩方面的任務(wù)：（1）繼電保護(hù)裝置通過(guò)報(bào)警來(lái)提醒崗位工故障點(diǎn)，提醒工人對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行處理檢修。對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的電氣元件或設(shè)備進(jìn)行更換，以使系統(tǒng)能夠健康平穩(wěn)的運(yùn)行。（2）繼電保護(hù)裝置利用自身的開(kāi)關(guān)等，在故障發(fā)生時(shí)對(duì)電氣回路進(jìn)行切斷，防止更大損失的發(fā)生。保證其他正常的電氣回路及設(shè)備依然能夠正常的運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

過(guò)去的繼電保護(hù)裝置基本上從全程的信號(hào)采集到故障處理等全部由模擬電路組成，隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字電路和智能電路逐漸投入到生產(chǎn)實(shí)際中。電力系統(tǒng)領(lǐng)域的數(shù)字化也在逐漸深入，目前電網(wǎng)建設(shè)中的數(shù)字化變電站已經(jīng)是一個(gè)發(fā)展的主流。其核心的技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)了變電站從參數(shù)的采集到傳輸?shù)叫盘?hào)處理到主控室的輸出全部是數(shù)字化的。數(shù)字化相較于過(guò)去模擬設(shè)備的好處有很多，主要是信號(hào)更加精確，抗干擾性更強(qiáng)，同時(shí)速度也更快設(shè)備更加簡(jiǎn)單輕便而且較為經(jīng)濟(jì)。而數(shù)字化的繼電保護(hù)裝置則是在電子互感器采集電氣參數(shù)的基礎(chǔ)上，將采集到的電壓信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，通過(guò)光纖將采集到的信號(hào)傳輸?shù)降蛪嚎刂贫耍詈蠼?jīng)過(guò)MU（Merging Unit，合并單元）對(duì)一次互感器傳輸過(guò)來(lái)的電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置。

概括來(lái)說(shuō)，數(shù)字技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要可以分為硬件和軟件兩方面。在硬件上正如上文所說(shuō)，數(shù)字化的設(shè)備正在迅速代替模擬設(shè)備在電力系統(tǒng)的輸送電和用電等環(huán)節(jié)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。在軟件上，數(shù)字化的設(shè)備更加支持建立一整套數(shù)字電站的動(dòng)態(tài)模擬檢測(cè)程序，使得變電站的控制更加集約、高效，極大的節(jié)約了人力和財(cái)力。同時(shí)數(shù)字化的變電站使得變電站二次設(shè)備的繼電保護(hù)成為可能，從這個(gè)方面說(shuō)數(shù)字設(shè)備更具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.2 超高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用

超高壓輸電是指使用超高電壓等級(jí)輸送電能。超高壓直流輸電具有九大優(yōu)勢(shì)：輸送容量大；送電距離遠(yuǎn)；輸送功率可以控制和調(diào)節(jié)；不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制；可以充分利用線路走廊資源；可保持輸送功率或減少輸送功率的損失；可以根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應(yīng)，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平；進(jìn)行系統(tǒng)的交流電壓調(diào)節(jié)與控制；可以迅速進(jìn)行功率交換。

2.3 直流輸電技術(shù)的應(yīng)用

由于電廠發(fā)出的電一般為交流電，將交流電進(jìn)行整流，成為直流電后進(jìn)行電力傳輸，到達(dá)受電地點(diǎn)后，再對(duì)直流電進(jìn)行逆變成為交流電后接入用電方交流電網(wǎng)。直流輸電技術(shù)主要的應(yīng)用場(chǎng)合是如下幾個(gè)方面：長(zhǎng)途大功率輸送電；在頻率不同的兩個(gè)電網(wǎng)或者在兩個(gè)同頻率不同步運(yùn)行的電網(wǎng)間輸送電；對(duì)于交直流并行的輸電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 繼電保護(hù)智能化

伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的發(fā)展也在向智能化方向邁進(jìn)。單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器等數(shù)字處理芯片也在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮很大的作用，繼電保護(hù)方面也在走向智能化。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)的控制變得更加簡(jiǎn)單高效，過(guò)去體積大、精度差的模擬控制設(shè)備逐漸被淘汰，智能化已經(jīng)成為一種無(wú)法阻擋的發(fā)展潮流。

3.2 繼電保護(hù)數(shù)字化

正如上文所敘述的那樣，數(shù)字化電站的建設(shè)也需要繼電保護(hù)裝置的數(shù)字化。采用數(shù)字化繼電裝置的優(yōu)點(diǎn)主要有：一是數(shù)字化的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成電路的可靠性很高，做好防塵防靜電的工作后，基本不需要人力維護(hù)。同時(shí)數(shù)字設(shè)備的信號(hào)傳輸基本不發(fā)生錯(cuò)誤，只有在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程才會(huì)有誤差但現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展這種誤差極小。二是數(shù)字化的設(shè)備體積小，裝備也更加簡(jiǎn)單，可以有效的減小變電站的占地面積，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，數(shù)字化繼電保護(hù)的研究和應(yīng)用將會(huì)一直持續(xù)下去，并且對(duì)電力系統(tǒng)整體的發(fā)展發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

3.3 繼電保護(hù)輸電技術(shù)的突破

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展、直流輸電技術(shù)日益成熟，多種新的發(fā)電方式所產(chǎn)生的電能都要以直流方式輸送，比如磁流體發(fā)電、電氣體發(fā)電、燃料電池和太陽(yáng)能電池等，直流輸電在電力系統(tǒng)中必然得到更多的應(yīng)用。另外，超高壓輸電可以增加輸送容量和傳輸距離，降低單位功率電力傳輸?shù)墓こ淘靸r(jià)，減少線路損耗，節(jié)省線路走廊占地面積，具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，我們可以看出電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)作為一個(gè)新課題還是很有研究?jī)r(jià)值的，當(dāng)然在技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，它還有很大的發(fā)展前景，尤其是在新課題新技術(shù)層出不窮的新時(shí)代，所以我們一定要參與好這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，見(jiàn)證它不斷豐滿的未來(lái)。

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