淺談繼電保護在電力系統中的重要性

江學東

摘 要： 在電力系統中繼電保護裝置是不可缺少的重要組成部份，是現代智能電網保護的一道重要防線，在保障電力系統安全、穩定運行中發揮重要作用。本文從繼電保護的概念及工作原理出發，系統探討在電力系統中繼電保護的作用及任務，并明確繼電保護的要求。

關鍵詞： 電力系統；繼電保護；作用；任務

近年來，伴隨電力電網的快速發展，大容量機組、超高壓輸變電系統不斷投運，這對繼電保護提出了更高要求[1]。繼電保護在電力系統中有著重要地位，視為電力系統最為關鍵的安全屏障，但也是電力系統事故擴大的主要因素，所以必須明確繼電保護的重要性，落實好繼電保護工作，保證電力系統安全運行。

1.繼電保護的概念及工作原理

1.1概念

所謂繼電保護，就是可及時反應電氣設備的故障或異常運行狀態，并對斷路器進行跳閘動作或發出相應信號的技術裝置。其主要在于短路識別和判斷故障[2]。通過短路故障引起的工頻電氣量變化，比如：電流變大、電壓減小、阻抗變化等，就能形成不同原理的繼電保護。

1.2工作原理

在電力系統中，有著不同類型的繼電保護，所以在工作原理上也有所差異，具體包括這幾方面：

（1）電流保護，在電力系統出現故障時通常會引起電流增大，此時保護裝置就會基于電流參數變化判斷電氣設備的運行狀態，超出既定參數值就會作出保護動作，比如：相電流保護、零序電流保護。

（2）電壓保護，倘若電力系統出現故障時電壓會降低，保護裝置會作出保護動作。此外，在電力系統電壓增高處在異常運行狀態時，會作出過電壓保護。

（3）距離保護，除了電流大小之外，還需要結合母線電壓變化綜合分析和判斷，通常將用來反應故障點至保護裝置部位的電氣保護稱為距離保護，也叫作低阻抗保護。在電力系統正常工作時，電壓和電流比就是負荷阻抗，通常較大，但在出現故障時，保護裝置會判斷電壓電流比值是故障點至保護裝置處的阻抗，會小于負荷阻抗。

（4）功率向保護，就是通過電壓、電流之間的相位關系來對電力系統的故障及方向進行識別和判斷。在正常工作時測得的電壓和電流之間的相位角就是負荷阻抗角，通常是20°～30°，但在出現故障時測得的阻抗角在60°～70°[3]。通常規定流過保護電流正向為母線流向線路，如果出現故障，那么流過保護的電流會滯后電壓，并形成線路阻抗角φ，那么可判定是正向故障，如果流過保護電流滯后于電壓角度為180°+φ，那么判斷是反方向故障。

2.繼電保護的重要性分析

2.1在電力系統中的作用

在電力系統的電氣設備（變壓器、輸電線等）或系統存在故障時，繼保裝置須能依照既定參數和要求把故障設備或有關線路自電力系統中妥善阻斷并切除，同時要確保保護裝置在切除動時的自動性、迅捷性，以免故障擴大，保證未出現故障的電氣設備、線路能夠繼續正常運行，同時避免故障設備進一步受損。此外，在電力系統有關電氣設備和線路處于異常運行狀態時，繼保裝置須依照系統運行的基本維護條件，能及時、準確作出反應動作，且及時向有關技術人員發出報警信號。此時通常不需要繼保裝置當即作出動作，而是需要根據對電力系統及電氣設備的損害性實現延時動作，以免不必要的動作和干擾引起繼保裝置誤動作。

2.2繼電保護的任務

一是在電力系統處于異常運行時的任務。在電力系統正常運行時受到破壞但尚未成為故障時，通常能夠再繼續運行一定時間但不需當即跳閘的狀態叫作異常運行。最為常見的就是過負荷、單相接地、發電機甩負荷引起過電壓等[4]。如果電力系統運行異常，那么會對輸送的電能質量產生很大影響，倘若較長時間處在過負荷運行狀態會導致電氣設備過熱，使絕緣老化加快，輕則縮短設備使用壽命，重則致絕緣擊穿引起短路，損壞電氣設備，都對電氣設備的運行造成不良影響。在此種狀態下，需要繼保裝置能夠自動、及時、選擇地作出動作，并發信號，讓現場技術人員及時發現并有效處理。

