淺析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力已經(jīng)成為我國社會的主要能源，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，人民正常生活的重要保證。本文從繼電保護(hù)的基本原理對繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了簡單的介紹，并從小電流接地系統(tǒng)的接地保護(hù)闡述了繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，并分析了繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；應(yīng)用；發(fā)展

1 前言

隨著社會的進(jìn)步，市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力成為了社會生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的核心能源。然而，伴隨電力系統(tǒng)輸電規(guī)模幾何級數(shù)的增加以及輸電距離的不斷增長，再加上人們對于電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性以及電力輸送的質(zhì)量等都提出了更高的要求，這就對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和繼電保護(hù)提出了極大的壓力和挑戰(zhàn)。同時各地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的自然條件以及氣候變化，設(shè)備更迭以及人力資源配備等情況的差異，似的整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制變得極其困難。然而各種類型的短路卻是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最大障礙，例如因設(shè)備故障導(dǎo)致的短路會對電力設(shè)備和電力元件產(chǎn)生較大的損害，而某處電壓的異常下降會是電力傳輸?shù)馁|(zhì)量產(chǎn)生影響，而若果電力系統(tǒng)因其他外力受到干擾而不能正常運(yùn)行還可能英氣系統(tǒng)的震蕩，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰和癱瘓。隨之科學(xué)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，繼電保護(hù)設(shè)備和技術(shù)逐步被研發(fā)出來并應(yīng)用到電力系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測和維護(hù)中，從而有效保障和提升電力系統(tǒng)供電能力與供電質(zhì)量。因此，我們要加強(qiáng)對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的研究，確保電力系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

2 繼電保護(hù)技術(shù)

繼電保護(hù)的定義就是指在電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況的情況下，可以自動地對電力系統(tǒng)產(chǎn)生保護(hù)的措施。它之所以叫做繼電保護(hù)是因?yàn)橛杏|點(diǎn)的繼電器在其發(fā)展過程中被用為保護(hù)電力系統(tǒng)及一些諸如電線等的工作部件。繼電保護(hù)的基本任務(wù)就是：在電力運(yùn)行的過程中出現(xiàn)問題后以最快的速度和最窄的范圍內(nèi)自動將問題源去除或者發(fā)出警報(bào)，將損失降低到最小。

3 繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

我國電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有兩種，即：（1）中性點(diǎn)直接接地方式（大電流接地系統(tǒng)）；（2）中性點(diǎn)不直接接地方式（小電流接地系統(tǒng)）。本文繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用主要介紹中性點(diǎn)不直接接地方式的接地保護(hù)。

3.1 輸配電線路的接地保護(hù)

小電流接地系統(tǒng)中，如果電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高1.732倍，但線電壓的大小和相位不變（依然對稱），不影響對用戶的連續(xù)供電，所以負(fù)荷供電也不會受到影響。

小電流接地系統(tǒng)主要通過三種方式保護(hù)電路：第一，零序電壓保護(hù)。不發(fā)生故障時，電路中是不存在零序電壓的，各相電流的矢量和等于零，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)中就會出現(xiàn)零序電壓，直接導(dǎo)致信號繼電器報(bào)警。由于系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候相電壓會降低而沒有問題的時候正好相反，所以我們可以也通過觀察三個電壓表的情況來判斷是否發(fā)生故障。第二，零序電流保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路問題時，問題線路的零序電流會高于正常線路，根據(jù)這一原理來進(jìn)行系統(tǒng)的保護(hù)具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，因此對于系統(tǒng)中安裝有零序電流互感器的話，這一原理效果很好。第三，零序功率方向保護(hù)。對于那些沒有安裝零序電流互感器的線路或者是零序電流差比較小的故障，零序功率方向保護(hù)不失為一種比較好的選擇，而且它也可以達(dá)到比較高的敏捷度。

3.2 變壓器的保護(hù)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中一個最基本也最重要的電氣設(shè)備，它運(yùn)行正常與否直接影響著整個電力系統(tǒng)，所以很好地保護(hù)好它可以在很大程度上減少相應(yīng)的損失。

（1）變壓器的瓦斯保護(hù)。當(dāng)變壓器的油箱內(nèi)發(fā)生故障時，電弧會將其中的油等物質(zhì)分解為可燃?xì)怏w，如沒有及時發(fā)現(xiàn)后果將十分嚴(yán)重。瓦斯保護(hù)措施可以在在檢測到變壓器中有這些氣體時迅速跳開它各側(cè)的斷路器并報(bào)警。

