淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測

劉 明

（國網(wǎng)湖南省電力公司懷化供電分公司，湖南 懷化 418000）

淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測

劉 明

（國網(wǎng)湖南省電力公司懷化供電分公司，湖南 懷化 418000）

文章通過闡述電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測的作用，引出以小電流接地系統(tǒng)為基礎(chǔ)的故障檢測方法；通過分析綜合系統(tǒng)故障分析的功能，引出對綜合故障分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)與故障檢測的新方法，以更好地保護(hù)電力系統(tǒng)，確保其工作的穩(wěn)定性與安全性。

電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障檢測；小電流接地系統(tǒng)；綜合故障分析系統(tǒng)

在我國科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟(jì)飛躍進(jìn)步的推動下，城市化進(jìn)程不斷加快，社會運(yùn)行不斷精密化，全國人民對電力的需求越加嚴(yán)格，電力系統(tǒng)作為社會運(yùn)行中的一個(gè)重要組成部分，探究維護(hù)其安全與穩(wěn)定具有重要的社會價(jià)值。維護(hù)電力系統(tǒng)有兩個(gè)關(guān)鍵方面，即繼電保護(hù)與故障檢測，其涵義主要是通過自動監(jiān)測電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中及時(shí)查找與發(fā)現(xiàn)線路故障的核心問題，從而根據(jù)局部電網(wǎng)或者是線路短路故障因素準(zhǔn)確地判斷電力系統(tǒng)承受電纜的能力與故障的具體嚴(yán)重情況，并施行減少局部電網(wǎng)電壓與斷電等切實(shí)有效的措施，達(dá)成控制與保護(hù)電力系統(tǒng)的目的，使其保持平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)。社會生產(chǎn)活動以及人們的生活均需要電力來維持正常，因此強(qiáng)化電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)與故障檢測是現(xiàn)下電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文主要研究分析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測的作用、方法等相關(guān)內(nèi)容，以期能給予電力企業(yè)一些有效的建議，進(jìn)一步促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測的作用

1.1 在電力運(yùn)行過程中起到保護(hù)作用

電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程必須保持穩(wěn)定、安全，從而確保電力系統(tǒng)的整體運(yùn)作效率高、持續(xù)性好。繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)的運(yùn)行是常態(tài)化的，也就是一直是運(yùn)行的，故障時(shí)自動切除故障，從而切實(shí)有效地防止故障電路擴(kuò)大而影響整個(gè)電力系統(tǒng)，最大限度地避免電力系統(tǒng)受破壞嚴(yán)重化，同時(shí)做好存儲歷史數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)的信息數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)不斷更新與進(jìn)步的發(fā)展下，電力企業(yè)相關(guān)的信息化程度也隨之不斷提高與強(qiáng)化。就目前的形勢來看，電力系統(tǒng)的信息管理程序不斷升級，存儲容量大大地?cái)U(kuò)增，同時(shí)其運(yùn)算的速度也不斷加快，電力系統(tǒng)信息化進(jìn)一步強(qiáng)化，使得電力運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題時(shí)能快速恢復(fù)正常，保持運(yùn)行穩(wěn)定。

1.2 對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

在電力系統(tǒng)中裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，使得電力系統(tǒng)維持高速與平穩(wěn)運(yùn)行得到有效的保障。在無人值班時(shí)，電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)裝置可自動分析與處理各種設(shè)備的溫度情況、運(yùn)行狀態(tài)，并合理調(diào)整工作人員未檢測到的相關(guān)設(shè)備，對具有引發(fā)事故潛在性的設(shè)備進(jìn)行有針對性、選擇性地切除。由此可知，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備對故障的處理具有很大的作用，工作人員需定期維護(hù)，保持繼電保護(hù)裝置的安全性與靈敏性，從而有效地維持電力系統(tǒng)中所有相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行安全與穩(wěn)定。

1.3 對運(yùn)行設(shè)備的情況進(jìn)行自動化分析

電力系統(tǒng)中有一些設(shè)備會出現(xiàn)非正常運(yùn)行狀態(tài)，對于這種情況，繼電保護(hù)設(shè)備能自動分析電力設(shè)備在運(yùn)行過程中的表面溫度，并以此為依據(jù)實(shí)行硬件維護(hù)，同時(shí)能及時(shí)將異常情況發(fā)出報(bào)警信號，如系統(tǒng)設(shè)備中出現(xiàn)故障的區(qū)域、性質(zhì)等，此時(shí)工作人員根據(jù)收到的異常運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)施相應(yīng)的處理措施或是采取停機(jī)檢修處理，從而確保電力系統(tǒng)整體良好性。

2 以小電流接地系統(tǒng)為基礎(chǔ)的故障檢測方法

2.1 關(guān)于空間電磁場檢測單相接地故障支路的方法

通常情況下，當(dāng)電力系統(tǒng)的中、小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地的故障時(shí)，接地點(diǎn)的前、后向支路等均有不同情況的特點(diǎn)，并且接地點(diǎn)四周的磁場、電場也會發(fā)生不同情況的特點(diǎn)。工作人員對小電流接地系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行分析，對出現(xiàn)故障的支路以及正常支路的五條配電線支路進(jìn)行具有針對性的檢測試驗(yàn)，以獲得的檢測數(shù)據(jù)與結(jié)果分析故障支路、正常支路的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)對電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，在故障穩(wěn)態(tài)情況下，獲得配電系統(tǒng)支路的零序容性電流、功率的特點(diǎn)，從而進(jìn)一步分析故障的情況。工作人員同時(shí)結(jié)合分析配電線路的磁場與電場，在無需考慮負(fù)載與線路互感影響的條件下進(jìn)行仿真接地檢測。工作人員根據(jù)五次諧波電流的磁場、電場檢測故障，可確保檢測結(jié)果的可靠性，從而選擇相應(yīng)的保護(hù)方案。

