電力系統中的繼電保護設備及其自動化技術分析

蔡金壽

福建晉江天然氣發電有限公司（福建 泉州 362251）

0 引言

電力系統龐大而復雜，由各種電力設備、電子元件、線路等通過一定的方式連接配置而成，在運行過程中，如果任一環節、任何一個小零件或設備出現問題，都會影響整體的運行狀態，如果沒有得到及時妥善的處理還會引發更大的事故。繼電保護設備是電網運行的關鍵，電氣自動化繼電保護系統就是在完善繼電保護裝置功能的基礎上借用智能化的計算機、監控等技術提高其自動化水平，對電力系統進行全面保護，從而提高故障檢測和維護效率的。如在出現電路問題時第一時間自動斷電，將故障區與安全區隔離，并發出報警，上報分析結果協助維修人員進一步處理，提升電力系統的運維管理成效[1]。

1 電力系統中繼電保護設備及其自動化概述

1.1 繼電保護設備

受各種因素影響，電力系統在運行過程中出現問題的可能性非常大，電網系統中各終端線路的故障很多，常見的有短路、負荷量過大等[2]。繼電保護設備具備故障檢測、問題分析、應急操作處理等功能，可通過主動實時搜索并監測電力系統的運行狀態實現預防性維護，還能及時地解決故障，避免重大用電事故。

1.2 繼電保護的自動化發展

隨著通信、智能等傳感技術的不斷發展，繼電保護系統實現了優化升級。對于電力系統，繼電保護設備需要長期保持可靠的運行狀態，并依靠監控與自動控制功能起到全面的保護作用[3]。繼電保護的自動化改革與發展，使得其具有高度的靈敏性、選擇性、安全性、可靠性，可在監測到電力系統異常時進行自動化控制，極大地縮短電網運維時間，提高故障維修效率。

2 電力系統中繼電保護設備及其自動化技術的應用

2.1 應用方式

（1）接地保護技術。接地故障是電力系統運行時的一種常見故障，而繼電保護設備及其自動化接地保護技術可以根據不同的接地故障采取相應的保護方式。如零序電壓的預警保護，當電力系統運行異常出現零電壓情況時，可能造成大面積斷電，此時繼電保護設備及其自動化技術可在短期內維持電力系統的穩定運行，并快速地對故障區及相鄰區域的電壓進行準確檢測，向維護管控平臺發出安全警告并傳輸故障分析結果，協助維修人員制定搶修方案。此外，還有零序電流保護，當電力系統出現接地故障導致內部電流相位紊亂時，繼電保護設備及其自動化技術可以很好地檢測出零序電流的異常情況，切斷故障電源，起到短路繼電保護作用，使電力系統有序、穩定運行[4]。

（2）差動保護。差動保護通過電流大小和相位關系判斷電路工作狀態，通常作為主設備的主保護常被用于變壓器、發動機、母線等重要電力設備中。一旦這些設備電路出現問題，差動繼電器內將產生沖擊電流，當電流到達保護設定限值時將啟動差動保護，切斷電源。這種保護方式具有很高的靈敏度，選擇性也較好，在進行差動保護設計時電路結構相對比較簡單，但是可以準確判斷故障，且保護啟動過程比較獨立，受其他因素的影響較小，可以在故障擴大嚴重損害線路或設備前就及時處理完畢。

（3）熔斷器保護。在電力系統運行時，如果某處的電流過于集中，當電流持續增大而無法緩解時會產生高溫而熔斷某些線路，燒毀某些電子元件，針對這種情況可實行熔斷器保護。這是一種短路保護體系，當電源端電流不斷增大造成線路發熱時，熔斷器因自身發熱而達到熔斷臨界點會自動切斷電源，與之相關的故障關聯處也能被隨同處理。考慮熔點溫度與保護啟動的時間關系，在實際應用時一定要根據需求適當調整，而且熔斷器是一次性保護組件，需要消除兩項熔斷器同時跌落的隱患，在系統中合理設置三聯熔斷器，確保保護系統的同時形成鎖死機構回收。

2.2 在電力系統中的實際應用

（1）發動機繼電自動保護。發電機故障較為明顯，且作為主要的電力設備對系統整體運行影響重大，會導致電量輸出不穩定、不平衡，是需要重點進行保護的部位，特別是對定子組匝的保護，因此發電機的繼電自動保護裝置一般安裝在定子繞組中，或者在電動機單相接地時根據電流與相位的中心點對發動機進行繼電保護。實際應用時繼電保護設備及其自動化技術能夠對發電機進行遠程、動態化實時監測，當發現發電機在長期運行下出現溫度異常變化時可以進行故障分析和排查，確認發電機確實發生短路問題時會立即自動跳閘，避免因短路使發動機溫度持續升高而破壞絕緣層或整個發電機系統，從而起到保護作用。

