電力系統安全自動控制與繼電保護研究

摘" 要：隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，電力系統也快速發展。而如今社會對電力行業提出更高要求的同時也存在很多問題。這些問題主要是由各種因素造成的，而針對這些問題就需要及時處理并且將其解決掉，只有這樣才能讓人們更好地享受電力以及用電帶來的便利，同時也能夠實現相關經濟效益。為解決電力系統運行不穩定、系統故障發生率高的問題，該文基于電力系統繼電保護原理分析，提出從改善自然環境、加強二次巡查和提高設備質量等方面進行改善，從而最大限度地消除電力系統安全隱患，保障廣大用戶用電穩定性，助推電力企業健康可持續發展。

關鍵詞：電力系統；安全自動控制；繼電保護；可靠性；電力設備

中圖分類號：TM76" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）10-0139-04

Abstract： With the rapid development of China's economy and the continuous improvement of people's living standards， the power system has also developed rapidly. Nowadays， the society has put forward higher requirements for the power industry; at the same time， there are many problems. These problems are mainly caused by various factors， and in view of these problems need to be dealt with and solved in time， only in this way can people better enjoy electricity and the convenience brought by electricity， but also achieve the relevant economic benefits. In order to solve the problems of unstable operation of power system and high incidence of system faults， based on the analysis of the principle of power system relay protection， this paper proposes to improve the natural environment， strengthen secondary inspection and improve the quality of equipment， so as to eliminate the hazards of power system security to the maximum extent， ensure the stability of electricity consumption of the majority of users， and promote the healthy and sustainable development of power enterprises.

Keywords： power system; security automatic control; relay protection; reliability; power equipment

電力系統在國民經濟發展中起著非常重要的作用，其為人們的生產生活提供了大量的能源，因此獲得了廣泛應用。隨著人們電力系統發展認識水平的逐漸提升，對電力系統故障防范也有了更高要求。當電力系統出現故障后，如不能及時處理便會引發較大損失。因此，為確保電力系統穩定性不斷提升，對電力系統進行安全自動控制和繼電保護顯得非常重要。本文基于對電力系統繼電保護與安全自動控制重要性的分析，對電力系統中常出現的問題及電力系統安全控制中繼電保護應用展開詳細論述，希望通過本研究能為相關企業落實電力系統安全控制工作提供幫助。

1" 電力系統繼電保護與安全自動控制研究的重要性

隨著現代科學技術的不斷發展，電力系統所采用的技術已經有了很大程度的提高。電力系統中所包含的各類保護裝置能夠對系統故障進行識別保護，降低事故帶來的損失。在實際工作中，需要根據電力系統當中的具體情況來對這些保護裝置做出相應要求和規定，如果有相關人員存在工作疏忽或者失誤現象，很有可能會引發系統短路和失電合閘事故并且造成嚴重損失。因此，為保障我國電力體系中各個設備能夠順利運行并發揮其作用，保證生產效益提高以及人身健康安全有保障是極為重要的。在電力系統中發生故障時，不僅會對整個企業造成一定的影響，同時也會對整個電力工業造成巨大損失，對于自動控制及繼電保護裝置所形成的安全保護功能來說是非常重要的，所以必須要對其自動控制和繼電保護工作進行研究和優化。在電力系統中，為保障系統安全穩定運行，確保電網中的所有設備能夠正常運轉，需要對電力系統進行持續不斷的保護、繼電保護以及自動控制研究。通過對繼電保護與自動控制工作的研究，針對電力系統運行所出現的問題進行分析和判斷，并采取相應措施以達到有效提升電力系統運行穩定性與可靠性的目的。

