電力系統中繼電保護技術淺析

許琦

國網江蘇省電力有限公司如皋市供電分公司 江蘇 南通 226500

引言

繼電保護裝置可以對電網中的故障部位和程度做出判斷，在系統出現故障時，繼電器會根據所設置的各種保護和告警信號來進行保護或報警，以輔助系統進行故障隔離，使其能夠保持正常工作。當發生故障時，繼電保護可以減少阻抗、降低電壓、增加電流保護。因此為了保證電網的正常運行，必須加強對繼電保護的管理。

1 繼電保護事故原因

1.1 基礎結構問題

通過對變電所發生的故障診斷報告中的參量進行分析，發現有些單位在設計變電所時，沒有充分考慮到智能設備的使用和忽略了操作需求，導致了基礎設施設置上的問題。例如在用電高峰期，由于故障自我檢查功能不能滿足實際需求，在高峰時段，系統的運行參與分配功能不能承受較大的負荷，導致系統發生故障，進而導致繼電器不能正常工作，只能通過停電來進行人工檢查。這對繼電保護技術的發展是不利的，因此，必須減少基礎構件的容錯率，并為繼電技術的智能化提供一個平臺[1]。

1.2 安全管理問題

隨著繼電保護技術的智能化應用，我國變電站的工作效率逐步提高，在這種情況下，要加強對繼電保護工作的檢查和安全管理，但目前還處在發展階段，主要問題表現在以下幾個方面：第一種是忽略了智能技術的檢查，這是一個智能模塊的參數，不能忽略這個部分，對正常的參數進行分析，發現問題要及時處理；第二種是忽略了漏洞的修補，出現故障的主要原因是系統故障，當線路的運行恢復后并不是工作的終點，應該對系統進行及時的修補，以防止故障的再次發生。

1.3 裝置質量問題

現階段，供電公司所使用的繼電自動保護裝置仍存在較為明顯的不足，具體包括以下幾點：首先是裝置正式投入使用前，既沒有對其性能進行檢測，也沒有對其進行試運行。其次是裝置內部所安裝各元件間存在一定差異，無法做到對自動裝置、保護裝置進行協調運行。最后是廠家為控制生產成本、增加自身收入，對裝置加工流程和所用原料做出了調整，導致裝置質量無法達到行業標準。不達標裝置發生故障的概率極高，對不達標裝置加以使用，將給電力企業帶來深遠的影響。

2 繼電保護技術的要求

在繼電保護運行過程中，應該對裝置運行狀態進行自動記錄，此項任務主要由數據庫來完成，因此對數據庫有較高的技術要求。數據庫中需要記錄Record-ID、Equip_di等字段，即對裝置狀態、指針編號、變化時間等信息進行記錄。在這個過程中，狀態代碼、數據來源代碼、設備運行時間等信息也要自動保存到數據庫中[2]。如果電力設施出現故障或異常，系統可以根據數據庫中保存的各項信息和數據做出判斷，分析具體的故障位置和原因。如果設備故障超出可控范圍，裝置會辨別故障類型、程度，并且發出警示信息，便于工作人員查看和調整。在電力系統規模不斷擴大的情況下，繼電保護自動化水平提升，人們對用電安全有了更高的要求：①應該確保技術應用的安全性。圍繞維護電網安全創新技術手段，根據安全需求調整設備，保障繼電保護自動化技術應用后，安全水平可以大幅度提升。②自動化改造的過程中，要保障設備的靈敏性。如果電力系統出現故障問題，設備必須及時做出反應，以確保故障盡快排除。通過控制整定值來滿足靈敏性要求，通常每年校驗1次整定值。③要滿足選擇性要求。在發生故障時，可以精準選擇故障線路，并且迅速切除，以此達到保護電力系統的目的。上下級電網之間的繼電保護的整定要嚴格遵守要求，堅持逐級配合原則，確保故障發生時可以將故障選擇性切除，實現部分正常供電。

