淺析電力系統中電氣設備的繼電保護和防雷保護

黃磊

（中國鋁業股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

隨著經濟社會的發展，人們對電力系統性能的要求也在不斷提升。尤其是在電網運行過程中，由于各種原因導致出現故障的情況屢見不鮮。為了保障整個電網安全穩定發展，需要保證電網中每臺電氣設備都能正常運行，并能夠及時將故障信息傳遞到控制中心。在這樣的情況下，為了確保供電的安全性，電力系統中對電氣設備進行了必要的保護措施，比如，對電力線路中的電流進行保護。隨著我國經濟社會發展步伐不斷加快，人們對于供電安全性能方面需求越來越高，因此需要加強對電氣設備繼電保護和防雷保護方面的研究工作。

1 繼電保護技術的工作原理與分類

我國電網采用的是集中供電模式，在地區電網出現故障時，將導致電網的電流增大或減小。由此，采用繼電保護技術對出現故障的線路進行參數對比，而后再基于正常參數的差別對比形成繼電保護技術的運行原理。一般情況下，繼電保護技術會首先讀取被測部件的信號，并與標準區的數值相比較，然后進行邏輯上的故障分析，最后通過集中運算來判斷是否采取信號預警、跳閘斷電等。傳統的繼電保護技術包括電流保護、低壓保護、功率方向保護等。當前，隨著信息技術的不斷深入，繼電保護技術也將逐步走向網絡化和智能化。該裝置不但能監測和報警故障，而且還能根據故障的不同進行局部的自修復，由此能夠為保證電網的正常運行提供有力的保證。

2 電氣主設備繼電保護存在的風險點

（1）電力系統繼電保護裝置本身較為精密，隨著科學技術的發展，其可靠性也越來越高。因此，在實際工作中要加強對于繼電保護裝置運行情況的監視，一旦發現故障信息，需要及時將其傳遞到控制中心，確保能夠快速準確地解決問題。

（2）目前電氣設備自身的設計、制造、安裝和運行存在較多缺陷，導致發生保護拒接的情況出現，進而引發繼電保護故障。

（3）繼電保護裝置運行期間受外部環境因素影響較大，比如，氣候和地理環境等多種因素影響。隨著我國電力系統的不斷發展與建設，傳統的繼電保護裝置已經無法滿足當前發展的需要。

（4）我國電網的建設經歷了幾個階段，傳統的電網一般都是采用電力輸送和配電變壓器相匹配的方式來進行，若電網與繼電器的配置不一致，很可能導致繼電保護裝置的工作失效，比如設備的過載，而有些區域由于整體開關設備的更換沒有達到自動控制的功能，從而會受到供電的影響，并且也將極易導致開關設備出現故障問題。

（5）由于繼電保護裝置自身的復雜程度比較高，隨著智能技術的不斷發展，元件的數量也在不斷增加，如果出現故障，將會帶來極大的負面影響。通過對現有繼電保護設備的數據進行全面的分析，可以看出，由于互感器飽和、繼電保護裝置元器件靈敏性降低等，都將直接導致電網出現不穩定。

3 電力系統中電氣設備的繼電保護

3.1 強調智能化電網系統的保護措施運用

隨著科技的發展，電力系統已經從單一的輸電系統走向了多元化。但是作為電力系統運行最關鍵的設備之一的繼電保護卻在不斷地進行著技術變革，繼電保護技術也成了整個電力系統中重要的組成部分，并且其發展也逐漸趨于成熟。尤其是在現代網絡技術高度發達的背景下，對繼電保護也有了更多新要求。首先，就傳統繼電保護而言，其采用傳統的繼電器操作方式來實現對電氣設備故障情況進行檢測以及反應，然而，這種操作模式非常煩瑣且易受到外界環境影響。其次，繼電保護技術中存在很多不穩定因素以及信息處理不足問題。傳統的繼電保護主要是通過繼電器的控制與反饋來實現對電力系統運行狀況進行檢測與反應，但這種操作模式在復雜多變的電力系統中會造成很大困擾。而且，還會出現很多由于外部環境因素導致繼電器誤動作的情況。最后，由于電力系統不斷變得更加復雜和多元化，使得繼電保護無法完全滿足實際工作需求，因此需要對其進行更新與改進。