二是電力系統發生故障時的任務。電力系統運行中常見的故障就是各種原因引起的短路，通常短路由分為多種類型，包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、變壓器繞組匝間短路等。一般把三相和兩相短路叫作相間短路，而兩相接地、單相接地的短路叫作接地短路，其中，三相短路是最為危險的，常見的就是單相接地短路[5]。在電氣設備或線路出現短路時，會從電源往故障點輸送比正常工作時更大的短路電流，這對電力系統會帶來極大損害，具體包括：（1）故障點電弧燒壞故障設備；（2）短路電流熱效應損害故障回路設備，減短運行壽命；（3）電力系統電壓損失提升，導致設備運行電壓降低，距離故障點越近，受到的損壞越大，會損害到設備運行條件；（4）損害到電力系統的穩定性和可靠性，如故障較為嚴重可能會導致整個系統振蕩，造成大范圍區域停電，影響到正常的社會生產生活。

3.電力系統中繼電保護的基本要求

為確保繼電保護在電力系統及時發揮作用，在電氣系統相關設備、線路發生故障時，繼保裝置需要能自動、快速、靈敏、有選擇地作出保護動作，把故障設備自電力系統中準確、及時地切除，避免故障設備進一步受到破壞，確保系統其它正常設備、線路可繼續穩定運行。具體而言，繼保裝置應滿足以下要求。

（1）選擇性。在電力系統出現故障時，需要對繼保裝置的動作進行選擇。先從故障設備、線路自電力系統中予以切除，僅僅在其保護或者斷路器拒絕動作時，才準作出其他保護或裝置將故障切除。換言之，繼保裝置動作必須單單切除已出現故障的設備或線路，或者盡量讓故障影響控制在最小。

（2）速動性。所謂速動性，就是繼保裝置應在盡量短的時間內切除故障，通常保護動作時間在0.05～0.12s；斷路器的動作在0.5～0.15s。對于該項要求，應注意這兩個方面：一是切除故障時間就是繼保裝置的動作時間與斷路器跳閘時間的和。所以，必須盡量減短故障切除時間，這就要求保護動作迅速，且配套的斷路器跳閘時間也盡量最短；二是保護速動性是相對的，電壓等級不同的電力系統在要求上是有差異的。比如：相同的保護動作時間是0.5s，對于110kV等級電網而言是迅速的，但對于220kV等級電網則并非迅速的。

（3）靈敏性。繼保裝置對其保護對象及保護范圍內可能出現的故障，應有敏捷的反應。繼保裝置的靈敏性和選擇性兩個要求是密切相關的，如果電力系統出現故障，那么故障設備保護須先能作出靈敏反應，才可有選擇性、針對性地切除故障，基于此可選擇切除系統故障的保護，須具備靈敏性。

（4）可靠性。繼保裝置誤動或者拒動是造成電力事故的一個主要因素，所以，該裝置必須在良好、穩定的工作環境下，不會出現誤動或者拒動等情況，但在作出動作時必須是可靠的。

4.結語

總而言之，在社會經濟快速發展對電力需求不斷提升的今天，應充分認識并重視繼電保護在電力系統的中的作用，明確其基本任務，也就是繼保裝置在保證電力系統穩定、安全運行，保證電能質量、預防事故發生。同時，還應明確繼電保護的基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性及可靠性，這四者是相互作用、相互影響的，需根據實際情況進行協調，保障電力系統安全。■

參考文獻

[1]王春玲，石英梅.淺談繼電保護在電力系統的重要性[J].黑龍江科技信息，2008，07：44.

[2]梁陽陽.繼電保護在電力系統中的可靠性及風險分析[J].科技與企業，2016，01：239-240.

[3]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2010，1：255-256.

[4]周晟.繼電保護技術在電力系統中的應用現狀探討[J].電子技術與軟件工程，2015，12：244.