電力系統繼電保護技術若干問題的研究

方振

摘 要：地鐵電力系統的結構比較復雜，并且對電力系統的安全和穩定運行要求較高。繼電保護技術能夠對電力系統運行時發生的故障和異常工況進行檢測，并利用信息系統及時發出警報，或是自動將故障區域進行隔離，從而消除故障對電力系統運行安全的影響。但是在繼電保護技術應用過程中，也常常會出現一些問題，例如電流互感飽和、產生諧波等，影響了電力系統的安全運行。因此探究電力系統繼電保護的技術優化手段成為當前維護地鐵電力系統穩定運行的重要措施。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；存在問題；優化措施

引言：繼電保護裝置為了完成故障切斷和電力系統保護任務，要求必須同時兼具選擇性、靈活性、速動性等特點，這就對繼電保護技術提出了嚴格的要求。尤其是對于一些結構多樣、線路復雜的電力系統來說，繼電保護裝置常常會出現誤動作或不響應等問題，嚴重影響了電力系統的安全性。文章以地鐵電力系統為例，首先對當前繼電保護技術應用中存在的一些問題進行了概述，隨后結合實際工作經驗，提出了幾點針對性的改進措施，并對未來繼電保護技術發展趨勢進行了展望。

一、電力系統繼電保護技術應用中的問題

1、電流互感飽和

我國電力系統中配電系統的終端設備負荷受到用戶用電習慣改變影響而不斷增容，如果在這種情況下整個電力系統在運行中發生短路，短路造成的過大電壓會在靠近終端設備區時產生電流互感飽和，即靠近終端設備區的電流甚至會達到電流互感器單次額定電流的百倍以上。為此，就繼電保護技術在電力系統中的應用來說，一旦出現電流互感飽和則勢必會影響到整體電力系統的正常運行，因此通過技術手段解決電流互感飽和問題也成為當前電力系統管理需要面對的重要任務。

2、諧波

電力系統的沖擊性負荷、非線性負荷隨著用電量的增加而大幅度提升，導致整個電力系統在運行過程中受諧波問題的影響開始不斷增強，甚至在一定程度上影響了繼電保護裝置的正常動作。相關研究結果顯示，在諧波長時間影響下會造成電纜壽命平均降低 60%左右，而且諧波的分量還會造成電流過零時的 DI/DT 的值變大，從而影響到電力系統中繼電保護系統運行效能的發揮。我國電力系統中的高耗能用戶都安裝了并聯電容器，并聯電容器在特定條件下容易放大整個電力系統中的諧波，電力系統中電壓的上升會導致變壓器軟芯飽和、勵磁電流諧波增加，進而造成整個電力系統中的諧波電壓水平上升。

二、電力系統繼電保護問題的解決對策

針對現階段電力系統繼電保護技術應用存在的一些問題，一方面要求技術人員不斷提高業務能力，強化責任意識，另一方面又要積極引進新設備、新技術，從而為解決繼電保護問題提供必要的支持。

1、利用信息技術優化繼電保護

在“互聯網+”時代，計算機網絡技術已經深入到各個行業領域，并發揮了顯著的應用效果。近年來，繼電保護技術中也融合了信息技術，尤其是在實現電力系統繼電保護自動化控制方面，發揮了不可或缺的作用。同時，信息技術的更新換代速度快，許多設備、技術往往在短短數月內就實現了迭代，這就要求管理部門必須樹立發展眼光，不斷進行信息技術優化，實現硬件設備和軟件系統的定期更新，從而發揮信息技術在繼電保護中的應用效果。例如，利用信息技術實現了繼電保護的遠程監控，管理人員不需要逐個對機電保護設備進行檢查，而是在遠程計算機上就可以一目了然的掌握電力系統運行情況。