2.2 對故障支路、故障接地相的識別

電力系統(tǒng)中的小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地的問題時(shí)，通常會發(fā)生多故障特點(diǎn)的暫態(tài)情況，工作人員可制作針對性的仿真模型，在仿模中分析出現(xiàn)故障前的幾個(gè)周波暫態(tài)波形情況，由此進(jìn)一步分析畸變、時(shí)譜、接地選相，并在故障未嚴(yán)重影響整個(gè)電力系統(tǒng)前及時(shí)分析處理故障支路、接地相。另外，為準(zhǔn)確定位小電流接地選線、定位，工作人員可將模糊識別、小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等功能結(jié)合應(yīng)用于系統(tǒng)的故障檢測中。

3 分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)與故障檢測方法

綜合故障分析系統(tǒng)的作用主要是將簡要的如開關(guān)跳閘、故障位置與保護(hù)動作行為等故障信息快速反應(yīng)給電力系統(tǒng)的工作人員，使得工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地做出判斷與決策，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除此之外，綜合故障分析系統(tǒng)還能向工作人員提示設(shè)備故障、電壓電流與分量的影響等具體信息，具有信息量大而精密的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)故障錄波器時(shí)鐘的同步、針對性保護(hù)就地站、提高站內(nèi)自動化監(jiān)控系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)等是綜合故障分析系統(tǒng)的重要功能，同時(shí)還能提高測距數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、靈活性。

系統(tǒng)不但能為電力系統(tǒng)工作人員提供及時(shí)、精簡的故障信息，并通過跳閘的方式先期處置，還能為繼電保護(hù)的技術(shù)工作人員提供如故障電流電壓的變化情況、故障分量對電子單元的影響情況等專業(yè)信息。能通過雙端故障測距計(jì)算提高測距準(zhǔn)確性；能提供與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)交換，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上網(wǎng)方式更具有靈活性。系統(tǒng)還具有故障信息集中處理、共享及綜合利用功能?；诖?，通過分析系統(tǒng)而得到的繼電保護(hù)與故障檢測的新方法主要有四點(diǎn)：

3.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測的網(wǎng)絡(luò)化方法

施行網(wǎng)絡(luò)化的保護(hù)與檢測，可提高電力系統(tǒng)中重要設(shè)備的可靠性、靈敏性，通過微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)施達(dá)到保護(hù)設(shè)備的作用，即主站對保護(hù)裝置進(jìn)行統(tǒng)一化的管理與協(xié)調(diào)，同時(shí)保護(hù)設(shè)備的差動、縱聯(lián)串聯(lián)，例如數(shù)據(jù)通信、處理等，還能穩(wěn)定繼電保護(hù)設(shè)備的電氣量，準(zhǔn)確分析故障參數(shù)、位置與原因以及性質(zhì)等因素，從而能及時(shí)、準(zhǔn)確地將故障元件進(jìn)行針對處理，使得電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

3.2 繼電保護(hù)與故障檢測的自適應(yīng)控制方法

自適應(yīng)控制主要是通過檢測電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障狀態(tài)等變化情況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)作用。另外，通過自適應(yīng)控制能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化情況自動保護(hù)性能的相應(yīng)改變，使得整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)適應(yīng)轉(zhuǎn)臺變化，從而提高電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的相應(yīng)性能，例如發(fā)電機(jī)保護(hù)、輸電線路距離保護(hù)與變壓器保護(hù)等，由此強(qiáng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

3.3 繼電保護(hù)與故障檢測的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是將生物神經(jīng)系統(tǒng)的模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法等應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，以此進(jìn)一步強(qiáng)化電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)功能較多，包括自組織、自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)等，不僅能存儲分布式的信息，同時(shí)能并行處理，除此之外，還能對電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的方向、類型、距離進(jìn)行準(zhǔn)確性地判斷，對電力系統(tǒng)的各個(gè)保護(hù)裝置進(jìn)行有效的保護(hù)。

3.4 繼電保護(hù)與故障檢測的變電站綜合自動化方法

變電站綜合自動化主要是將綜合計(jì)算機(jī)信息的采集系統(tǒng)與處理系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等技術(shù)集于一體，包括信號、測量、計(jì)費(fèi)、緊急控制與故障錄波以及維修狀態(tài)信息處理等功能，綜合管理電力系統(tǒng)。變電站綜合自動化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能對數(shù)字化變電站的記錄、統(tǒng)計(jì)分析、監(jiān)視操作與故障狀態(tài)等進(jìn)行檢測，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)立即進(jìn)行報(bào)警并將按照順序記錄故障情況，由此減少工作人員出現(xiàn)疏忽等差錯，并及時(shí)發(fā)出信號處理故障，確保電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國科技與經(jīng)濟(jì)飛快進(jìn)步的背景下，社會化發(fā)展的進(jìn)程不斷加快，同時(shí)對電力的需求量不斷提高，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測也成為人們的關(guān)注點(diǎn)，然而就目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測的形勢來看，還需不斷研究，緊跟上社會發(fā)展的步伐。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測能起到保護(hù)電力運(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)、自動分析運(yùn)行設(shè)備情況等作用，應(yīng)不斷更新先進(jìn)的繼電保護(hù)與檢測方法，例如采用網(wǎng)絡(luò)化方法、自適應(yīng)控制方法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法以及變電站綜合自動化方法等，從而有效地維持電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

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（責(zé)任編輯：小 燕）

TM77

1009-2374（2017）07-0188-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.089

劉明（1988-），男，江西豐城人，國網(wǎng)湖南省電力公司懷化供電分公司技師，研究方向：繼電保護(hù)。

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