變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)分析

林偉耀

摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，變電站的繼電保護(hù)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。在變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅可實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)運(yùn)維操作的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，同時(shí)也有效保障了變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到了良好的資源節(jié)約效果。基于此，本文就對(duì)變電站繼電保護(hù)中的自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，以此來(lái)為變電站的科學(xué)運(yùn)維及其良好發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站;繼電保護(hù)裝置;自動(dòng)化系統(tǒng);技術(shù)應(yīng)用

前言：

在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，人們生產(chǎn)生活中的電力需求也在不斷提升。在這樣的情況下，電力供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性尤為重要。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要將繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)合理應(yīng)用到變電站中，以此來(lái)

確保繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用效果，讓整個(gè)電力系統(tǒng)得以良好運(yùn)行。

一、變電站繼電保護(hù)設(shè)備概述

在變電站中，繼電保護(hù)裝置屬于一個(gè)核心部分，它會(huì)對(duì)整體電力系統(tǒng)提供保護(hù)，是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。具體應(yīng)用中，繼電保護(hù)設(shè)備的主要特征包括以下幾個(gè)方面：第一是快速性，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，繼電保護(hù)設(shè)備可以將故障線路和設(shè)備快速切斷，防止電火花或電弧高溫所導(dǎo)致的線路與設(shè)備損壞情況，將系統(tǒng)損失降到最低;第二是靈敏性，對(duì)于保護(hù)范圍中的所有故障和異常，繼電保護(hù)裝置都能夠做出靈敏的反應(yīng)，進(jìn)而為故障的快速處理提供足夠便利;第三是可靠性，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作反應(yīng)僅僅是將故障線路和設(shè)備從整體電力系統(tǒng)中切除，并不會(huì)對(duì)其他設(shè)備設(shè)施造成損壞[1]。在變電站運(yùn)行過(guò)程中，只有讓繼電保護(hù)設(shè)備的這些特征得以有效保障，才可以使其一直處在良好的運(yùn)行狀態(tài)中，為整體電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。下圖是變電站中的繼電保護(hù)設(shè)備展開(kāi)圖：

圖1-變電站中的繼電保護(hù)設(shè)備展開(kāi)圖

二、變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)概述

（一）基本任務(wù)

就目前變電站中的繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)看，其基本任務(wù)包括以下幾個(gè)方面：第一是借助于自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)的斷路器進(jìn)行快速的自動(dòng)化控制，在變電站具體運(yùn)行中，如果出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況將電閘及時(shí)切斷，以此來(lái)確保線路與元件的安全性，防止因故障導(dǎo)致的線路或設(shè)備損壞;第二是跳閘操作的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在變電站運(yùn)維條件出現(xiàn)變化時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)立即自動(dòng)跳閘，并自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便技術(shù)人員及

時(shí)進(jìn)行維修[2]。通過(guò)這樣的方式，不僅可以將電力系統(tǒng)故障所造成的不良影響降到最低，同時(shí)也可以進(jìn)一步提升電力檢修效率，確保電力供應(yīng)效果。

（二）主要作用

眾所周知，在變電站的運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，不僅會(huì)影響到正常的電力供應(yīng)，同時(shí)也會(huì)因過(guò)大的短路電流等對(duì)電氣設(shè)備造成損壞，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)癱瘓，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成非常大的不利影響。而繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的合理應(yīng)用便可讓這些問(wèn)題得以有效解決，其主要的作用是根據(jù)實(shí)際情況作出自動(dòng)化的故障切斷處理，以此來(lái)達(dá)到及時(shí)止損的目的，盡最大限度降低電力系統(tǒng)故障對(duì)變電站設(shè)備的不良影響，確保整體變電站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）保護(hù)分類(lèi)

在變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，被保護(hù)對(duì)象所具有的性質(zhì)會(huì)對(duì)其繼電保護(hù)分類(lèi)起到?jīng)Q定性作用。就目前來(lái)看，其保護(hù)分類(lèi)主要有以下的三種形式：第一是對(duì)變電站中的發(fā)電機(jī)進(jìn)行繼電保護(hù)，主要包括外部短路保護(hù)、定子繞組相間接地短路保護(hù)以及過(guò)電壓保護(hù)等;第二是對(duì)變電站中的輸配電線路進(jìn)行繼電保護(hù)，主要包括線路的相間短路保護(hù)和超負(fù)載保護(hù)等;第三是對(duì)變電站中的變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)，主要包括繞組短路的自動(dòng)化處理、油面降低故障保護(hù)以及變壓器過(guò)溫故障保護(hù)等。