目前，各有關單位和員工都應該認識到智能化的電力系統的發展方向，并充分運用現代的人工智能技術來為繼電保護提供更好的服務，比如，電網中的電阻短路、距離保護等故障排查都相對困難，由此將可以利用進化規劃以及遺傳算法對繼電保護進行優化突破，由此更好地提升電力信息的收集效能。

3.2 注重故障排查與處理技術的應用

繼電保護技術在應用過程中，要注重故障排查與處理的有效結合，提高設備的可靠性。在電力系統中，經常會出現多種故障類型，這對繼電保護裝置的可靠性提出了更高考驗。同時對故障類型的判斷及解決方法也需要進一步探索和創新。首先，通過使用萬能表進行局部阻斷檢查，進一步縮小故障的范圍，并逐漸確定故障的部位。其次，電位測量法不僅可以檢測二次電路的電壓、電流，還可以在各個結點上對故障進行存點分析，并且可以很好地判斷出故障的原因。最后，負核檢測法在交流線路故障分析中有較大的優越性，但需要相關人員具備一定的工作經驗，才能有效地發現并解決這些問題。

在實際工作中，繼電保護裝置需要具備較高的可靠性，因此，要積極應用故障診斷和故障排除技術。在具體運用過程中，還應結合電網的實際情況來選擇合適的繼電保護裝置，在確保繼電保護運行安全的前提下，提高系統的運行可靠性。由于繼電保護系統屬于一種復雜多變而且極易受到外界因素影響的系統，因此其本身的可靠性就很高，這也是其他系統無法比擬的。在實際工作中，繼電保護裝置出現故障時會產生大量有害氣體和煙霧，并且這些煙霧會在很短時間內迅速擴散到整個配電系統。因此，在實際工作過程中要及時地處理故障，以免引起安全事故和環境污染問題。

3.3 完善設備分段處理和置換處理技術

設備分段處理技術和置換處理技術都是繼電保護中常見的技術手段，設備分段處理能夠對電氣設備內部的電路線段進行有效檢測，并通過信號發射器、繼電器等將檢測到的信息進行傳輸，然后進行故障檢測、識別以及報警處理。其具體工作原理是在某一區域內發生線路故障時，如果該區域內存在信號發射器和繼電器，則會發出故障警報信號。之后通過該信號對該區域進行故障診斷和隔離處理。

在設備置換處理中包含了大量的技術和操作，其工作原理是如果某個系統元件出現了故障，則需要將其他存在故障卻不會影響正常運行的元器件更換或者維修處理好，然后重新將設備配置到正確位置上；而如果某一元件或電路出現問題，則不會影響正常運行。通常情況下，是在該電力系統內發生某個模塊或者線路的故障，需要對其重新配置、維修或更換元器件進行處理。

首先，對設備分段處理中的信號發送裝置進行自動檢測，一旦發現有異常，立即報警、預警處理，避免因信號發送端的錯誤而造成的問題延時。其次，設備替換的處理方式可以在出現問題后迅速地解決，從而提高了整個故障的處理能力，并根據設備的替換情況，對零部件進行進一步的分析，將故障降到最低限度，其工作原理是替換掉有可能出現故障的元器件，當達到正常工作狀態時，就說明元器件出現了問題。如果依然尚未能夠排除故障，則需要重新配置其它元器件，以此更好地降低故障問題出現概率。

4 電氣設備接地的相關要求及防雷接地

4.1 電氣設備接地的相關要求

對于我國的電力系統來說，所有電力設備均要采用國標GB14050 系統接地的形式來進行接地，這樣做的主要目的是保證電氣設備中的繼電保護、過電流等安全性能。

具體來說，所有的電氣設備都要實現對地或對接接地線進行連接。在接地中，接地線和大地之間的夾角不能小于15°，而且接地線也要與電氣設備相連接。

保護接地是最基本且不可缺少的一種接口。電氣設備接地系統中所采用的保護接地線必須與保護地線相互連接來進行使用。一般情況下，所有的低壓配電變壓器均是將中性點直接接地；在35kV 及以上的高壓電力線路中，中性點連接線也要采用對接地地線。在低壓配電系統中，有很多地方都要求中性點直接接地。比如，35kV 系統以及110kV 系統，中性點接地方式均可使用對接地地線。另外，對于一些特殊場合，還可以使用小電阻來實現。而低壓配電則可以使用接地線或者不接地線來實現工作接地。

