電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)自動(dòng)化的應(yīng)用

冒潤(rùn)宇

（國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300）

0 引 言

當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，用電單位對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，通信技術(shù)、電子科技以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展為繼電保護(hù)自動(dòng)化的發(fā)展注入源源不斷的活力。因此，用電單位必須科學(xué)合理地運(yùn)用繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，高度發(fā)揮其價(jià)值。電力系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否，與電壓變換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)等的運(yùn)行狀況密切相關(guān)。若電力系統(tǒng)發(fā)生短路狀況，則將導(dǎo)致電力系統(tǒng)癱瘓，干擾供電質(zhì)量，甚至引發(fā)安全事故。而繼電保護(hù)系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)行能夠高效自動(dòng)切斷故障線路，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 繼電保護(hù)自動(dòng)化之于電力系統(tǒng)的價(jià)值

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)占據(jù)極其關(guān)鍵的地位。電力系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生故障在所難免，其中短路故障是電力系統(tǒng)各種故障中較難處理也最普遍的故障之一。電力系統(tǒng)無(wú)法確保每一個(gè)區(qū)域都具備符合標(biāo)準(zhǔn)的電壓，從而電壓較低的區(qū)域易出現(xiàn)短路等現(xiàn)象，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定或癱瘓，甚至引發(fā)安全事故，影響該區(qū)域用戶(hù)生活工作狀況。因此，為確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，必須實(shí)時(shí)排除不穩(wěn)定因素和故障，精準(zhǔn)確定并處理安全隱患，保證電力系統(tǒng)的供電安全和穩(wěn)定。現(xiàn)今，自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備愈來(lái)愈多，且功能愈加齊全，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)的繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備能夠優(yōu)化電力系統(tǒng)的性能和優(yōu)勢(shì)，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。繼電保護(hù)自動(dòng)化裝置能夠在確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)反應(yīng)水平和排除系統(tǒng)故障的速度，進(jìn)而針對(duì)性檢修系統(tǒng)故障[1]。

2 繼電保護(hù)自動(dòng)化的特征

2.1 快捷性

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，故障一旦出現(xiàn)，就要求繼電保護(hù)裝置即刻應(yīng)對(duì)，隔離存在問(wèn)題的線路，高效控制事故的干擾范疇，這就是繼電保護(hù)自動(dòng)化的快捷性。在電路故障處理中，自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置能夠迅速修復(fù)故障線路[2]。

2.2 穩(wěn)定性

就普遍狀態(tài)而言，電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)要求繼電保護(hù)裝置隨時(shí)待機(jī)，以便故障發(fā)生后即刻應(yīng)對(duì)。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，若繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤警示行為或產(chǎn)生異常狀態(tài)，則說(shuō)明繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定性極差[3]。因此，在選擇母線和變壓設(shè)備的過(guò)程中，必須選用穩(wěn)定性能強(qiáng)大的自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

2.3 靈敏性

自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)運(yùn)行中極具靈敏性，有效監(jiān)控范疇內(nèi)產(chǎn)生任何故障或異常運(yùn)行狀態(tài)都將即刻傳輸針對(duì)性指令和警示信息[5]。且故障解決過(guò)程中，靈敏度極高的繼電保護(hù)裝置能夠?qū)崟r(shí)反應(yīng)，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，提高故障解決的效率，高效把控供電設(shè)備產(chǎn)生故障的概率。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動(dòng)化的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)信息、保護(hù)、測(cè)量與控制的“四位一體”

