電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

文/朱立華

電力系統(tǒng)必須根據(jù)電力需求不斷進(jìn)行調(diào)整，否則就會(huì)因故障而引發(fā)安全事故，給企業(yè)造成不可估量的損失，這一問題的解決必須通過繼電保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置能夠及時(shí)對(duì)系統(tǒng)故障做出反應(yīng)，并以警報(bào)的方式通知維護(hù)人員，促使故障能夠在短時(shí)間內(nèi)得到處理。

1 繼電保護(hù)裝置

1.1 運(yùn)行特點(diǎn)

繼電保護(hù)裝置能夠在電力系統(tǒng)故障時(shí)及時(shí)傳遞信號(hào)，并控制其他設(shè)備，將故障的影響局限在一定范圍內(nèi)，并且還能切除故障。此外，繼電裝置在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)問題，主要包括兩種形式。

（1）拒動(dòng)故障，即未能在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)發(fā)出信號(hào)并切斷故障。

（2）誤動(dòng)故障，主要指保護(hù)裝置出現(xiàn)信號(hào)或動(dòng)作報(bào)錯(cuò)的現(xiàn)象。

這主要指的是傳統(tǒng)的保護(hù)裝置，當(dāng)前所研究出的繼電裝置具有自動(dòng)化特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的全面監(jiān)測，獲取最具時(shí)效性的信息，掌握各類設(shè)備在運(yùn)行過程中的參數(shù)，并且能夠遠(yuǎn)程監(jiān)督與控制設(shè)備。

1.2 基本要求

為了確保電力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，繼電裝置必須符合以下幾個(gè)方面的要求：

1.2.1 選擇性

即在系統(tǒng)異常時(shí)必須準(zhǔn)確判斷故障位置并選擇性切除，以免影響其他部位。

1.2.2 靈敏性

即明確自身所涵蓋的保護(hù)范圍，僅反應(yīng)自身所負(fù)責(zé)的區(qū)域，確保能夠及時(shí)動(dòng)作。

1.2.3 速動(dòng)性

即必須立即對(duì)故障做出反應(yīng)并加以切除，以免故障因得不到處理而演變?yōu)楦蟮膯栴}，影響系統(tǒng)其他部分。

1.2.4 可靠性

其是最為基本的一項(xiàng)要求，否則保護(hù)裝置就難以對(duì)系統(tǒng)故障做出反應(yīng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致故障的影響范圍持續(xù)擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，在這種狀況下必然會(huì)造成不可估量的損失。

2 繼電保護(hù)策略

繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀(jì)60年代，隨后在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下保護(hù)功能越發(fā)完善。而自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)則始于上世紀(jì)90年代，主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：

2.1 微機(jī)

運(yùn)算及邏輯處理能力極強(qiáng)，可時(shí)刻監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，精準(zhǔn)檢測各項(xiàng)參數(shù)。

2.2 客戶機(jī)

安裝于變電站，可保護(hù)錄波器接口，獲取最具時(shí)效性的信息；檢測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，將故障生成報(bào)告，并且可接收事故報(bào)告；可監(jiān)測技術(shù)人員的工作狀態(tài)，及時(shí)上傳各類異常信息。

2.3 網(wǎng)絡(luò)及調(diào)度支持

繼電保護(hù)需要網(wǎng)絡(luò)連接和調(diào)度的支持，這樣才能實(shí)現(xiàn)資源共享，確保系統(tǒng)不被故障所影響。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 線路接地保護(hù)

系統(tǒng)線路極其復(fù)雜，接地方式差異較大。主要可分為大電流與小電流兩種不同的類型。針對(duì)前種接地方式，處理故障的方式是切斷電源，后者則是根據(jù)繼電裝置所發(fā)出的警報(bào)信號(hào)加以判斷，在系統(tǒng)能夠運(yùn)行的有限時(shí)間內(nèi)盡快進(jìn)行處理。當(dāng)電流接地系統(tǒng)單相接地時(shí)可將線路看作A相接地，接地點(diǎn)流經(jīng)B、C相電容及零序電流，相關(guān)人員在分析后A相處于無壓狀態(tài)，故障電流壓降為UR0，根據(jù)B相電壓可得出此種狀態(tài)下的小電阻電壓極小，可直接忽略。三相電壓的線電壓值呈對(duì)稱狀態(tài)，大于相電壓值，約為后者的倍。在具體計(jì)算的過程中可選擇對(duì)稱分量法，并且可推斷各相電流方向相同。因此在故障時(shí)A相接地，進(jìn)而使得線路和接地兩種類型的故障同步跳閘。

應(yīng)結(jié)合接地故障的類型選擇相適應(yīng)的保護(hù)措施，主要包括以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：

（1）零序功率，接地故障發(fā)生時(shí)功率方向會(huì)產(chǎn)生變化，電流較為平穩(wěn)，波動(dòng)不會(huì)過于劇烈，這樣不僅能預(yù)測故障，并且可保護(hù)系統(tǒng)。

