電力系統(tǒng)中電氣主設(shè)備繼電保護(hù)技術(shù)研究

蔡志峰

廣東立信電力服務(wù)有限公司，廣東 佛山 528500

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對電力的需求量逐漸增加，確保電能穩(wěn)定供應(yīng)對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維護(hù)社會和諧穩(wěn)定具有重要意義，因此電力行業(yè)面臨著時(shí)代的巨大發(fā)展機(jī)遇及挑戰(zhàn)。為了更好地應(yīng)對當(dāng)前的社會發(fā)展形勢，相關(guān)工作人員必須積極探討目前的電力設(shè)備繼電保護(hù)系統(tǒng)，以更加實(shí)用的方法及技術(shù)減少設(shè)備故障，促進(jìn)設(shè)備高效發(fā)展，同時(shí)需注重當(dāng)前電氣設(shè)備繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢，為我國的電力設(shè)備管理營造良好的發(fā)展環(huán)境，從而促進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化調(diào)整。繼電保護(hù)技術(shù)是保護(hù)電力供應(yīng)系統(tǒng)并對異常事故進(jìn)行檢查的重要環(huán)節(jié)[1]。

1 電力設(shè)備繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展

電力設(shè)備目前正朝著電氣自動化的方向發(fā)展。電氣自動化注重?zé)o人化的發(fā)展趨勢，需要從相關(guān)企業(yè)和社會發(fā)展形勢兩個方面進(jìn)行分析。首先，電氣設(shè)備繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以解決生產(chǎn)與環(huán)境之間的矛盾，大幅提高生產(chǎn)效率，降低能耗，尤其智能化技術(shù)控制方法能夠確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。其次，電氣設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)可以通過模塊程序進(jìn)行多方位計(jì)算檢測，測量信號的精準(zhǔn)性，并利用紅外探測器等裝置對多個區(qū)域進(jìn)行移動監(jiān)測、記錄和跟蹤，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)包括移動速度和流量參數(shù)，尤其對一些復(fù)雜性的操作，相較于人工操作而言更具精準(zhǔn)度。我國在二十世紀(jì)六十年代后期建立了繼電保護(hù)研究、制造及設(shè)計(jì)的完整體系；六十年代至八十年代的發(fā)展過程中晶體管是繼電保護(hù)技術(shù)的運(yùn)用重要部件，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)的全自主研發(fā)，結(jié)束了依靠國外進(jìn)口的狀況；進(jìn)入九十年代，電子信息化技術(shù)蓬勃發(fā)展，我國相繼研制了不同原理的繼電保護(hù)技術(shù)，并形成產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?，代表我國的繼電保護(hù)技術(shù)全面進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代[2]。

2 繼電保護(hù)技術(shù)的工作原理與分類

我國的電力系統(tǒng)采用集中供應(yīng)方式，當(dāng)區(qū)域性的供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會引起電流的增加或降低，因此可以通過繼電保護(hù)技術(shù)對出現(xiàn)故障的路段進(jìn)行參數(shù)對比，其與正常參數(shù)的差別構(gòu)成了繼電保護(hù)技術(shù)的運(yùn)行工作原理。正常情況下，繼電保護(hù)技術(shù)會先對被測量部分的信號進(jìn)行讀取，并與標(biāo)準(zhǔn)范圍值進(jìn)行有效對比，然后分析邏輯錯誤，再經(jīng)過集中的計(jì)算審核決定是否采取信號預(yù)警、跳閘斷電等。繼電保護(hù)技術(shù)根據(jù)不同的電路運(yùn)行功能及需求采用不同的方案，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)也在不斷發(fā)展革新。傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)包括電流保護(hù)、低壓保護(hù)、功率方向保護(hù)等，按照保護(hù)的作用還可分為主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等。目前，電子信息化技術(shù)的全面滲透，使繼電保護(hù)逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，不僅可以對故障進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警，還可以根據(jù)故障的具體情況，實(shí)現(xiàn)部分自我修復(fù)，是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，同時(shí)在一定程度上節(jié)約了人力、物力成本[3]。

3 電氣主設(shè)備繼電保護(hù)存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

第一，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置本身較為精密，因此隨著使用年限的增長，設(shè)備內(nèi)部的元件會出現(xiàn)老化或受損現(xiàn)象，從而造成設(shè)備運(yùn)行故障。首先，主變差動保護(hù)開關(guān)拒合，并對電壓回路和電壓互感器的運(yùn)行造成一定影響，將導(dǎo)致繼電保護(hù)設(shè)備故障頻發(fā)，需對元器件進(jìn)行維修或更換。其次，TA與TV之間的比差無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，也可能造成設(shè)備繼電保護(hù)裝置非正常運(yùn)行。

第二，我國的電力系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)歷了數(shù)個時(shí)期，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通常以電力輸送和配電變壓器匹配建設(shè)，如果電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)裝置之間存在不符合的問題，容易造成繼電保護(hù)裝置運(yùn)行故障，如設(shè)備運(yùn)行超負(fù)荷，而部分地區(qū)在整體開關(guān)設(shè)備更換時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)自動化功能，因此會受到電力運(yùn)行的影響，形成開關(guān)設(shè)備故障。

第三，繼電保護(hù)裝置本身較為精密，隨著當(dāng)前智能化技術(shù)的逐漸普及，所使用的元器件也越來越多，一旦元器件受損將造成嚴(yán)重影響，因此需要對元器件進(jìn)行質(zhì)量控制。從目前的繼電保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，元器件故障類型較多，如互感器飽和、繼電保護(hù)裝置元器件靈敏性降低等，都會在一定程度上造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行。