4.2 電氣設備的防雷接地

防雷接地，是指將電子電氣設備外殼上的金屬部件進行安全接地，確保電氣設備不會被雷擊損壞。保護接地可以分為兩種類型：一是架空地線保護，它的作用主要是防止電子電氣設備外殼被雷擊損壞。二是電纜保護，它主要作用是防止電纜和電氣設備之間發生電氣接觸故障和電氣設備因金屬結構件造成短路故障而造成人身傷亡事故時。兩者的區別在于，架空地線不可以進行有效接地，不具備防雷效果，而電纜保護會在一定程度上滿足防雷要求；在電子電氣設備外殼上設置架空地線時，其水平電導不應該超過30m；在電子電氣設備中增設電纜保護器時，其水平電導應該不超過50m。

5 電力系統中電氣設備的防雷保護措施

雷擊是影響電力系統安全運行的重要因素，當發生雷擊后，如果防御措施發生故障，將會對所管轄地區造成巨大的破壞，從而導致大規模的停電，嚴重時，會對電網產生巨大的危害。因此，在電網的電氣設備運行中，如何提高電網的防雷能力，是供電公司的一項重要工作。通過對近期發生的雷電事故的分析，認為電力系統發生雷擊的主要形式有兩種：一是直接受到雷擊；二是因雷電沿著線路對電力系統造成間接傷害。

5.1 應對直接雷電的措施

避雷針是防止雷擊的重要手段，為了完善電網的電氣設備的防雷工作，避雷針的應用非常重要，在使用避雷針時，這種裝置的主要功能就是將閃電引向避雷針，然后引導到地面，從而為電器提供防護。在電力系統中，這種電壓水平的電源設備的絕緣性能相對較好，所以可以在配電設備的框架上直接安裝避雷針。

5.2 應對電擊侵入波的方式

為了有效地解決因雷電侵入波所帶來的危險，必須采取相應的防護措施，其中，閘式避雷器是目前變電所應防的主要手段，采用的是非線性電阻器。針對目前國內對入侵波的處理方法，采取了在線路上設置閥型避雷器，以保護電力系統中的電氣設備整體性能。另外，由于電擊電流所產生的能量相對較大，所以為了對電源設備進行保護，則需要在電源的入口處安裝一個浪涌保護裝置，這樣既可以降低電擊能量造成的損壞，又可以利用低通濾波器對高頻成分進行濾波。

5.3 保證接地裝置的導流性能

對于接地裝置的導流性能，相關研究人員認為主要是指雷電電流通過接地裝置時能夠順利地導入地下。如果接地裝置自身具有良好的導流性能，就可以有效防止雷電電流在電力系統中產生短路，從而降低了電氣設備發生故障的概率。從某種程度上來說，這一理論對我國電力行業的發展起到了重要作用。在電力系統電氣設備接地網的設計過程中，由于受到場地的限制，很難對接地網形成有效保護。因此，在實際工程中，要想保證接地裝置設計和施工技術質量，最好從接地裝置整體布局、結構等方面著手。

5.4 電力系統的防護

在進行雷電防護時，其主要內容就是限制雷電的電流值和電波。在電網的運行中，當一根電線上有過電壓的時候，就會有一道電波從導線上逐漸蔓延。由于線路的抗沖擊電壓大于裝置的電壓，因此，在電網的進線受到雷擊時，電擊的電流會超出正常范圍，如果不采用避雷線，則在靠近電網的一端就會發生故障，不能有效地保護電網，也就不能保證進線的安全。因此，在電力系統的電氣設備防雷時，將需要采用變壓器安全避雷器防止雷擊，從而確保電力系統運行的整體平穩性和安全性。

6 結語

總而言之，隨著我國經濟社會不斷發展，對于供電安全性要求越來越高。在實際工作中，電氣設備的繼電保護和防雷保護是電力系統運行過程中的重要環節，因此，要加強對于相關方面的研究。尤其是在電力系統中出現繼電保護和防雷保護后，要進一步對相關方面進行優化改進，提高電力系統運行過程中的安全性。與此同時，還需要保證電氣設備本身能夠處于良好狀態，確保其穩定運行。另外，還要對其運行過程中的風險點進行分析研究，而后采取相應的繼電保護以及防雷保護技術，以更好地提高電力系統運行的安全性。