三、變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用分析

（一）繼電保護(hù)技術(shù)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展中，電力系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展以及更新步伐也在逐漸加快，越來(lái)越多的新型技術(shù)設(shè)備開(kāi)始被應(yīng)用到了變電站中。在這樣的情況下，變電站中的繼電保護(hù)技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，繼電保護(hù)裝置也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的更新。就目前來(lái)看，應(yīng)用在變電站中的繼電保護(hù)設(shè)備已經(jīng)由原來(lái)的單一元件形式繼電保護(hù)器發(fā)展成了復(fù)雜性高、綜合性強(qiáng)的現(xiàn)代化專(zhuān)用電氣設(shè)備，尤其是隨著機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，更是顯著提升了其故障處理效果，讓傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置故障處理過(guò)程中的諸多弊端得以良好改善[3]。在對(duì)變電站電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行檢查的過(guò)程中，可借助于繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器來(lái)進(jìn)行線路與設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的故障和異常，并根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)將故障段從整體電力系統(tǒng)中切除，然后根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)進(jìn)行故障診斷和處理。通過(guò)這樣的方式，便可讓電力系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的損失得以顯著降低。在當(dāng)今，隨著繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其作用范圍也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的拓展，在監(jiān)測(cè)、保護(hù)和通信等技術(shù)方面都實(shí)現(xiàn)了一體化發(fā)展，且具有非常光明的發(fā)展前景。

（二）自動(dòng)化技術(shù)

作為科技時(shí)代中的一個(gè)重要產(chǎn)物，自動(dòng)化技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用，并為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供了全新的動(dòng)力。自動(dòng)化技術(shù)中涵蓋了非常廣泛的內(nèi)容，其中，繼電保護(hù)裝置以及自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在變電站繼電保護(hù)中最具代表性。自動(dòng)化技術(shù)是以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的一種技術(shù)形式，將該技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)檢測(cè)中，可將傳統(tǒng)人工操作有效取代，在實(shí)現(xiàn)人力資源利用率進(jìn)一步提升的基礎(chǔ)上有效避免人為因素對(duì)電力系統(tǒng)檢測(cè)效果的不利影響。比如，在變電站輸配電線路發(fā)生短路故障時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的人工操作形式，便只能在電力系統(tǒng)發(fā)出故障警報(bào)或通過(guò)其他現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)故障之后進(jìn)行人工拉閘處理，由于動(dòng)作較慢，故障的影響范圍便會(huì)較大。但是隨著自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，便可在故障或異常產(chǎn)生的第一時(shí)間迅速將故障段從電力系統(tǒng)中切斷，盡最大限度降低故障所帶來(lái)的不利影響，為線路與設(shè)備安全提供良好保障。

（三）系統(tǒng)功能技術(shù)

1、復(fù)雜故障準(zhǔn)確定位

在當(dāng)今電力行業(yè)的不斷發(fā)展中，變電站中的線路和設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜。在這樣的情況下，變電站中的故障也開(kāi)始變得越來(lái)越復(fù)雜。而在對(duì)這些復(fù)雜故障進(jìn)行處理的過(guò)程中，最為重要的一項(xiàng)內(nèi)容就是故障定位。在變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的具體應(yīng)用中，其復(fù)雜故障定位的主要原理是裝置測(cè)距。就目前來(lái)看，變電站復(fù)雜故障定位中的裝置測(cè)距方法主要有兩種。第一是單端電氣量法，該方法主要是通過(guò)母線和故障反射點(diǎn)上的故障行波脈沖反射時(shí)間來(lái)進(jìn)行故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間的距離判定，測(cè)距中無(wú)需通信，應(yīng)用的成本也比較低。但是這種方法很容易受到其他線路發(fā)生末端影響，具有較大的測(cè)量誤差[4]。下圖是單端電氣量法接地故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)示意圖：

