電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測方法研究

任洋++滕巍++張笑時(shí)

摘 要：人們生產(chǎn)生活中需要電力維持正常，因此電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性會(huì)對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生直接的影響。為了能夠確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，必須對電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測、控制和保護(hù)，而繼電保護(hù)與故障檢測均能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用，是保證電力系統(tǒng)安全性的重要措施。本文主要分析了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測的作用，闡述了基于小電流接地系統(tǒng)的故障檢測方法，并針對綜合故障分析系統(tǒng)的功能、繼電保護(hù)與故障檢測方法進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障檢測

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模也逐漸增大，各地區(qū)電力系統(tǒng)規(guī)模也日益增大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)所需要處理的故障問題也逐漸增多，難以確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測主要指針對電力系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，同時(shí)做好對電力系統(tǒng)的控制與保護(hù)，屬于電力系統(tǒng)安全性保護(hù)的重要系統(tǒng)設(shè)施。繼電保護(hù)及故障檢測能夠針對多類故障問題發(fā)出報(bào)警信號，并做出跳閘處理，確保降低故障對電力系統(tǒng)造成的損害，以提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測的作用

繼電保護(hù)及故障檢測的主要作用是保證電力系統(tǒng)的安全性，如果電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的設(shè)備和元件出現(xiàn)故障問題，則此時(shí)繼電保護(hù)裝置能夠體現(xiàn)出選擇性、靈敏性、速動(dòng)性和可靠性特征，向存在故障的設(shè)備和元件最近的斷路器發(fā)出切斷指令，確保故障能夠被切斷，避免故障問題的擴(kuò)散，降低故障設(shè)備和元件對電力系統(tǒng)的破壞程度，提高電力系統(tǒng)的安全性。繼電保護(hù)裝置及故障檢測還能夠針對電力系統(tǒng)中的保護(hù)設(shè)備和濾波設(shè)備等二次裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)繼電保護(hù)裝置及故障檢測還能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)異常情況的自動(dòng)分析，且具有快速性和準(zhǔn)確性，能夠高效診斷出故障發(fā)生位置和故障性質(zhì)。

電力系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)故障或處于異常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和異常工作情況進(jìn)行提示，即通過發(fā)出報(bào)警信號的方式，確保工作人員能夠及時(shí)了解到電力系統(tǒng)中存在異常運(yùn)行情況，同時(shí)能夠以最快的速度進(jìn)行處理，保證設(shè)備的安全性。如果設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場沒有工作人員，則繼電保護(hù)裝置能夠直接針對系統(tǒng)進(jìn)行處理，如切斷故障電氣設(shè)備，以確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

二、基于小電流接地系統(tǒng)的故障檢測方法

（一）空間電磁場探測單相接地故障支路方法

如果電力系統(tǒng)中小電流接地系統(tǒng)存在單相接地問題，此時(shí)接地點(diǎn)的前向支路、后向支路等會(huì)出現(xiàn)不同的特征，而且周圍電場和磁場也會(huì)出現(xiàn)變化。技術(shù)人員采用小電流接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，能夠針對正常支路和故障支路的5條配電線支路進(jìn)行故障點(diǎn)探測試驗(yàn)，然后根據(jù)探測結(jié)果，獲得正常支路參數(shù)、故障支路參數(shù)。故障參數(shù)就系統(tǒng)參數(shù)等，隨后針對該類參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，獲得故障穩(wěn)態(tài)條件下，配電系統(tǒng)支路零序容性電流及零序容性功率的特征。如果非故障零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負(fù)。如果故障支路故障點(diǎn)前向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負(fù)，如果故障支路故障點(diǎn)后向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為正。

技術(shù)人員進(jìn)行配電線路的電場和磁場分析，需要不考慮負(fù)載和線路間的互感影響，針對周邊電磁場進(jìn)行仿真接地點(diǎn)探測。電場信號和磁場信號分別進(jìn)入放大器、濾波器和過零比較器等進(jìn)行探測，并匯總至比相器和示波器，可以得出三相電壓和電流三相合成的電場和磁場與零序電壓和零序電流分別產(chǎn)生的電場和磁場，能夠可替代。技術(shù)人員可以利用五次諧波電流電壓的電場和磁場進(jìn)行檢測，即利用空間電磁場探測故障支路和故障點(diǎn)就有可靠性和可行性。

（二）識(shí)別故障支路與故障接地相的方法

在電力系統(tǒng)中如果小電流接地系統(tǒng)存在單相接地故障，則此時(shí)會(huì)出現(xiàn)多故障特征暫態(tài)情況。針對該種情況，技術(shù)人員可以通過建立仿真模型，獲得故障發(fā)生前幾個(gè)周波的暫態(tài)信號波形，繼而可以判斷出支路符合電流出現(xiàn)波形瞬時(shí)畸變，得出故障支路與健全支路的三相電流能量時(shí)譜，從而實(shí)現(xiàn)獲得故障后小波能量接地選線選相判據(jù)，達(dá)到在系統(tǒng)還沒有收到故障較大影響的情況下，判斷出故障支路和故障接地相。另外為了能夠更進(jìn)一步提高小電流接地選線和故障定位的準(zhǔn)確性，可以將小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊識(shí)別和專家系統(tǒng)等人工智能相結(jié)合，將其應(yīng)用到配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測中。