（2）變壓器相間短路的后備保護(hù)。變壓器相間過流可采用阻抗保護(hù)或過電流保護(hù)作為后備保護(hù)。第一，阻抗保護(hù)。阻抗保護(hù)是利用阻抗元件來反應(yīng)短路故障的保護(hù)裝置，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值，也就是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗值；第二，過電流保護(hù)。當(dāng)流過被保護(hù)原件中的電流超過預(yù)先整定的某個數(shù)值時，保護(hù)裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報(bào)警信號。

（3）變壓器中性點(diǎn)接地保護(hù)。變壓器中性點(diǎn)接地保護(hù)專用于電力變壓器中性點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行兩種不同的運(yùn)行方式；從而避免由于系統(tǒng)故障，引發(fā)變壓器中性點(diǎn)電壓升高造成對變壓器的損害。

3.3 母線保護(hù)

根據(jù)原理不同，差動原理的母線保護(hù)和相位比較原理的母線保護(hù)是母線保護(hù)的兩種方式。第一，差動原理母線保護(hù)。其實(shí)它的原理就是基爾霍夫第一電流定理，它通過在所有母線的元件上裝上特性和變化都一樣的專用的電流互感器，差動繼電器繞組與電流互感器二次繞組并聯(lián)，從而接入母線差動保護(hù)裝置。第二，相位比較原理的母線保護(hù)。相位比較原理的母線保護(hù)是通過比較相位來進(jìn)行保護(hù)的，所以與幅值沒有關(guān)系，這樣一來不僅可以提高了母線保護(hù)的靈敏性，而且不平衡電流也不用考慮。

從上述母線保護(hù)的原理我們可知，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，并且應(yīng)滿足可靠性、快速性和選擇性。小電流接地系統(tǒng)可以使用兩相式接線方式，因?yàn)槟妇€保護(hù)只需反應(yīng)相間短路。而對于大電流接地系統(tǒng)，母線保護(hù)則應(yīng)采用三相式接線方式。

3.4 發(fā)電機(jī)保護(hù)

發(fā)電機(jī)也是電力系統(tǒng)中一個十分重要的元件，所以對于發(fā)電機(jī)的主保護(hù)和后備保護(hù)也是非常重要的。

發(fā)電機(jī)的主保護(hù)包括以下幾個方面：（1）縱聯(lián)差動保護(hù)。它的原理是比較發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)與中性點(diǎn)側(cè)電流與相位的大?。唬?）匝間短路保護(hù)。由于發(fā)電機(jī)差動保護(hù)不能保護(hù)定子繞組匝間短故障，在發(fā)生匝間短路后，若不能及時處理，則可能發(fā)展成為相間故障，造成發(fā)電機(jī)重大損壞，因此在大機(jī)組中都裝設(shè)有發(fā)電機(jī)定子匝間短路保護(hù)，同時也可保護(hù)定子繞組斷線故障；（3）定子繞組單相接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵芯間的絕緣一單破壞，就會形成定子單相接地故障，故應(yīng)裝設(shè)定子繞組單相接地保護(hù)；（4）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。

發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)包括：（1）功率方向保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率，逆功率保護(hù)動作斷路器跳閘。需要采集三相電壓和二相電流信號；（2）外部短路引起的定子繞組過電流保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)范圍外發(fā)生短路，而短路元件的保護(hù)或斷路器拒絕動作，這種保護(hù)作為外部短路的后備，也兼作縱差保護(hù)的后備保護(hù)；（3）定子繞組過負(fù)荷保護(hù)。定子繞組過負(fù)荷保護(hù)是對于發(fā)電機(jī)因過負(fù)荷或外部故障引起的定子繞組過電流，裝設(shè)定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子繞組過負(fù)荷保護(hù)由定時限和反時限兩部分組成；（4）定子繞組過電壓保護(hù)。過電壓保護(hù)用來保護(hù)發(fā)電機(jī)各種運(yùn)行情況下引起的定子過電壓，過電壓保護(hù)動作于跳閘；（5）失步保護(hù)。當(dāng)負(fù)載突然變化時，由于轉(zhuǎn)子有慣性，轉(zhuǎn)子功角不能立即穩(wěn)定在新的數(shù)值，而是在新的穩(wěn)定值左右要經(jīng)過若干次擺動，保護(hù)動作于信號；（6）低頻率保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率值低于規(guī)定值（大小、時間）時即按規(guī)定發(fā)出警告信號或相應(yīng)保護(hù)動作，避免汽輪機(jī)低頻運(yùn)行造成發(fā)電機(jī)葉片損傷、振動等，保護(hù)作用于信號。