2、采用新型的互感設備

互感器是電力系統繼電保護技術中最前端的設備之一，在整個電力系統中，互感器可以將前端運行信息及時發送到控制中心，以便于管理人員通過計算機了解繼電保護設備的運行情況。因此，互感器的信息傳輸速率和信息精確度就顯得十分必要。現階段繼電保護技術中常用的新型互感器主要有兩種，其一是OTV（光學電壓互感器），其二是OTA（光學電流互感器）。現階段，部分發達國家由于技術上有領先優勢，因此這兩種新型互感器已經廣泛應用，而近年來國內也開始在一些高端領域嘗試推廣，例如地鐵、機場等電力系統。

3、繼電保護自適應控制系統的應用

自適應控制保護早在20世紀80年代就已經應用到電力系統中，但是受硬件設備的限制，繼電保護的自適應性能較差。進入21世紀后，信息技術、傳感器技術蓬勃發展，為繼電保護自適應控制提供了新的發展方向。現階段的自適應控制系統已經可以很好的實現對電力系統運行中各種突發狀況的感知、保護，在降低無效動作、提高故障判斷準確率等方面具有突出應用優勢。例如，當同一電力系統中兩個或兩個以上位置同時發生故障，自適應控制系統可以自行判斷故障嚴重等級，然后有限選擇對電力系統安全運行危害較大的故障進行處理。

三、電力系統繼電保護的發展趨勢

1、網絡化

地鐵電力系統結構復雜，管理人員要想實現統一管理和統一調配，就需要通過網絡掌握各個部門的運行信息，跟蹤電力系統運行狀況，最大限度的杜絕電力系統運行安全隱患，減少事故發生概率。例如，地鐵部門可以將所有與主站串聯在一起的保護裝置進行統一的管理，構建起以主站為中心的網絡管理系統，這樣一方面能夠方便管理人員從主站發出控制指令，實現對各保護裝置的集中式管理，保證了整個地鐵電力系統繼電保護裝置的協調運行；另一方面，即便是發生了故障問題，也能夠通過網絡化管理系統快速鎖定故障，提升了電力系統的穩定性。

2、微機化

電子信息技術的發展，使得具有各類控制功能的微機在電力系統運行中發揮了重要作用，早期的電力系統控制終端以小型計算機為主，隨著信息技術的成熟，控制設備逐漸從小型計算機向微型控制器轉變，現階段常用的PLC、單片機等，都可以實現電力系統的繼電保護。這類微機不僅成本降低，體積變小，而且能夠根據實際的控制和保護需要，人為的燒錄程序，保證了控制功能的多樣化。除此之外，近年來國內許多微機研發機構還借鑒了國外一些先進技術，推出了一些能夠適用于變電所、發電廠以及各用電機構的微機綜合保護裝置，可以實現對電力系統的保護、計量和控制等多種功能，大大提高了電力系統繼電保護的性能。

3、智能化

近年來，電力系統中神經網絡、遺傳算法等人工智能技術得到了廣泛應用，為實現繼電保護的智能化提供了必要的技術支持。不同的人工智能技術在具體的控制模式和實現功能上也有一定差異，例如神經網絡可以根據數據庫中存儲的信息，在遇到相同的電路故障時，自動搜索數據庫中的相關信息并生成解決方案，實現了電力系統繼電保護的自檢和故障報警，而不需要技術人員花費時間和精力進行故障查找。而基于遺傳算法的專家系統，也能夠通過大量樣本的訓練，模擬出繼電保護設備的運行工況，這樣就方便了設備管理人員隨時掌握繼電保護設備的運行情況，并根據電力系統運行要求進行調節，保證供電的穩定性。

結語：現階段電力系統繼電保護技術發展雖然取得了顯著成績，但是在實際應用過程中仍然存在一些問題，相關部門除了要加強技術管理、做好日常監管外，還要嘗試應用新技術，通過不斷的進行技術改革和設備升級，為繼電保護提供必要的支持，從而切實保障電力系統的穩定和安全運行。

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