三、綜合故障分析系統(tǒng)的功能

綜合故障分析系統(tǒng)的主要作用是為電力系統(tǒng)工作人員快速提供簡要的故障信息，包含故障的準(zhǔn)確位置、開關(guān)跳閘情況以及保護(hù)動(dòng)作行為等，以確保能夠使工作人員以最高效率做出系統(tǒng)恢復(fù)決策，同時(shí)該能夠提供各個(gè)保護(hù)裝置故障過程的詳細(xì)信息、故障電壓電流變化信息及故障分量對保護(hù)裝置的影響等，具有信息量詳細(xì)且龐大的特征。

綜合故障分析系統(tǒng)主要功能為能夠針對就地站保護(hù)與故障錄波器時(shí)鐘同步，同時(shí)為站內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提高重要數(shù)據(jù)，針對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，確保能夠滿足不同設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，達(dá)到不同工作對象工作需求標(biāo)準(zhǔn)。綜合故障分析系統(tǒng)能夠有效提高測距準(zhǔn)確性，主要是利用雙短故障測距進(jìn)行計(jì)算，且實(shí)現(xiàn)與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)交換，提高數(shù)據(jù)上網(wǎng)靈活性。此外綜合故障分析系統(tǒng)還具有故障系統(tǒng)集中處理功能、故障信息共享功能和故障信息綜合利用能力等。

四、綜合故障分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)與故障檢測方法

（一）網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)與故障檢測方法

繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，為了確保繼電保護(hù)個(gè)主要設(shè)備的保護(hù)裝置的可靠性，可以采用網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)與故障檢測，即實(shí)施微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)對保護(hù)裝置的差動(dòng)和縱聯(lián)串聯(lián)保護(hù)。微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化主要是由主站進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，如提供數(shù)據(jù)通信與處理等支持，同時(shí)還能夠保護(hù)繼電保護(hù)裝置安裝處的電氣量，判斷出故障位置、故障參數(shù)、故障性質(zhì)和故障原因等，繼而快速準(zhǔn)確的切除故障元件，提高電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（二）自適應(yīng)控制繼電保護(hù)與故障檢測方法

采用自適應(yīng)控制保護(hù)系統(tǒng)，主要是針對電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化和故障狀態(tài)變化等進(jìn)行檢測，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)時(shí)變化狀態(tài)自動(dòng)改變保護(hù)性能，確保能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)各種轉(zhuǎn)臺(tái)變化，提高輸電線路距離保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)等電力系統(tǒng)響應(yīng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)的系能，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)與故障檢測方法

采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)與故障檢測，主要是依據(jù)生物神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等，將其應(yīng)用在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，以期提高繼電保護(hù)的作用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等能力，且還能夠?qū)崿F(xiàn)分布式信息存儲(chǔ)和并行處理，同時(shí)還能夠明確判斷出電力系統(tǒng)中發(fā)故障的方向，判斷出故障的類型，同時(shí)檢測出故障的距離，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的保護(hù)。

（四）變電站綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)與故障檢測方法

變電站綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)與故障檢測措施主要是將自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息采集系統(tǒng)和處理、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等多個(gè)技術(shù)綜合在一起進(jìn)行電力系統(tǒng)保護(hù)，包含測量功能、信號功能、保護(hù)功能、控制功能、計(jì)費(fèi)功能、繼電保護(hù)功能、緊急控制功能、故障錄波功能、RTU功能、維修狀態(tài)信息處理功能等，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的綜合化管理。變電站綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠替代工作人員實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化變電站的監(jiān)測，包含監(jiān)視、控制、操作、測量、記錄和統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對故障狀態(tài)的監(jiān)視，針對故障問題及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，且能夠針對故障按照順序進(jìn)行記錄。實(shí)現(xiàn)利用通信網(wǎng)絡(luò)針對變電站整體協(xié)調(diào)問題和功能單一問題等進(jìn)行處理，將其分割成各個(gè)獨(dú)立的裝置，同時(shí)滿足資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享等變電站集成自動(dòng)化。

此外變電站集成自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)㈤g隔繼電保護(hù)的控制、保護(hù)、數(shù)據(jù)處理等全部集成在多功能數(shù)字裝置中，采用光纖總線進(jìn)行連接，以確保滿足間隔內(nèi)部、間隔間、間隔同站級間的網(wǎng)絡(luò)通信，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化。

結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性能夠直接影響人們的正常通電，因此電力企業(yè)需要加強(qiáng)機(jī)電保護(hù)與故障檢測。為了提高繼電保護(hù)與故障檢測質(zhì)量，需要注重應(yīng)用全新的故障檢測方法，并推動(dòng)電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)向自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展，以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒蔭升.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的故障分析及處理措施[A].中國武漢決策信息研究開發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院.“決策論壇——區(qū)域發(fā)展與公共政策研究學(xué)術(shù)研討會(huì)”論文集（下）[C].中國武漢決策信息研究開發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，2016：1.

[2]王悅研.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測新方法研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2014（9）：232.

[3]盧盛平.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].中國電力教育，2013（20）：207-208.