第四，電流互感器故障。電流互感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理在有路線和電流經(jīng)過的閉合路段進(jìn)行測量，電流互感器的電流變化代表該路段的電流穩(wěn)定性，如果電流出現(xiàn)異常情況，則表示電力系統(tǒng)末端的運(yùn)行不穩(wěn)定或者有故障產(chǎn)生，如果電流互感器出現(xiàn)故障，就會造成系統(tǒng)運(yùn)行短路問題。一般而言，電力系統(tǒng)的終端荷載增加代表系統(tǒng)出現(xiàn)短路問題，而電流互感器與短路電流成正比，如果其靈敏性降低或者自身發(fā)生故障，將無法對末端短路問題發(fā)出故障指令[4]。

4 電力系統(tǒng)電氣主設(shè)備繼電保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化策略

繼電保護(hù)技術(shù)是保證電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，但是其容易受到各種外界因素影響，需要相關(guān)人員了解繼電保護(hù)技術(shù)的工作原理，并結(jié)合目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)故障原因進(jìn)行深入分析思考、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而為繼電保護(hù)基礎(chǔ)的靈活運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5]。

4.1 加強(qiáng)智能化電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)措施的運(yùn)用

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能化系統(tǒng)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、邏輯推導(dǎo)等在電力系統(tǒng)中受到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了繼電保護(hù)的發(fā)展。相關(guān)部門及工作人員應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)做好繼電保護(hù)。例如，在輸電系統(tǒng)中常發(fā)的電阻短路、距離保護(hù)情況很難進(jìn)行故障排查，甚至?xí)斐烧`操作，而利用智能化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對故障樣本進(jìn)行訓(xùn)練性分析，可以提高對故障的判斷率。另外，遺傳算法可以在繼電保護(hù)中有更多的突破，但需要整個電力系統(tǒng)進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，提高網(wǎng)絡(luò)電力信息化收集效能[6]。

4.2 注重故障排查與處理技術(shù)的應(yīng)用

隨著當(dāng)前電力系統(tǒng)逐漸精細(xì)化，需注重繼電保護(hù)技術(shù)與故障排查處理技術(shù)的有效結(jié)合，以便及時(shí)找出繼電保護(hù)裝置的故障位置并處理。首先，可以利用萬能表進(jìn)行阻擋區(qū)域性排查，進(jìn)一步縮小故障范圍，并逐步找到故障位置。其次，電位測量法能夠?qū)Χ位芈分械碾妷汉碗娏鬟M(jìn)行檢測，也能在各節(jié)點(diǎn)上對故障進(jìn)行存點(diǎn)分析，而且對于故障原因也有很好的判定路徑。最后，負(fù)核檢測法對于交流回路故障分析更具優(yōu)勢，但是要求相關(guān)工作人員具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，才能高效地排查處理故障[7]。

4.3 完善設(shè)備分段處理和置換處理技術(shù)

電力系統(tǒng)運(yùn)行路線較長，采用設(shè)備分段處理技術(shù)可以對各區(qū)域的電路線段進(jìn)行有效檢測，減少檢測時(shí)間，降低相關(guān)成本。設(shè)備分段處理技術(shù)需不斷創(chuàng)新和提高，提升繼電保護(hù)的準(zhǔn)確性。首先，對設(shè)備分段處理中的信號發(fā)送器進(jìn)行自動檢查，一旦發(fā)現(xiàn)信號發(fā)射器存在異常情況，則報(bào)警、預(yù)警處理，防止由于信號發(fā)射器故障導(dǎo)致問題延遲。其次，設(shè)備置換處理方法可以在發(fā)生問題時(shí)盡快解決，以提高故障解決效率，同時(shí)能根據(jù)設(shè)備更換情況，對其中的元器件進(jìn)行進(jìn)一步評估，將故障縮小在最小范圍內(nèi)，對可能存在故障的元器件進(jìn)行置換，如果達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)，則明確其元器件產(chǎn)生故障，若未能排除故障，則需要對其他元器件甚至其他設(shè)備部件進(jìn)行調(diào)配更換[8]。

4.4 積極挖掘運(yùn)用現(xiàn)代電力數(shù)據(jù)

當(dāng)前的電氣設(shè)備正在與電氣自動化、人工智能進(jìn)行深度融合，并集中在過程控制、生產(chǎn)管理控制以及企業(yè)信息系統(tǒng)方面。首先，過程控制是在網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行全過程持續(xù)性監(jiān)控，需要建立各種模塊化傳感器以及信息數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，從而對設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行參數(shù)及質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)了集成化、精細(xì)化數(shù)字操作，同時(shí)可對設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行集中化管理，具有積極意義。其次，工業(yè)化發(fā)展的逐漸向精細(xì)化深度進(jìn)行滲透，因此生產(chǎn)控制需要針對企業(yè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行創(chuàng)新和挖掘，既要對安全生產(chǎn)信息進(jìn)行有效收集，也要利用數(shù)字化模擬、力學(xué)計(jì)算等方式，對各類模型進(jìn)行自主模仿計(jì)算，從而既能為決策層提供更多的數(shù)據(jù)依據(jù)，又能優(yōu)化生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)，提高新產(chǎn)品研發(fā)的效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，電力產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，同時(shí)由于該行業(yè)的特殊性，需要面對各類不同的復(fù)雜性條件，導(dǎo)致電氣主設(shè)備較易損壞，需要針對當(dāng)前的社會發(fā)展形勢以及市場需求進(jìn)行繼電保護(hù)控制技術(shù)分析，強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用范圍以及管理方式優(yōu)化，并根據(jù)當(dāng)前的設(shè)備發(fā)展趨勢提高自身的維修及管理效能，降低成本損耗。