（2）零序電流，其在系統(tǒng)線路故障時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇增加，這時(shí)繼電保護(hù)能夠及時(shí)切斷電源。

（3）零序電壓，其主要產(chǎn)生于系統(tǒng)接地故障發(fā)生的過程中，需要根據(jù)繼電裝置的警報(bào)信號(hào)加以處理。

維護(hù)人員必須詳細(xì)觀察電壓表，根據(jù)顯示數(shù)值加以判斷，了解故障特點(diǎn)。通常情況下，電壓數(shù)值低于正常值時(shí)表示發(fā)生了接地故障，應(yīng)盡快加以處理。

3.2 變壓器繼電保護(hù)

變壓器的保護(hù)主要包括以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：

3.2.1 短路保護(hù)

其又可分為阻抗與過電流兩種不同的形式，前者主要是阻抗元件在發(fā)揮作用。元件會(huì)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長短決定是否需要切斷電源，這樣就能夠達(dá)到保護(hù)電壓器的目的。后者主要指的是在電流元件中安裝繼電裝置，電流元件會(huì)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間決定是否需要切斷電源。

3.2.2 瓦斯保護(hù)

如果變壓器油箱的溫度與正常狀態(tài)偏差較大，則會(huì)導(dǎo)致絕緣材料和油氣分解，此時(shí)便會(huì)產(chǎn)生具有毒性且危害較為嚴(yán)重的氣體，因此需要通過瓦斯保護(hù)的方式啟動(dòng)保護(hù)裝置，及時(shí)切斷電源并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，促使維護(hù)人員能夠盡快發(fā)現(xiàn)故障并加以處理。

3.2.3 接地保護(hù)

需要根據(jù)變壓器是否接地進(jìn)行針對(duì)性處理，在未接地的狀況下選擇零序電壓，接地時(shí)則應(yīng)選擇零序電流。

3.3 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量密切相關(guān)，因此對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行繼電保護(hù)是十分必要的，具體來說，該設(shè)備的繼電保護(hù)主要包括兩項(xiàng)要點(diǎn)：

3.3.1 重點(diǎn)保護(hù)

當(dāng)發(fā)電機(jī)短路時(shí)故障部位的溫度會(huì)高于正常值，導(dǎo)致絕緣層被損壞，因此需要在匝間安裝繼電裝置，確保定子匝間能夠始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，降低故障發(fā)生的概率。此外，如果單相接地電流出現(xiàn)偏差，則需要通過繼電裝置結(jié)合中心點(diǎn)與相位，達(dá)到縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的目的。

3.3.2 備用保護(hù)

主要保護(hù)形式為過電壓，其能夠避免設(shè)備被擊穿，尤其是負(fù)荷較低時(shí)。此種保護(hù)方式能夠避免短路故障損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，并且可在低負(fù)荷狀態(tài)下自動(dòng)切斷電源，通過警報(bào)的形式反饋給維護(hù)人員，促使人員能夠及時(shí)處理故障。

3.4 母線繼電保護(hù)

母線保護(hù)分為兩種不同的類型。

（1）相位對(duì)比保護(hù)，此種方式能夠使母線更加可靠。

（2）差動(dòng)保護(hù)，操作方式是在母線元件上設(shè)置互感器，連接端子與繞組后可安裝繼電裝置，安裝位置為母線差動(dòng)部分。

針對(duì)大電流與小電流兩種不同的接地方式，在連接過程中分別采取的是三相與兩相的方式。

某變電所操作人員恢復(fù)運(yùn)行試驗(yàn)后的220kV互感器，在具體操作的過程中首先合上了一次隔離開關(guān)，但在合總開關(guān)時(shí)直接跳開，使得正在處于運(yùn)行狀態(tài)的220kV保護(hù)沒有了電壓，檢查后發(fā)現(xiàn)僅有220kV付母有電壓，而母線開關(guān)及二次回路則處于斷開及未聯(lián)絡(luò)狀態(tài)，但相關(guān)人員用萬用表測量后的結(jié)果顯示正母A相存在電壓，并且與付母A相完全一致，因此可推測正付母A相電壓被切換接點(diǎn)聯(lián)絡(luò)，經(jīng)確認(rèn)后確定切斷接點(diǎn)接通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了正付母電壓的聯(lián)絡(luò)，導(dǎo)致付母向正母一側(cè)反充電，這是總開關(guān)跳開的直接原因，之后在更換切換插件后回歸正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)語

總而言之，目前社會(huì)各界對(duì)電能需求量較高，導(dǎo)致電力企業(yè)的規(guī)模在持續(xù)擴(kuò)大，并且市場中電力企業(yè)的數(shù)量也在持續(xù)增加，而在這種狀況下企業(yè)的管理難度也相對(duì)提高，因此需要合理應(yīng)用繼電自動(dòng)化技術(shù)，掌握該項(xiàng)技術(shù)的原理及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，促使各類故障能夠在短時(shí)間內(nèi)得到處理。