繼電保護新技術的發展與分析

陳繼堯

摘 要：電力系統繼電保護技術在近幾十年來有了很大的發展，這受益于新時期電子技術和信息科學技術的飛速發展。隨著工業向信息化、智能化方向發展，電子、通信、自動化等方面都有了很大的發展和進步，這些技術的進步催生了繼電器保護技術方面的一些新的技術應用。繼電器保護技術也在朝向數字化、智能化方向發展。文章著重介紹了繼電保護技術在自動化領域內發揮的重要作用。對其原理進行闡釋，同時介紹了在繼電保護領域出現的新的技術特點，最后簡要介紹繼電保護技術的發展趨勢。

關鍵詞：繼電保護；自動化；新技術；發展趨勢

1 電力系統繼電保護概述

1.1 電力系統繼電保護的基本原理

電力系統繼電保護設備簡單的說就是將設備線圈或感應裝置裝配在電氣回路中，當回路元件發生故障時設備的開關裝置跳閘，切斷回路從而實現對系統的保護。從繼電保護裝置的工作原理可以知道，為了實現對電氣系統更好的保護，對被保護系統檢測的元件十分重要，繼電器是通過檢測元件來判定系統是否處于正常的工作狀態從而發出信號對系統進行保護的。檢測裝置檢測的物理量在故障前后會發生變化，繼電器通過這個特性來判定系統是否發生故障。由于電氣系統應用的環境條件千差萬別，被保護的對象也是各不相同，因此繼電保護裝置進行判別故障的故障量也有很多種。目前在應用比較多的故障量時工頻電氣量。工頻電氣量指在工業頻率（一般為50Hz）下電氣系統運轉中的母線電流、母線電壓以及根據這兩個數據計算出來的功勞、阻抗等數據。根據這些參數即可設計成相應的電流保護、電壓保護、阻抗保護、頻率保護繼電保護裝置。

1.2 電力系統繼電保護裝置的作用

電氣系統在運行過程中會發生一些常見的故障，如短路、斷路、過載等，這些故障都必須在第一時間進行故障排除，不然輕則毀壞線路、傷害元器件，重則引起整個系統的故障甚至造成大的事故。造成重大的財產損失，危及工作人員的安全。為了盡可能減小故障導致的損失，一般的做法是對大的系統分割成段，在某一部位發生故障時迅速將其與其他未發生故障部分分隔開，從而減小故障損失。通常如果人為的處理故障，在接受到故障報警后采取拉閘措施往往達不到及時性的要求，而且人在遇到緊急時刻往往可能做出一些錯誤的動作導致損失擴大。這時候就需要采用繼電保護裝置，對電力系統進行更可靠的保護。

1.3 電力系統繼電保護裝置的任務

繼電保護設施主要有兩方面的任務：（1）繼電保護裝置通過報警來提醒崗位工故障點，提醒工人對故障點進行處理檢修。對運轉不正常的電氣元件或設備進行更換，以使系統能夠健康平穩的運行。（2）繼電保護裝置利用自身的開關等，在故障發生時對電氣回路進行切斷，防止更大損失的發生。保證其他正常的電氣回路及設備依然能夠正常的運行。

2 電力系統繼電保護新技術的應用

2.1 數字化技術的應用

過去的繼電保護裝置基本上從全程的信號采集到故障處理等全部由模擬電路組成，隨著技術的進步，數字電路和智能電路逐漸投入到生產實際中。電力系統領域的數字化也在逐漸深入，目前電網建設中的數字化變電站已經是一個發展的主流。其核心的技術就是實現了變電站從參數的采集到傳輸到信號處理到主控室的輸出全部是數字化的。數字化相較于過去模擬設備的好處有很多，主要是信號更加精確，抗干擾性更強，同時速度也更快設備更加簡單輕便而且較為經濟。而數字化的繼電保護裝置則是在電子互感器采集電氣參數的基礎上，將采集到的電壓信號通過光電轉換轉化為光信號，通過光纖將采集到的信號傳輸到低壓控制端，最后經過MU（Merging Unit，合并單元）對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數字信號按照特定格式轉發給間隔層設備使用的裝置。

概括來說，數字技術在電力系統的應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，數字化的設備正在迅速代替模擬設備在電力系統的輸送電和用電等環節發揮越來越重要的作用。在軟件上，數字化的設備更加支持建立一整套數字電站的動態模擬檢測程序，使得變電站的控制更加集約、高效，極大的節約了人力和財力。同時數字化的變電站使得變電站二次設備的繼電保護成為可能，從這個方面說數字設備更具有無可比擬的優勢。

2.2 超高壓輸電技術的應用

超高壓輸電是指使用超高電壓等級輸送電能。超高壓直流輸電具有九大優勢：輸送容量大；送電距離遠；輸送功率可以控制和調節；不受系統穩定極限的限制；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；可以根據系統的要求作出反應，提高電力系統暫態穩定水平；進行系統的交流電壓調節與控制；可以迅速進行功率交換。

2.3 直流輸電技術的應用

由于電廠發出的電一般為交流電，將交流電進行整流，成為直流電后進行電力傳輸，到達受電地點后，再對直流電進行逆變成為交流電后接入用電方交流電網。直流輸電技術主要的應用場合是如下幾個方面：長途大功率輸送電；在頻率不同的兩個電網或者在兩個同頻率不同步運行的電網間輸送電；對于交直流并行的輸電系統進行調控。

3 電力系統繼電保護技術的發展趨勢

3.1 繼電保護智能化

伴隨著自動化技術的不斷發展，電力系統的發展也在向智能化方向邁進。單片機、數字信號處理器等數字處理芯片也在電網建設中發揮很大的作用，繼電保護方面也在走向智能化。數字化技術的應用使得電力系統的控制變得更加簡單高效，過去體積大、精度差的模擬控制設備逐漸被淘汰，智能化已經成為一種無法阻擋的發展潮流。

3.2 繼電保護數字化

正如上文所敘述的那樣，數字化電站的建設也需要繼電保護裝置的數字化。采用數字化繼電裝置的優點主要有：一是數字化的設備結構簡單，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。同時數字設備的信號傳輸基本不發生錯誤，只有在模數轉換過程才會有誤差但現在電子技術的發展這種誤差極小。二是數字化的設備體積小，裝備也更加簡單，可以有效的減小變電站的占地面積，產生很好的經濟效益和社會效益。因此，數字化繼電保護的研究和應用將會一直持續下去，并且對電力系統整體的發展發揮越來越重要的作用。

3.3 繼電保護輸電技術的突破

隨著電力電子技術的發展、直流輸電技術日益成熟，多種新的發電方式所產生的電能都要以直流方式輸送，比如磁流體發電、電氣體發電、燃料電池和太陽能電池等，直流輸電在電力系統中必然得到更多的應用。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的工程造價，減少線路損耗，節省線路走廊占地面積，具有顯著的綜合經濟效益和社會效益。

4 結束語

通過分析，我們可以看出電力系統繼電保護技術作為一個新課題還是很有研究價值的，當然在技術不斷發展的情況下，它還有很大的發展前景，尤其是在新課題新技術層出不窮的新時代，所以我們一定要參與好這項技術的發展，見證它不斷豐滿的未來。

參考文獻

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[3]張佳勇.電力系統繼電保護自動化分析關于電力系統分析[J].電力系統自動化，2009（13）.