3 繼電保護技術的作用

繼電器保護系統包括測量、邏輯和指令執行3部分。測試部分主要采集電氣量、電流量、阻抗值等數據，將其與正常工作狀態下的整定值進行對比，并通過對比得出各種特性的邏輯信號，以確定是否要進行繼電保護。邏輯部分通過對采集到的電力系統的數據進行邏輯分析，分析其輸出的順序、大小和性質是否在正常范圍內，然后確定是否要發出警報或斷路器跳閘信號，并向執行單元傳達相關指令。指令執行部分主要是依據邏輯部件所傳達的信息，判斷變電站是否能正常工作，并能完成保護設備的工作。繼電保護裝置的功能主要有以下兩點：①如果電網運行發生故障或者不能正常運行，繼電保護設備就能及時準確地發現故障的位置，并立即進行緊急跳閘，減少對其他供電線路的影響，同時也能保證電氣設備的正常運行。②如果某一種裝置在電網中出現了故障，那么該裝置就可以根據具體的運行情況做出判斷，同時，它還能啟動警報，呼叫維護人員進行應急處置。因此，繼電保護裝置作為電力系統安全可靠運行的重要設備，能夠最大限度地保證用戶的用電安全，降低用電事故的發生。在今天的電力系統中，它扮演了一個非常關鍵的角色。

4 電力系統中繼電保護技術的應用

4.1 直流系統保護

直流系統控制的是整個電力系統的安全可靠性，主要包括信號設備、自動裝置、保護設備、事故照明、斷路器以及合閘等，因此是發揮繼電保護裝置系統實效的關鍵，在設置時需要注意以下幾點內容[3]：①在對直流系統進行配置的過程中，需要考量電氣一次系統的具體配置分區，保證直流供電系統之間的距離，并要考慮一定程度上的超量配問題。②在設置發電廠的直流系統時要設計兩套，一套主要負責對升壓電站的保護以及自動控制，也包括火力發電所需要用到的輸煤系統和光伏、風力發電機組發電機的運作保護與控制等。另一套則要對脫硫以及自動化控制系統和保護裝置實施輸電，這樣才能保證在出現問題時，裝置可以快速、準確地反應，并切掉不必要的負荷。③蓄電池作為直流系統運作的主要元件，也應依照供電狀態以及實際需求，分別配備兩套充電裝置以及蓄電池，這樣才能保證系統運行的安全穩定性，其供電的電壓可選用110V。

4.2 運用計算機技術

為發揮繼電保護自動化技術的作用，必須引入計算機技術，通過計算機技術實現智能化控制，使裝置可以更加高效工作，同時滿足快速、靈敏、可靠的性能要求，使裝置更加智能，減少人力操控，降低人為失誤概率，使電網運行更加平穩安全。例如，可以采用計算機技術建立監測系統，實現電網自動化監測，提升操作的便捷性，也可以更加全面地采集各項信息。采用計算機對系統進行操作管理，對信息采集、控制、保護等命令進行調控，結束檢測之后自動收集并存儲數據信息，可以生成專業的檢測報告，實現“一鍵式”作業，簡化繼電保護、電網管理的工作環節[4]。可以使用個人計算機連接檢測端，運用網線連接檢測儀器和被檢測裝置、交換機。可以安裝自動檢測分析軟件，將系統劃分為二次開放系統層和檢測層2個層次，前者由開發方案系統、裝置檢測方案開發系統構成。據實際情況，裝置檢測方案開發系統可以智能編制規范標準，并且輸出詳細的方案環節。后者包括自動檢測儀主程序、標準報告等構成內容。在開始檢測階段，該層可以發揮溝通模板、試驗數據的作用，利用測試儀采集數據，并且將數據發送出去，為繼電保護動作提供更多數據支持。可見，在裝置使用過程中，計算機技術發揮著重要作用。為提升技術水平，需要從硬件和軟件兩方面著手。如果系統運行出現故障，可以利用計算機查找分析，迅速定位故障，然后對數據進行保護和傳輸，使故障可以順利排除。