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)化，能夠提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的性能和質(zhì)量，以便借助網(wǎng)絡(luò)提取與電力系統(tǒng)故障有關(guān)的各種數(shù)據(jù)和信息，獲得維護(hù)電力系統(tǒng)元件的所有信息和數(shù)據(jù)，將其傳送至網(wǎng)絡(luò)控制端，從而全面監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)的可能故障和實(shí)際狀態(tài)[6]。數(shù)據(jù)信息、保護(hù)、測(cè)量與控制的一體化設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化各個(gè)保護(hù)設(shè)備的保護(hù)性能，充分展現(xiàn)電力系統(tǒng)的各種性能和價(jià)值。計(jì)算機(jī)和繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)時(shí)記錄電力系統(tǒng)的所有的測(cè)量數(shù)據(jù)，如控制參數(shù)、保護(hù)參數(shù)以及其余數(shù)據(jù)信息，從而確保電力系統(tǒng)故障產(chǎn)生后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以將相關(guān)軟件和收錄信息的數(shù)據(jù)作為依據(jù)展開(kāi)科學(xué)分析，精準(zhǔn)確定系統(tǒng)故障所在[7]。繼電保護(hù)工作原理原理如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，能夠確保電力系統(tǒng)發(fā)揮最佳性能和價(jià)值，在運(yùn)行中實(shí)時(shí)記錄有關(guān)信息和數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)信息傳輸至網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)和計(jì)算機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息、保護(hù)、測(cè)量與控制的“四位一體”，推動(dòng)繼電保護(hù)自動(dòng)化的智能化、信息化以及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

圖1 繼電保護(hù)工作原理圖

3.2 變壓器繼電保護(hù)

3.2.1 短路保護(hù)

短路保護(hù)可分為過(guò)電流和阻抗兩種方式。過(guò)電流是指將自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置安裝至電流元件中，電流元件可以以運(yùn)行時(shí)間為參考判斷是否切斷電源；阻抗是指阻抗元件發(fā)揮性能，元件將以運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短確定是否切斷電源，從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)電壓器的目標(biāo)。

3.2.2 瓦斯保護(hù)

若變壓器油箱溫度與其正常溫度差距較大，將造成油氣和絕緣材料的分解，產(chǎn)生具有危害嚴(yán)重的有毒氣體。因此，需要借助瓦斯保護(hù)的辦法驅(qū)動(dòng)保護(hù)設(shè)備，及時(shí)傳輸警示信號(hào)和切斷信號(hào)，以便維修職員實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障所在并迅速處理。

3.2.3 接地保護(hù)

接地保護(hù)要求以變壓器是否接地為依據(jù)選擇適合的處理辦法，在接地狀況下采用零序電流，在未接地的狀態(tài)下采用零序電壓[8]。變壓器接地保護(hù)裝置如圖2所示。

圖2 變壓器接地保護(hù)裝置

3.3 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)密切，因此對(duì)發(fā)電機(jī)展開(kāi)繼電保護(hù)應(yīng)用勢(shì)在必行。發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化繼電保護(hù)主要包含重點(diǎn)保護(hù)和備用保護(hù)兩種方式。

3.3.1 重點(diǎn)保護(hù)

若發(fā)電機(jī)出現(xiàn)短路，故障所在部位的溫度大于標(biāo)準(zhǔn)值，將損壞絕緣層，因此必須在匝間配置自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置，以維持定子匝間的平穩(wěn)運(yùn)行，減少故障的出現(xiàn)[9]。另外，若單相接電流產(chǎn)生誤差，則應(yīng)該安裝自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置以結(jié)合相位和中心點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

3.3.2 備用保護(hù)

過(guò)電壓是備用保護(hù)的主要方式，可以杜絕設(shè)備被擊穿，特別是在負(fù)荷較低的條件下。這一保護(hù)辦法可以杜絕短路故障破壞發(fā)電機(jī)，并在低電荷的條件下自動(dòng)切斷電源，以警報(bào)的辦法將信息傳送至維修職員，以確保故障及時(shí)解決。

3.4 線路接地保護(hù)