4 繼電保護(hù)的發(fā)展

繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)支持，二十一世紀(jì)以來，我國的電力系統(tǒng)發(fā)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電力能源市場需求的迫切性不斷增強(qiáng)，我國供電能源產(chǎn)業(yè)在未來有著更為廣闊的發(fā)展余地。繼電保護(hù)技術(shù)作為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的有力保障，勢必需要不斷的突破創(chuàng)新，未來繼電保護(hù)技術(shù)是向計(jì)算機(jī)化，智能化發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息化的趨勢發(fā)展。

4.1 計(jì)算機(jī)化發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，社會對電力能源的需求量越來越大，高負(fù)荷的電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的要求也越來越高。除了要具有保護(hù)功能以外，還對其提出了很多其他方面的要求：擁有快速處理數(shù)據(jù)和強(qiáng)大的通信的功能；擁有較大的儲存空間能夠長期存放大容量故障信息和數(shù)據(jù)；與其它保護(hù)和控制裝置聯(lián)網(wǎng)共享整個店里系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息數(shù)據(jù)的能力；擁有高級語言編程能力等等。因此，繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化成為不可阻擋的趨勢。

4.2 智能化發(fā)展

二十世紀(jì)末，繼電保護(hù)技術(shù)開始引進(jìn)人工智能技術(shù)，并起到了十分重要的作用，將我國繼電保護(hù)工作帶入了一個嶄新的時代。其中在繼電保護(hù)中比較頻繁使用的人工智能技術(shù)有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化規(guī)劃、遺傳算法、模糊邏輯等，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種非線性映射的方法能夠模擬人類認(rèn)知過程的信息處理系統(tǒng)化解異常龐雜的非線性問題，目前應(yīng)用較為廣泛。

4.3 網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展

我們都知道，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已然成為當(dāng)今這個信息時代的技術(shù)支柱，它在各個方面都使我們生活的方方面面發(fā)生了巨大的改變。繼電保護(hù)除了能發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的元件和將故障影響范圍控制在最小范圍內(nèi)，還需要要有能保障整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行的能力，這樣一來就需要系統(tǒng)中的各個單元能夠一同分享整個系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，需要各個保護(hù)和控制裝置在分析統(tǒng)計(jì)這些數(shù)據(jù)和信息的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)運(yùn)行。如此，繼電保護(hù)裝置得到關(guān)于故障的信息數(shù)據(jù)越多，對故障發(fā)生地點(diǎn)、故障性質(zhì)的判定和故障距離的確定就越精確，從而大幅度提高了繼電保護(hù)的可靠性和靈敏性。

5 結(jié)語

繼電保護(hù)技術(shù)是電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行的保障，繼電保護(hù)技術(shù)是我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的安全衛(wèi)士，更是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)保持可持續(xù)發(fā)展的安全衛(wèi)士，是我國電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。另外，還必須要每隔一定的時間檢查和維護(hù)運(yùn)行中的繼電保護(hù)裝置，按時巡檢其運(yùn)行狀況，只有這樣才可以及時發(fā)現(xiàn)故障并做好相關(guān)的處理，才可以保證系統(tǒng)設(shè)備無故障地穩(wěn)定運(yùn)行，從而為各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)供電以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。繼電保護(hù)技術(shù)在我國的發(fā)展是隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而相互促進(jìn)與共同發(fā)展的，由于最近幾年以來電腦技術(shù)和電子信息技術(shù)等當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，我國繼電保護(hù)系統(tǒng)也將迎來發(fā)展的春天，從而保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，促進(jìn)我國供電事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮少輝.淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的應(yīng)用[J].科學(xué)實(shí)踐，2011，12（02）：226.

[2]嚴(yán)興疇.繼電保護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技質(zhì)訊，2007，27（03）：53-54.

[3]楊文芳.淺析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，24（08）：183.

[4]史洪.簡述電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2007（10）：12.

[5]宋昊.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)之我見[J].科教創(chuàng)新，2010（01）.

[6]田方.繼電保護(hù)和自動裝置的抗干擾問題[J].西北水電，2008（05）.

作者簡介：鄭權(quán)偉（1981-），男，江蘇蘇州人，本科，工程師，研究方向：繼電保護(hù)。