電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)方法研究

任洋++滕巍++張笑時(shí)

摘 要：人們生產(chǎn)生活中需要電力維持正常，因此電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生直接的影響。為了能夠確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，必須對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、控制和保護(hù)，而繼電保護(hù)與故障檢測(cè)均能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用，是保證電力系統(tǒng)安全性的重要措施。本文主要分析了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)的作用，闡述了基于小電流接地系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，并針對(duì)綜合故障分析系統(tǒng)的功能、繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模也逐漸增大，各地區(qū)電力系統(tǒng)規(guī)模也日益增大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)所需要處理的故障問(wèn)題也逐漸增多，難以確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測(cè)主要指針對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)做好對(duì)電力系統(tǒng)的控制與保護(hù)，屬于電力系統(tǒng)安全性保護(hù)的重要系統(tǒng)設(shè)施。繼電保護(hù)及故障檢測(cè)能夠針對(duì)多類(lèi)故障問(wèn)題發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并做出跳閘處理，確保降低故障對(duì)電力系統(tǒng)造成的損害，以提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)的作用

繼電保護(hù)及故障檢測(cè)的主要作用是保證電力系統(tǒng)的安全性，如果電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的設(shè)備和元件出現(xiàn)故障問(wèn)題，則此時(shí)繼電保護(hù)裝置能夠體現(xiàn)出選擇性、靈敏性、速動(dòng)性和可靠性特征，向存在故障的設(shè)備和元件最近的斷路器發(fā)出切斷指令，確保故障能夠被切斷，避免故障問(wèn)題的擴(kuò)散，降低故障設(shè)備和元件對(duì)電力系統(tǒng)的破壞程度，提高電力系統(tǒng)的安全性。繼電保護(hù)裝置及故障檢測(cè)還能夠針對(duì)電力系統(tǒng)中的保護(hù)設(shè)備和濾波設(shè)備等二次裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)繼電保護(hù)裝置及故障檢測(cè)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)異常情況的自動(dòng)分析，且具有快速性和準(zhǔn)確性，能夠高效診斷出故障發(fā)生位置和故障性質(zhì)。

電力系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)故障或處于異常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和異常工作情況進(jìn)行提示，即通過(guò)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的方式，確保工作人員能夠及時(shí)了解到電力系統(tǒng)中存在異常運(yùn)行情況，同時(shí)能夠以最快的速度進(jìn)行處理，保證設(shè)備的安全性。如果設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有工作人員，則繼電保護(hù)裝置能夠直接針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行處理，如切斷故障電氣設(shè)備，以確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

二、基于小電流接地系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法

（一）空間電磁場(chǎng)探測(cè)單相接地故障支路方法

如果電力系統(tǒng)中小電流接地系統(tǒng)存在單相接地問(wèn)題，此時(shí)接地點(diǎn)的前向支路、后向支路等會(huì)出現(xiàn)不同的特征，而且周?chē)妶?chǎng)和磁場(chǎng)也會(huì)出現(xiàn)變化。技術(shù)人員采用小電流接地系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，能夠針對(duì)正常支路和故障支路的5條配電線支路進(jìn)行故障點(diǎn)探測(cè)試驗(yàn)，然后根據(jù)探測(cè)結(jié)果，獲得正常支路參數(shù)、故障支路參數(shù)。故障參數(shù)就系統(tǒng)參數(shù)等，隨后針對(duì)該類(lèi)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，獲得故障穩(wěn)態(tài)條件下，配電系統(tǒng)支路零序容性電流及零序容性功率的特征。如果非故障零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負(fù)。如果故障支路故障點(diǎn)前向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負(fù)，如果故障支路故障點(diǎn)后向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為正。

技術(shù)人員進(jìn)行配電線路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分析，需要不考慮負(fù)載和線路間的互感影響，針對(duì)周邊電磁場(chǎng)進(jìn)行仿真接地點(diǎn)探測(cè)。電場(chǎng)信號(hào)和磁場(chǎng)信號(hào)分別進(jìn)入放大器、濾波器和過(guò)零比較器等進(jìn)行探測(cè)，并匯總至比相器和示波器，可以得出三相電壓和電流三相合成的電場(chǎng)和磁場(chǎng)與零序電壓和零序電流分別產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，能夠可替代。技術(shù)人員可以利用五次諧波電流電壓的電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，即利用空間電磁場(chǎng)探測(cè)故障支路和故障點(diǎn)就有可靠性和可行性。

（二）識(shí)別故障支路與故障接地相的方法

在電力系統(tǒng)中如果小電流接地系統(tǒng)存在單相接地故障，則此時(shí)會(huì)出現(xiàn)多故障特征暫態(tài)情況。針對(duì)該種情況，技術(shù)人員可以通過(guò)建立仿真模型，獲得故障發(fā)生前幾個(gè)周波的暫態(tài)信號(hào)波形，繼而可以判斷出支路符合電流出現(xiàn)波形瞬時(shí)畸變，得出故障支路與健全支路的三相電流能量時(shí)譜，從而實(shí)現(xiàn)獲得故障后小波能量接地選線選相判據(jù)，達(dá)到在系統(tǒng)還沒(méi)有收到故障較大影響的情況下，判斷出故障支路和故障接地相。另外為了能夠更進(jìn)一步提高小電流接地選線和故障定位的準(zhǔn)確性，可以將小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊識(shí)別和專(zhuān)家系統(tǒng)等人工智能相結(jié)合，將其應(yīng)用到配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)中。