1.1" 有助于保障電力系統安全穩定運行

電力工程的快速穩定發展使得人們對電能依賴程度越來越高，現已被廣泛應用于人們生產生活的各個領域，為此，為滿足人們生產生活需求，電網中的電源建設需要更加充足，這就要求在對電網中進行繼電保護與自動控制研究工作后，應用相關技術手段提升電力系統安全穩定運行能力，從而確保電力系統具有良好的安全性、可靠性和穩定性。在對某一地區進行電能資源調配時，出現電力供需矛盾的情況下，需要對電力供給及運行進行科學決策和控制，只有這樣才能夠有效提升電力供給質量和保證其可靠性[1]。因此，重視該地區的電能資源調配工作以及電力系統繼電保護與自動控制工作，可避免該地區出現因電能供需矛盾而導致的電力可靠性下降問題；同時在準確分析該地區的電力供需矛盾后應及時采取相應措施加以解決，從而進一步提升電力行業發展水平。

1.2" 有助于提升電氣化水平

隨著我國工業發展水平的不斷提升，電力系統發展水平也逐漸提升。同時，通過繼電保護裝置的科學應用，可有效提高電磁場強度；通過對負荷調節、自動控制等技術的研究及應用，能夠有效提高電力系統運行水平和安全性。為了能夠實現這一目標，首先需要明確電力系統本身特點及系統故障致因，并對各個設備進行充分有效的控制，結合對各類電氣裝置的合理研究和優化設計，確保電力系統高效有序運行。此外，通過對電力系統中各類設備的科學設計，可提升相應功能以及操作界面設置情況符合規范化標準，進而有效提升電氣設備運行性能指標。

1.3" 有利于提升電力系統設備安全系數

在我國電網建設運行過程中，受到多重因素的影響，很容易出現各種嚴重故障，對電網安全穩定生產產生不利影響。因此，只有有效保證電網設備安全性、穩定性，才能夠確保電網中的所有設備都能夠正常運轉。而通過對電網設備繼電保護與自動控制工作的研究與應用有效解決這一問題，從而確保設備能夠得到有效保護、穩定運行，并能夠更好地避免各種重要電氣設備故障的發生[2]。

2" 電力系統中常出現的問題

當前，中國正處于社會經濟高速穩定發展時期，電能在此過程中發揮了非常重要的作用，同時也暴露出許多問題。當電力系統繼電保護不能滿足實際工作需求時，需結合實際情況進行合理布局，確保電力系統正常運行和穩定。在電力系統運行實踐中，最常見的問題是系統故障引發的停電事故、電網自身缺陷而引發的大面積斷電問題、繼電保護系統可靠性不足引起的系統故障診斷不出問題，種種問題都會造成電力系統運行管理不足。因此，為改善電力系統中出現問題，應該從技術上提升電力系統的穩定性[3]。

3" 電力系統安全控制中繼電保護應用研究

繼電保護系統之所以受到廣泛應用是因為其具備電力數據信息采集、處理及網絡傳輸自動化優勢特征，可使電力系統自動完成狀態檢測，并根據檢測結果進行自適應調整，降低電力系統故障風險。繼電保護系統結構如圖1所示

3.1" 電力系統繼電保護原理

在電力系統繼電保護裝置中，最主要組成部分包含測量裝置、邏輯判斷組件及執行保護模塊3部分。繼電保護系統運行原理是系統邏輯判斷部分通過對比自采集數據與額定參數差異，了解設備運行狀態。當電流突然增大時，電壓及電流間的相位就會發生明顯變化，此時繼電保護系統邏輯判斷組間就會結合數據變化情況進行是否啟動保護判斷[4]。判斷時首先準確分析測試裝置特有參數的性質及準確性，然后將分析結果輸入執行系統，執行保護組間便根據指令自行啟動保護，實現電力系統的自動控制。電力系統繼電保護運行原理如圖2所示。

相較于其他電氣裝置，繼電保護裝置在運行過程中，可靠性很容易受到外界因素的影響，為此，必須要通過相關措施應用將各種因素的影響降至最低，最大限度地保障自身可靠性不受影響，從而在電氣設備出現故障時，繼電保護裝置能快速反應，進行隔離保護，保證電力系統安全穩定運行。