對(duì)于零序功率，若接地故障導(dǎo)致功率方向變化，電流較平穩(wěn)，波動(dòng)并不過(guò)度劇烈，則能夠達(dá)到預(yù)測(cè)故障和維護(hù)系統(tǒng)的效果。對(duì)于零序電流，在系統(tǒng)線路故障的狀況下，短時(shí)間內(nèi)將導(dǎo)致零序電流極劇增加，而自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置可以實(shí)時(shí)切斷電源。對(duì)于零序電壓，系統(tǒng)接地故障是產(chǎn)生零序電壓的主要途徑，要求以自動(dòng)化繼電設(shè)備的警示信號(hào)為依據(jù)及時(shí)處理。維修職員應(yīng)仔細(xì)分析電壓表，以顯示數(shù)值為參考，科學(xué)判斷和了解故障特征。普遍狀況下，電壓數(shù)值小于正常標(biāo)準(zhǔn)表明發(fā)生接地故障，需要迅速處理故障。

3.5 電力系統(tǒng)自動(dòng)化

若電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)峻故障，則將導(dǎo)致電力系統(tǒng)安全設(shè)備被破壞，電網(wǎng)安全遭受威脅，此時(shí)自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置將發(fā)揮其性能，有效降低電力系統(tǒng)因故障產(chǎn)生的損害，減小電力系統(tǒng)故障的破壞力。因此，縮小電力系統(tǒng)故障對(duì)供電安全的干擾，如重瓦斯信號(hào)、單相接地以及變壓器溫度過(guò)高等，配置自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置勢(shì)在必行。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置異常所傳輸?shù)木S護(hù)條件信號(hào)和反常運(yùn)行信號(hào)能夠預(yù)警系統(tǒng)故障的發(fā)生，自動(dòng)調(diào)整電氣設(shè)備，減少故障發(fā)生的概率，降低故障對(duì)電力系統(tǒng)的損害。電力系統(tǒng)的優(yōu)化可以有效降低系統(tǒng)故障對(duì)繼電保護(hù)裝置的損耗，提高電力系統(tǒng)工作效率，充分彰顯自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置的輔助價(jià)值[10]。

3.6 強(qiáng)化繼電保護(hù)裝置的可靠性

確保電力系統(tǒng)的高效性是繼電保護(hù)裝置可靠性的彰顯。自動(dòng)化保護(hù)電力系統(tǒng)能夠保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，充分彰顯其可靠性。但若電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大故障，為維護(hù)電力系統(tǒng)，排查系統(tǒng)故障，應(yīng)使用自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中可將設(shè)備的可靠性強(qiáng)弱作為選擇自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置的關(guān)鍵指標(biāo)。另外，提高繼電保護(hù)裝置的可靠性，要求維修職員在日常工作中定期檢測(cè)繼電設(shè)備元件的完整性，定時(shí)維修和更換老化元件。

3.7 創(chuàng)設(shè)智能化的監(jiān)控系統(tǒng)

有效預(yù)防電力系統(tǒng)故障，以現(xiàn)代化技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)智能化監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)重點(diǎn)憑借網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、過(guò)程控制單元、以太網(wǎng)等展開(kāi)數(shù)據(jù)傳輸、通信以及分布性監(jiān)控。同時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行中，生產(chǎn)單位可借助智能化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控相應(yīng)行為，細(xì)致處理有關(guān)數(shù)據(jù)，從而高效監(jiān)控電力系統(tǒng)。在智能化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，布局系統(tǒng)應(yīng)以分層結(jié)構(gòu)為主，以期全面監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的工作實(shí)況。

4 結(jié) 論

繼電保護(hù)自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，能夠保證國(guó)家電力系統(tǒng)的健康、安全及穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)的自動(dòng)化技術(shù)，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相融合，堅(jiān)持優(yōu)化繼電保護(hù)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、保護(hù)、測(cè)量與控制的“四位一體”，推動(dòng)電力系統(tǒng)的全面穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到提升國(guó)民生活質(zhì)量的目的。就電力企業(yè)而言，應(yīng)深度研究繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，不斷擴(kuò)大科研投資，推動(dòng)繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的研究水平和升級(jí)速度，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為國(guó)家發(fā)展提供穩(wěn)定的能源支持。