（2）變壓器繼電自動保護。一是變壓器接地保護。繼電保護設備及其自動化技術可以監控短路故障，通過對變壓器兩側的電流、電壓的監測來進行零序電壓接地保護。二是主動監測變壓器運行過程中油箱中的油和絕緣材質分解產生的氣體，并對氣體成分、氣味等進行分析，從而判斷變壓器油箱是否出現問題，在確認故障后自動切斷線路進行繼電保護。三是變壓器線路短路保護，借助阻抗元件的保護功能進行自動斷電保護，或借助變壓器兩端時間元件和電源電流保護裝置延長變壓器正常運行時間，并自動斷電，防止短路時電流過高。

3 電力系統中繼電保護設備及其自動化技術的不利影響因素

3.1 環境因素

繼電保護設備和自動化裝置可能是在某些電力設備內部，也可能是在某些線路端，無論哪種安裝方式，都會受溫度、濕度、時間等因素的影響而出現性能退化的問題。特別是一些系統插板以及電源插頭由于使用頻繁，與外界環境接觸較多，會出現接觸不良而導致繼電保護系統無法充分發揮作用。

3.2 整定值因素

繼電保護設備及其自動化技術都有相應的參數設定，如果在安裝繼電保護和自動化裝置的過程中沒有經過科學合理的設計，如熔斷保護的溫度考慮不周，使得故障出現時在一定時間內無法熔斷，類似這種不合理的設計都會影響電力系統繼電保護以及自動化裝置的可靠性和靈敏性。

3.3 操作因素

雖然繼電保護設備及其自動化系統智能化和自動化水平較高，但也離不開人為管控。故障維修和設備及系統升級維護仍然需要一定的人工操作，如果維修和管理人員專業水平不達標，出現不規范的操作行為，將導致保護系統無法發揮作用。

3.4 質量因素

繼電保護設備和自動化裝置涉及很多的材料和細小元件，如果在采購時質量把控不嚴，沒有經受規范、嚴格的檢測以及運作測試，或者在存放、安裝環節質量受損而沒有及時更換，導致殘次產品混入，會使得繼電保護裝置內元件差異明顯，在正式運行時無法達到自動化繼電保護要求，因自身質量問題產生故障，進而對電力系統造成不利影響。

4 對電力系統中繼電保護設備及其自動化技術的有效建議

4.1 加強對繼電設備保護及其自動化裝置的管理

電力系統繼電保護及其自動化技術開展時的軟硬件設備需要進行維護管理才能保證在長期的運行過程中始終發揮作用，因此必須加快完善繼電保護管理制度，對繼電保護設備定期進行維護保養，同時做好軟件升級更新工作。例如，記錄繼電保護自動化裝置的初始狀態，為系統管理工作提供支持，從而方便在運行過程中進行數據對比，當參數出現變化時可以及時發現，并分析故障進行處理，排除自動化裝置運行中存在的問題。此外，要做到硬件冗余，提高繼電保護與自動化裝置的容錯性，可結合繼電保護自動化系統的可靠度來合理設計，確保可以在模糊故障或故障誤報而電力系統依然能正常運行時不會貿然啟動自動保護裝置。既要對電力系統的各設備、線路進行安全檢查，也要采用標準化管理的方式管控好繼電保護操作環節，加強日常運行中的監測，對繼電保護自動化控制系統進行分析總結，為后續指導操作行為提供可靠支持，切實發揮并提升繼電保護裝置的自動化優勢。

4.2 加強對繼電設備保護及其自動化裝置的研究投入

首先，正確認識和理解繼電保護設備及其自動化技術，意識到其對電力系統的重要性。其次，加大對繼電保護的投入，開發新設備和技術，培養專業性的人才，提高維護管理人員的專業素質與業務能力。再次，對繼電保護裝置進行合理的配置和改造，如及時更換老舊或低級的繼電保護裝置元件等輔助零構件，選擇使用安全性能高的材料保護線路以及母線，從而提升繼電保護設備質量。最后，加強技術調整，在改良好電力系統的自動化裝置后對相關設備和配置進行系統性優化，合理運用一些現代化技術，借助大數據、計算機等技術建立設備性能和運行等的相關數據庫，在控制自動化總線與校正數據庫的相互作用下提高相關設備的反應速度，提高繼電保護裝置的可靠性，進而最大限度保證電力系統設備的有效運行。

5 結束語

電力系統主要是由高壓輸電線、發電廠等組成的，在社會生活和生產中的作用十分明顯。隨著電力系統規模的擴大和現代科學技術的進步，繼電保護逐漸朝著自動化方向發展，繼電保護設備及自動化技術的應用可為電力系統的正常運行提供保障，確保電力系統的任何一環節出現問題時都能發揮故障排查和保護作用，保障系統運行的安全性及整體供電質量。