繼電保護在電力系統中的應用研究

青海格爾木魯能新能源有限公司 翟 濤

1 引言

隨著我國社會經濟水平不斷提升，人們生活質量也在持續提高，為我國電力系統的創新發展提供了良好的機遇和更大的挑戰。從實際運行角度分析，電力系統在運行期間會受到多種因素的干擾或影響，導致運行狀態出現波動或變化，如果未能及時有效處理修復，很容易導致系統故障，進一步影響電力系統運行的安全和穩定性。繼電保護技術能夠為電力系統安全運行提供有效保障，對電力系統運行狀態進行實時監控，通過自動化技術實現電力系統控制，大幅度提高電力系統運行質量。因此，有必要對繼電保護在電力系統中的科學應用進行深入研究。

2 繼電保護概述

繼電保護自動化技術是指在電力系統中某一個零部件或者局部系統出現問題或發生故障時，能夠在第一時間發出警報，對斷路器系統發送短路跳閘信號，及時停止電力系統局部運行，以此實現對電力系統和電氣設備的保護目標。繼電器主要由執行電路、測量電路和邏輯電路三部分構成，會對電力系統運行期間的電流和電壓等電氣量的變化情況進行監督檢測。同時，能夠對部分物理量的變化狀態進行檢測，包括變壓器油罐在故障狀態時出現的氣體泄漏現象，油壓強度逐步提升，油液流速加快[1]。利用繼電保護技術能夠大幅度降低局部的電力系統故障對電力系統整體運行安全造成的影響，將損失降到最低。此外，繼電保護還能夠對電力系統的非正常運行狀態或者異常情況進行警報，并針對不同狀態發出不同的警報信號，以此為管理和操作人員提供更具針對性的信息。

3 繼電保護在電力系統中的應用作用

3.1 推動電力系統進步發展

將繼電保護技術應用到電力系統中需要從系統實際運行狀態的角度出發，對輸電效率進行合理優化調整，進一步加強對電力系統運行期間電流負擔的控制效果，提高電力系統輸電效率，并減少輸電波動現象發生的頻率，逐步構建出穩定安全的電力系統運行環境。同時，從電力輸配角度出發，利用繼電保護技術有利于電力系統自動化建設，能夠提高電力系統故障的判斷效率與精準度，保證電力系統故障維修檢測的時效性，為電力系統操作與管理人員提供便捷，保證電力系統的運行安全與穩定效果。

3.2 加快電力系統現代化建設

繼電保護技術的發展離不開計算機技術的支持，將其科學應用到電力系統中能夠進一步提高電力系統的信息化水平，為實現電力系統的自動化控制提供有力支持。各種現代化技術的創新發展為繼電保護技術的升級優化提供了良好的基礎，并不斷得到優化完善。在此情況下，能夠將繼電保護技術的應用價值充分發揮出來，實現對電力系統的實時全面監督管控，加強電力系統自動化控制水平，最終打造出我國特有的安全可靠的堅強網架結構和自動化運行系統。

4 繼電保護在電力系統中的應用原理

繼電保護在電力系統中應用能夠實現對系統運行狀態的自動化檢測，并結合檢測結果進行動態調整變動，大幅度降低了電力系統運行故障和風險，其基本結構如圖1所示。

圖1 繼電保護系統結構

繼電保護技術中的主要組成結構為測量裝置、執行保護裝置以及邏輯判斷系統三個部分。其運行原理是通過邏輯判斷系統對電力系統運行數據進行收集與對比分析，從而對系統運行狀態進行全面掌握。在電流參數增加時，對應的電壓與電流相位也會出現明顯變化，此時邏輯判斷系統就會對具體變化情況進行分析，以此決定是否開啟保護判斷功能。在判斷時會首先對測試裝置特有參數進行分析，并將最終分析數據傳遞到執行系統中，執行保護裝置會依據信號執行啟動保護，完成自動化控制。繼電保護在電力系統中的運行原理如圖2所示。

圖2 繼電保護系統運行原理

4.1 可靠性分析

繼電保護技術在電力系統中的可靠性指標具有重要作用，代表繼電保護系統在一定條件下能夠完成的功能效果，用字母R 代表。可靠度主要是指設備運行到完全失效的時間段，用R(t)代表，具體計算式為：

其中，t 代表一定條件下的使用時間；P 代表電子元器件在規定條件和時間下完成具體功能的概率；T 代表電子元器件能夠使用的壽命期限。

在研究時可假設N 個電子元器件繼電保護產品在初始時間t 時的失效數量為N(t)，當N 的數量達到標準后，繼電保護裝置的可靠度為：

繼電保護裝置運行時間延長會導致可靠度參數逐漸下降，但是會一直處于0～1。

4.2 累計失效概率分析

累計失效概率是指電子元器件從運行工作到失效的時間概率，用F(t)代表，具體表達式：

在研究時可假設N 個電子元器件繼電保護產品在初始時間t 時的失效數量為N(t)，當N 的數量達到標準后，繼電保護裝置的累計失效概率為：

5 繼電保護在電力系統中的具體應用

5.1 線路接地保護應用

將繼電保護應用到電力系統中能夠為保證線路接地系統的安全性提供良好的技術支持。地形條件對電力系統線路安全具有一定的影響作用，并且會加劇天氣條件與人為因素的干擾影響，因此需要對線路接地方式重點關注。在實際設計時需要對線路運行環境與天氣變化等因素展開深入研究，現階段比較常見的線路接地方式包括小電流型與大電流型兩種，不同方式間存在一定的差異效果。在小電流型接地線中，線路內部流通電流相對比較小，線路負載能力要求并不高，基于繼電保護系統能夠為電流流通提供有利環境，并將警報發送到電力系統的控制室，以此提醒管理人員開展維修作業，及時消除電力系統運行故障[2]。