3.2" 繼電保護可靠性衡量指標

3.2.1" 可靠性

可靠性就是指繼電保護系統在相對條件及時間下的電子元件能夠正常完成的功能，一般用字母R表示，而可靠度則指設備運行開始到失效的時間，其表達式為

R（t）=P（t？燮T），" " "（1）

式中：R（t）為電子元件的可靠度；t為規定條件下的使用時間；P為電子元件在一定條件和規定時間下正常完成規定功能的概率；T為電子元件壽命。

假設N個電子元件繼電保護產品初始時間t時刻的失效數為N（t），那么，當N達到足夠數量時，繼電保護裝置在t時刻的可靠度如式（2）所示

R（t）≈ 。" "（2）

隨著繼電保護設備運行實踐的延長，R（t）會逐漸下降，但始終介于1與0之間，即0≤R（t）≤1。

3.2.2" 累計失效概率

累積失效概率就是指電子元件在規定要求下的工作至失效時間概率，一般采用F（t） 表示，表達式為

F（t）=P（t？叟T） 。" " " " " （3）

假設N個電子元件繼電保護產品初始時間t時刻的失效數為N（t），那么，當N達到足夠數量時，繼電保護裝置在t時刻的累積失效概率如式（4）、（5）表示

（4）

R（t）+F（t）=1。（5）

3.3" 短路電流計算分析

在電力系統運行中，為提升保護措施正確性，必須對繼電保護電力系統短路電流進行準確計算，從而為科學編制保護方案提供數據參考。事實上，在繼電保護電力系統短路電流計算過程中，包含內容眾多，如補償器安裝、主變壓器電阻、系統線路和負荷線路等。下面就結合110 kV電力系統中繼電保護系統線路、負荷線路短路電流計算展開論述。

3.3.1" 系統線路計算

如將110 kV系統電流設置為50 km，根據系統運行需求就應將SB設置為100 MWA。某電力系統VB1設定值為110 kV，通過計算得系統電壓平均參數為115 kV，那么對應的線路阻抗為：X1=0.4/km，其計算公式為：X1*=X1× =0.165，因此，最終判定系統短路電流為0.165 A。

3.3.2" 負荷線路計算

負荷線路電流計算是電力系統短路電流計算中不可或缺的重要部分之一，其計算準確性將對繼電保護系統運行穩定性與可靠性產生直接影響。在具體工作實踐中，如將110 kV繼電保護電力系統中的35 kV的一側VB2設置為37 kV，那么，其計算過程為：X2*=X2 =0.877。

此外，如果系統電流10 kV一側的VB3為10.5 kV，套用此公式可計算短路電流為7.256 A。

3.4" 提升繼電保護系統可靠性的改善措施

由于不同因素對繼電保護裝置的影響力不同，對電力系統造成的直接危害嚴重程度參差不等，所以，為了及時研究制定和提出更有效的防護措施，電力事業管理行政部門首先應該針對各影響因素及其造成危害的嚴重程度分別進行及時科學化的分類，從而有效完成對繼電故障的及時科學化預防管理[5]。隨著現代信息網絡技術的不斷發展，我國絕大多數的隱性電網故障管理都能夠針對大量的隱性電網故障及其帶來的嚴重性，廣泛運用了隱性電網故障的系統風險評估以及仿真分析算法。大量應用實踐證明，合理的預防能有效減少繼電保護的隱性技術故障，所以相關技術人員務必按照以下的技術標準要求進行日常操作。

3.4.1" 改善自然環境

首先，針對目前自然界雷電影響進行電力系統防雷工程建設，以消除各級雷電的影響。首先，必須消除直接雷擊對繼電保護系統的影響。其次，感應雷保護采用多級防雷箱和防雷裝置，逐步消除瞬態感應電動勢的影響，使繼電保護系統不受感應電流的影響。最后，合理的布局消除電壓差，減少壓降引起的高電壓或大電流對繼電保護裝置的影響。