4.3 線路接地自動化保護

為了確保電力系統的安全，可以采用一種由繼電器組成的自動控制設備，以避免在短時間內出現零序快速增加的情況，因為電力系統在日常工作時需要處理大量的線路設施。繼電保護自動化技術是一種新型的自動化控制技術，它主要包括了電流互感器保護和電壓互感器保護兩大部分內容，并且具有較高的實用性以及先進性。繼電保護自動化裝置在電網操作過程中具有全方位的監測能力，因此需要密切關注其工作狀態，并對相關操作指標進行評估，以加強其智能化操作，從而實現有針對性的故障檢測，降低故障發生的概率。另外，還要注重提高保護裝置運行過程中的安全性和穩定性。為確保繼電器在實際應用中發揮最佳作用，必須加強其可靠性、靈敏性和智能化的檢測。

4.4 GOOSE系統

在開始調試GOOSE系統前，要先進行科學配置，并了解GOOSE系統的報文統計和設備的數據通信情況。這一系統的設備中有一種信號警報功能的設置，系統一旦發現其設備的參數配置和其預設的參數出現不相匹配的情況，或發現GOOSE-A/B網有斷鏈的問題，甚至發生網絡風暴警告，此時系統內部的警報功能就會啟動，進行自動報警[5]。在報警后，GOOSE系統就會直接將故障信息發送到智能變電站的繼電保護調試中心，在收到警報后現場管理人員和數據參數調試技術人員就會進行系統的重新配置和調試，最終保證設備的正常運行和參數顯示的準確性。因此，在整個繼電保護的調試過程和裝置應用中，GOOSE系統可以保證8個不同數據參數調試模塊同時進行工作，通過繼電保護的智能化操作可以有效避免變電站繼電保護裝置運行中的問題。

4.5 及時修改整定值

電流保護整定計算是繼電保護裝置設計的基礎，依照當前發電廠的風能、光伏等發電類型，一般要通過三段式的工作原理來實現，例如：電流速斷保護整定值的計算、限時電流速斷保護的計算、定時限過流保護的計算等。而在一體化布局的過程中，則要改變既有的短路電流計算方式，通過當前電網的實際運行情況和狀態，對整定值進行計算，最終得出穩定極限的數據，用來作為保護繼電裝置的整定值。通過該種方法，也不用耗費過多的資金，可以沿用既有的繼電保護裝置硬件，只需要在監測的過程中，提高取樣頻率即可獲得信息樣本，并依照時刻計算出相應的穩定期限，用于修改繼電保護整定值。此外，也可在繼電保護處理單元加上時間繼電器，能夠依照時刻電網的運行以及故障形態，進行有效的計算以及分析，而采集信息與時間處理的過程較為嚴苛，在出現故障時，應在短時間之內采取措施，并對保護定值進行及時修改。在保護的過程中，也會出現一些具有常規性的保護措施，而該動作的出現其主要原因可能是由于某一處的短路故障而啟動的，有時非正常的運行狀態并不一定就是故障狀態。而這種規劃形式主要是沿用了繼電保護裝置之中的就地動作原理，出于保證電力系統整體穩定性與自動控制的角度，對整定值進行了動態化的修改，從而提高了自動控制性能，并使得繼電保護系統變得更加智能化、人性化。

5 結束語

隨著生活質量的提高，人們對電力系統運行質量提出了更高的要求。在電力系統的運行過程中，由于各種原因，電力系統的正常運行受到了很大的限制。繼電保護設備是一種非常有用的設備，它可以及時地檢測到設備的故障，并采取有效的對策。在繼電保護裝置的應用中，要重視設備的故障，并結合具體的操作條件找到合適的處理方法，同時做好對設備的日常維護。