圖2-單端電氣量法接地故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)示意圖

第二是兩端電氣量法，該方法主要通過(guò)故障行波脈沖到達(dá)母線兩側(cè)的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間的距離判定，具有十分簡(jiǎn)單的運(yùn)行原理，且檢測(cè)結(jié)果十分準(zhǔn)確。但是在該方法的應(yīng)用中，需要將測(cè)量?jī)x器設(shè)置在母線兩端，同時(shí)需應(yīng)用到通信設(shè)備，所以花費(fèi)的成本也比較高。下圖是兩端電氣量法故障位置確定示意圖：

圖3-兩端電氣量法故障位置確定示意圖

具體定位中，電力企業(yè)與技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況、結(jié)合實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行定位方法的合理選擇。

2、輔助決策

在傳統(tǒng)的變電站系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，主要的分析方式為人工分析。在這樣的情況下，分析者的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)等都將會(huì)對(duì)故障分析結(jié)果產(chǎn)生一定影響。而隨著繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，便可對(duì)故障出現(xiàn)之前和出

現(xiàn)之后的所有狀態(tài)信息以及故障報(bào)告進(jìn)行全面收集，并借助于模糊處理技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站故障的迅速、準(zhǔn)確判斷[5]。這對(duì)于變電站電力系統(tǒng)故障的處理以及系統(tǒng)運(yùn)行的恢復(fù)都將起到良好的輔助作用。

3、狀態(tài)檢修

在變電站的運(yùn)行過(guò)程中，如果繼電保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)和制作方面存在缺陷，或者是回路運(yùn)維效果不好等，都很容易導(dǎo)致其不動(dòng)作或者是誤動(dòng)作現(xiàn)象發(fā)生。而通過(guò)繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的合理應(yīng)用，便可對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備自主進(jìn)行狀態(tài)檢修，以此來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備的異常，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，同時(shí)也可以將相應(yīng)的故障報(bào)告儲(chǔ)存在系統(tǒng)中，為后續(xù)的繼電保護(hù)運(yùn)維提供科學(xué)參考。

四、變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用到了電力系統(tǒng)中。在這樣的情況下，變電站中的繼電保護(hù)裝置也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化和高集成化的發(fā)展。而在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展中，應(yīng)用在繼電保護(hù)裝置里的集成電路將會(huì)更多。在此類(lèi)繼電保護(hù)設(shè)備的具體應(yīng)用中，便可將測(cè)控裝置作為載體來(lái)進(jìn)行變電站故障的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，在有效降低變電站線路和設(shè)備故障發(fā)生幾率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)維成本的顯著降低。

尤其是在智能化變電站的建設(shè)和發(fā)展中，繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)繼續(xù)朝著高度集成化以及智能化的方向發(fā)展，進(jìn)而為智能化變電站的運(yùn)維提供先進(jìn)的技術(shù)支撐，讓智能變電站中的線路與設(shè)備安全得到最大限度的保障，同時(shí)也將實(shí)現(xiàn)變電站故障處理效率的最大化提升。這樣便可讓社會(huì)的用電需求得以全面滿(mǎn)足，提升供電服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)電力行業(yè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之

間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，電力能源在當(dāng)今社會(huì)的生產(chǎn)生活中具有不可或缺的作用，作為整個(gè)電力系統(tǒng)中的核心組成部分，變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行是確保電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量、滿(mǎn)足社會(huì)用電需求的關(guān)鍵。而在變電站的運(yùn)行過(guò)程中，由于受到很多因素的影響，電力線路與設(shè)備都很容易出現(xiàn)故障，如果不能及時(shí)將故障切除，并使其得到有效處理，便會(huì)對(duì)相應(yīng)的線路和設(shè)備造成不良影響，甚至?xí)?dǎo)致線路和設(shè)備損壞。基于此，電力企業(yè)和技術(shù)人員應(yīng)將繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到其中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站線路與設(shè)備的良好保護(hù)。在此過(guò)程中，技術(shù)人員一定要對(duì)繼電保護(hù)裝置做到全面了解，明確其自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的基本任務(wù)、主要作用和保護(hù)分類(lèi)，并將該技術(shù)合理應(yīng)用到變電站繼電保護(hù)中，以此來(lái)滿(mǎn)足變電站對(duì)于繼電保護(hù)方面的實(shí)際需求，確保變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，在滿(mǎn)足社會(huì)用電需求的同時(shí)促進(jìn)電力企業(yè)的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。

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