其次，結合系統運行環境引入溫度控制組件，利用溫度控制組件自適應功能消除高溫或低溫對繼電保護系統的干擾，并通過風扇冷卻及加熱方式進行機電保護工作柜的溫度調節。

最后，針對繼電保護系統遇水蒸氣腐蝕問題，可采用加裝除濕器形式消除水汽凝結造成的短路隱患。

3.4.2" 加強二次回路的巡查

通過加強電力系統繼電保護裝置二次回路檢查，及時發現工作過程中的安全隱患和故障，促進繼電保護裝置安全可靠運行。通常情況下，檢修人員在進行裝置二次回路巡查時，僅對繼電保護裝置外科及其他部件外觀進行檢查，如果外殼或其他部件損壞，應立即檢查繼電保護裝置的電阻。如果檢查表明電阻器過熱，則必須進行修理。在某些檢查中，必須對轉換開關和指示器等設備健康狀態進行檢查，確保其處于安全穩定運行狀態。通過規范化二次回路檢查，可及時發現繼電保護裝置中可能存在的隱患問題，并及時采取必要手段進行處理[6]。

3.4.3" 提高設備安全質量

為保證繼電保護系統運行可靠性，電力企業必須對繼電保護裝置的安全性和運行質量進行綜合分析，從而保證其運行過程不受外界因素影響。

首先，企業在采買繼電保護裝置時，通過規范化流程加強質量管理，按照設定標準進行設備采購，從源頭上保證設備質量符合安全運行標準。

其次，在機電保護裝置安裝過程中，按行業規范要求進行安裝，并通過科學的調試手段驗證設備是否處于安全穩定運行狀態。

最后，在后續使用過程中，要建立相對完善的運維制度，安排專業運維人員進行定期檢定與維護。對于存在潛在故障的設備進行及時維修處理，必要時必須予以更換，以保證機電保護設備裝置始終處于健康穩定運行狀態，提升電力系統運行可靠性。

3.4.4" 強化技術人員專業素養

技術人員的專業素質直接影響繼電保護裝置的安全運行。因此，企業負責人需要通過多種方式加強相關技術人員的專業素質培養，使繼電保護裝置能夠安全穩定運行。首先，企業可以聘請高度專業化的人員來培訓電廠的技術團隊。為了保證培訓的有效性，可以在培訓后對受過培訓的人員進行適當的評價，使相關技術人員的專業素質盡可能得到有效提高。其次，每個技術人員的職責需要具體劃分，負責人可以保證每個繼電保護裝置都有專人負責[7]。該措施不僅可以提高技術人員的工作效率，還能極大地保證繼電保護裝置的正常可靠運行。

4" 結束語

電力企業在日常管理工作中科學應用電力系統安全自動控制技術與機電保護技術的主要目的在于提升電力系統自動化、智能化與保證電網安全高效運行。為此，企業應在具體工作實踐中，通過對電力系統運行問題分析與短路電流計算，科學使用繼電保護技術，并在系統采購、安裝和運維中加強質量控制，確保其始終處于穩定運行狀態，從而最大限度地消除電力系統安全隱患，保障廣大用戶用電穩定性。

參考文獻：

[1] 馬驍川，黎慶泰.電力系統中的繼電保護技術應用[J].集成電路應用，2022，39（8）：246-247.

[2] 馬驍川，黎慶泰.電力系統繼電保護中的技術策略分析[J].集成電路應用，2022，39（8）：250-251.

[3] 霍婷婷.電力系統繼電保護虛擬仿真技術設計及應用[J].黑龍江工業學院學報（綜合版），2022，22（7）：62-68.

[4] 劉新鵬，邢雷.電力系統中繼電保護自動化技術的應用分析[J].居業，2021（10）：47-48.

[5] 吳玉玲，王能勝，王黃磊，等.繼電保護自動化技術在電力系統中的應用研究[J].信息技術，2021（4）：164-169.

[6] 蘇欣，閆奕璇，耿泉峰.電力系統信息安全的防護措施分析[J].電子元器件與信息技術，2020，4（12）：22-23.

[7] 劉偉.電力系統自動化技術安全管理研究[J].新型工業化，2020，10（2）：31-35.