三、綜合故障分析系統(tǒng)的功能

綜合故障分析系統(tǒng)的主要作用是為電力系統(tǒng)工作人員快速提供簡(jiǎn)要的故障信息，包含故障的準(zhǔn)確位置、開(kāi)關(guān)跳閘情況以及保護(hù)動(dòng)作行為等，以確保能夠使工作人員以最高效率做出系統(tǒng)恢復(fù)決策，同時(shí)該能夠提供各個(gè)保護(hù)裝置故障過(guò)程的詳細(xì)信息、故障電壓電流變化信息及故障分量對(duì)保護(hù)裝置的影響等，具有信息量詳細(xì)且龐大的特征。

綜合故障分析系統(tǒng)主要功能為能夠針對(duì)就地站保護(hù)與故障錄波器時(shí)鐘同步，同時(shí)為站內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提高重要數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，確保能夠滿足不同設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，達(dá)到不同工作對(duì)象工作需求標(biāo)準(zhǔn)。綜合故障分析系統(tǒng)能夠有效提高測(cè)距準(zhǔn)確性，主要是利用雙短故障測(cè)距進(jìn)行計(jì)算，且實(shí)現(xiàn)與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)交換，提高數(shù)據(jù)上網(wǎng)靈活性。此外綜合故障分析系統(tǒng)還具有故障系統(tǒng)集中處理功能、故障信息共享功能和故障信息綜合利用能力等。

四、綜合故障分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法

（一）網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法

繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，為了確保繼電保護(hù)個(gè)主要設(shè)備的保護(hù)裝置的可靠性，可以采用網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)與故障檢測(cè)，即實(shí)施微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置的差動(dòng)和縱聯(lián)串聯(lián)保護(hù)。微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化主要是由主站進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，如提供數(shù)據(jù)通信與處理等支持，同時(shí)還能夠保護(hù)繼電保護(hù)裝置安裝處的電氣量，判斷出故障位置、故障參數(shù)、故障性質(zhì)和故障原因等，繼而快速準(zhǔn)確的切除故障元件，提高電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（二）自適應(yīng)控制繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法

采用自適應(yīng)控制保護(hù)系統(tǒng)，主要是針對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化和故障狀態(tài)變化等進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)時(shí)變化狀態(tài)自動(dòng)改變保護(hù)性能，確保能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)各種轉(zhuǎn)臺(tái)變化，提高輸電線路距離保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)等電力系統(tǒng)響應(yīng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)的系能，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法

采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)與故障檢測(cè)，主要是依據(jù)生物神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等，將其應(yīng)用在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，以期提高繼電保護(hù)的作用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等能力，且還能夠?qū)崿F(xiàn)分布式信息存儲(chǔ)和并行處理，同時(shí)還能夠明確判斷出電力系統(tǒng)中發(fā)故障的方向，判斷出故障的類(lèi)型，同時(shí)檢測(cè)出故障的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的保護(hù)。

（四）變電站綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)與故障檢測(cè)方法

變電站綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)與故障檢測(cè)措施主要是將自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息采集系統(tǒng)和處理、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等多個(gè)技術(shù)綜合在一起進(jìn)行電力系統(tǒng)保護(hù)，包含測(cè)量功能、信號(hào)功能、保護(hù)功能、控制功能、計(jì)費(fèi)功能、繼電保護(hù)功能、緊急控制功能、故障錄波功能、RTU功能、維修狀態(tài)信息處理功能等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的綜合化管理。變電站綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠替代工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化變電站的監(jiān)測(cè)，包含監(jiān)視、控制、操作、測(cè)量、記錄和統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障狀態(tài)的監(jiān)視，針對(duì)故障問(wèn)題及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，且能夠針對(duì)故障按照順序進(jìn)行記錄。實(shí)現(xiàn)利用通信網(wǎng)絡(luò)針對(duì)變電站整體協(xié)調(diào)問(wèn)題和功能單一問(wèn)題等進(jìn)行處理，將其分割成各個(gè)獨(dú)立的裝置，同時(shí)滿足資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享等變電站集成自動(dòng)化。

此外變電站集成自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)㈤g隔繼電保護(hù)的控制、保護(hù)、數(shù)據(jù)處理等全部集成在多功能數(shù)字裝置中，采用光纖總線進(jìn)行連接，以確保滿足間隔內(nèi)部、間隔間、間隔同站級(jí)間的網(wǎng)絡(luò)通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性能夠直接影響人們的正常通電，因此電力企業(yè)需要加強(qiáng)機(jī)電保護(hù)與故障檢測(cè)。為了提高繼電保護(hù)與故障檢測(cè)質(zhì)量，需要注重應(yīng)用全新的故障檢測(cè)方法，并推動(dòng)電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)向自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展，以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒蔭升.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的故障分析及處理措施[A].中國(guó)武漢決策信息研究開(kāi)發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院.“決策論壇——區(qū)域發(fā)展與公共政策研究學(xué)術(shù)研討會(huì)”論文集（下）[C].中國(guó)武漢決策信息研究開(kāi)發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，2016：1.

[2]王悅研.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測(cè)新方法研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2014（9）：232.

[3]盧盛平.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)電力教育，2013（20）：207-208.