在大電流型接地線路中，由于大電流影響會導致接地線承載的電流大幅度增加，對接地線具有比較明顯的破壞性，繼電保護系統為有效阻斷電流，會通過加強切斷電源的方法，將接地線壓力控制在一定范圍內，保證接地線的運行安全與使用周期。

5.2 變壓器應用

電力系統在室外環境運行時，會受到多種外界因素的影響，變壓器系統發生短路故障的概率大幅度提升，并不利于電力系統安全穩定運行。將繼電保護技術應用到電力系統中，能夠充分體現出繼電保護的防范作用，在電力系統出現短路故障問題時，繼電保護裝置能夠對抗阻保護與過電流產生較大的影響，進而實現對變壓器系統的有效保護作用，并迅速切斷電源系統，避免故障問題擴散對整個系統運行造成影響。其中，抗阻元器件在抗阻保護中起到了十分關鍵的作用，能夠在故障發生后及時跳閘。

利用繼電保護技術能夠實現對變壓器的瓦斯保護。在油箱出現故障問題后會導致大量油氣泄漏，變壓器系統中運行時可能會出現電火花，與油氣接觸會產生爆炸等問題，嚴重影響電力系統運行安全。基于瓦斯保護裝置能夠對油箱進行全面檢測控制，對氣體排放具有高度敏感性，起到有效監督的作用，避免出現電器火災事故。

5.3 母線保護應用

將繼電保護技術應用到母線保護中同樣具有顯著的作用效果。利用繼電保護裝置能夠實現相位保護和差動保護，對電力系統中的母線起到安全保護作用，大幅度降低母線發生工作狀態異常的概率。在差動保護中，提高電流互感器系統的運行效果，能夠為母線電流變化時的互感提供良好的環境與技術支持，將互感器裝置安裝到差動區域，以此實現母線運行狀態的保護效果。繼電保護技術對母線的保護作用在大電流型接地系統中具有更加顯著的應用效果，對母線電流變化具有較高水平的反應處理速度。

5.4 發動機保護應用

繼電保護技術對發動機系統具有良好的保護作用，結合實際情況分析，保護類型主要分成重點保護與備用保護兩種類型。基于重點保護能夠為發動機裝置的主要部件提供安全保護，避免電力系統運行故障時對重要元器件的干擾影響，將損失降到最低。在發動機系統發生短路故障時會導致電流對內部定子繞組匝起到一定的干擾作用，電流越大，對應的定子繞組匝溫度越高，線路系統絕緣層材料受到影響，最終限制發動機系統的正常穩定運行。

定子繞組匝是發動機系統中十分重要的元器件，基于繼電保護技術能夠對其溫度變化情況進行實時監控，針對不同運行狀態提供不同管理對策，從而降低損壞影響效果。針對發動機裝置單相接地故障，會出現實際電流和額定電流差值明顯的問題，此時利用繼電保護技術能夠及時切斷發電機的電源系統，進而實現對電力系統的保護作用。備用保護主要是指利用過電壓方法對發動機系統進行監督管理，控制發動機系統的負載始終處于預期目標允許范圍內；基于過電流方法避免出現發動機短路問題，以此實現發動機的安全保護作用。

5.5 未來發展趨勢

繼電保護技術能夠提高電力系統運行安全與穩定性，從電力行業整體角度分析，能夠幫助電力企業節省資源成本，降低電力系統運行過程中的碳排放，對我國實現碳達峰與碳排放戰略目標具有顯著的積極作用。目前，我國繼電保護技術廠家眾多，其中以許繼電氣、國電南瑞、金智科技、南京電研等企業表現尤為突出，在繼電保護技術研發領域中發揮了重要作用。如許繼電氣作為我國電力裝備行業配套能力最強的企業，是科技部認定的重點高新技術企業。繼電保護技術的未來發展以自動化和智能化為主要方向，基于信息化技術設計出更加高效、智能的控制系統，降低人為操作產生的失誤概率。

利用計算機技術打造電力系統運行監測系統，對電力系統運行進行全面的自動化監督測量，對各環節的運行狀態和信息進行全面收集，提高系統管理和操作的便捷性，實現了獨特的特高壓輸電技術，為我國實現碳達峰碳中和戰略貢獻積極力量。

6 結語

通過本次研究能夠發現，繼電保護技術在電力系統中具有重要的作用，能夠為電力系統智能化控制提供良好的技術支持，在線路接地保護、變壓器保護、母線保護、發動機保護等環節中起到顯著效果，利用多樣化控制手段為電力系統的安全穩定運行提供了有力支持。