淺析電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的繼電保護(hù)和防雷保護(hù)

黃磊

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力系統(tǒng)性能的要求也在不斷提升。尤其是在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因?qū)е鲁霈F(xiàn)故障的情況屢見(jiàn)不鮮。為了保障整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定發(fā)展，需要保證電網(wǎng)中每臺(tái)電氣設(shè)備都能正常運(yùn)行，并能夠及時(shí)將故障信息傳遞到控制中心。在這樣的情況下，為了確保供電的安全性，電力系統(tǒng)中對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行了必要的保護(hù)措施，比如，對(duì)電力線路中的電流進(jìn)行保護(hù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展步伐不斷加快，人們對(duì)于供電安全性能方面需求越來(lái)越高，因此需要加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備繼電保護(hù)和防雷保護(hù)方面的研究工作。

1 繼電保護(hù)技術(shù)的工作原理與分類

我國(guó)電網(wǎng)采用的是集中供電模式，在地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，將導(dǎo)致電網(wǎng)的電流增大或減小。由此，采用繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)出現(xiàn)故障的線路進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，而后再基于正常參數(shù)的差別對(duì)比形成繼電保護(hù)技術(shù)的運(yùn)行原理。一般情況下，繼電保護(hù)技術(shù)會(huì)首先讀取被測(cè)部件的信號(hào)，并與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)的數(shù)值相比較，然后進(jìn)行邏輯上的故障分析，最后通過(guò)集中運(yùn)算來(lái)判斷是否采取信號(hào)預(yù)警、跳閘斷電等。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)包括電流保護(hù)、低壓保護(hù)、功率方向保護(hù)等。當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的不斷深入，繼電保護(hù)技術(shù)也將逐步走向網(wǎng)絡(luò)化和智能化。該裝置不但能監(jiān)測(cè)和報(bào)警故障，而且還能根據(jù)故障的不同進(jìn)行局部的自修復(fù)，由此能夠?yàn)楸ＷC電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供有力的保證。

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

（1）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置本身較為精密，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其可靠性也越來(lái)越高。因此，在實(shí)際工作中要加強(qiáng)對(duì)于繼電保護(hù)裝置運(yùn)行情況的監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)故障信息，需要及時(shí)將其傳遞到控制中心，確保能夠快速準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。

（2）目前電氣設(shè)備自身的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行存在較多缺陷，導(dǎo)致發(fā)生保護(hù)拒接的情況出現(xiàn)，進(jìn)而引發(fā)繼電保護(hù)故障。

（3）繼電保護(hù)裝置運(yùn)行期間受外部環(huán)境因素影響較大，比如，氣候和地理環(huán)境等多種因素影響。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展與建設(shè)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前發(fā)展的需要。

（4）我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，傳統(tǒng)的電網(wǎng)一般都是采用電力輸送和配電變壓器相匹配的方式來(lái)進(jìn)行，若電網(wǎng)與繼電器的配置不一致，很可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的工作失效，比如設(shè)備的過(guò)載，而有些區(qū)域由于整體開(kāi)關(guān)設(shè)備的更換沒(méi)有達(dá)到自動(dòng)控制的功能，從而會(huì)受到供電的影響，并且也將極易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題。

（5）由于繼電保護(hù)裝置自身的復(fù)雜程度比較高，隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，元件的數(shù)量也在不斷增加，如果出現(xiàn)故障，將會(huì)帶來(lái)極大的負(fù)面影響。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，可以看出，由于互感器飽和、繼電保護(hù)裝置元器件靈敏性降低等，都將直接導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。

3 電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的繼電保護(hù)

3.1 強(qiáng)調(diào)智能化電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)措施運(yùn)用

隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)已經(jīng)從單一的輸電系統(tǒng)走向了多元化。但是作為電力系統(tǒng)運(yùn)行最關(guān)鍵的設(shè)備之一的繼電保護(hù)卻在不斷地進(jìn)行著技術(shù)變革，繼電保護(hù)技術(shù)也成了整個(gè)電力系統(tǒng)中重要的組成部分，并且其發(fā)展也逐漸趨于成熟。尤其是在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的背景下，對(duì)繼電保護(hù)也有了更多新要求。首先，就傳統(tǒng)繼電保護(hù)而言，其采用傳統(tǒng)的繼電器操作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備故障情況進(jìn)行檢測(cè)以及反應(yīng)，然而，這種操作模式非常煩瑣且易受到外界環(huán)境影響。其次，繼電保護(hù)技術(shù)中存在很多不穩(wěn)定因素以及信息處理不足問(wèn)題。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)主要是通過(guò)繼電器的控制與反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)與反應(yīng)，但這種操作模式在復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)中會(huì)造成很大困擾。而且，還會(huì)出現(xiàn)很多由于外部環(huán)境因素導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)作的情況。最后，由于電力系統(tǒng)不斷變得更加復(fù)雜和多元化，使得繼電保護(hù)無(wú)法完全滿足實(shí)際工作需求，因此需要對(duì)其進(jìn)行更新與改進(jìn)。

目前，各有關(guān)單位和員工都應(yīng)該認(rèn)識(shí)到智能化的電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，并充分運(yùn)用現(xiàn)代的人工智能技術(shù)來(lái)為繼電保護(hù)提供更好的服務(wù)，比如，電網(wǎng)中的電阻短路、距離保護(hù)等故障排查都相對(duì)困難，由此將可以利用進(jìn)化規(guī)劃以及遺傳算法對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化突破，由此更好地提升電力信息的收集效能。

3.2 注重故障排查與處理技術(shù)的應(yīng)用

繼電保護(hù)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，要注重故障排查與處理的有效結(jié)合，提高設(shè)備的可靠性。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多種故障類型，這對(duì)繼電保護(hù)裝置的可靠性提出了更高考驗(yàn)。同時(shí)對(duì)故障類型的判斷及解決方法也需要進(jìn)一步探索和創(chuàng)新。首先，通過(guò)使用萬(wàn)能表進(jìn)行局部阻斷檢查，進(jìn)一步縮小故障的范圍，并逐漸確定故障的部位。其次，電位測(cè)量法不僅可以檢測(cè)二次電路的電壓、電流，還可以在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上對(duì)故障進(jìn)行存點(diǎn)分析，并且可以很好地判斷出故障的原因。最后，負(fù)核檢測(cè)法在交流線路故障分析中有較大的優(yōu)越性，但需要相關(guān)人員具備一定的工作經(jīng)驗(yàn)，才能有效地發(fā)現(xiàn)并解決這些問(wèn)題。

在實(shí)際工作中，繼電保護(hù)裝置需要具備較高的可靠性，因此，要積極應(yīng)用故障診斷和故障排除技術(shù)。在具體運(yùn)用過(guò)程中，還應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的繼電保護(hù)裝置，在確保繼電保護(hù)運(yùn)行安全的前提下，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。由于繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于一種復(fù)雜多變而且極易受到外界因素影響的系統(tǒng)，因此其本身的可靠性就很高，這也是其他系統(tǒng)無(wú)法比擬的。在實(shí)際工作中，繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和煙霧，并且這些煙霧會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)散到整個(gè)配電系統(tǒng)。因此，在實(shí)際工作過(guò)程中要及時(shí)地處理故障，以免引起安全事故和環(huán)境污染問(wèn)題。

3.3 完善設(shè)備分段處理和置換處理技術(shù)

設(shè)備分段處理技術(shù)和置換處理技術(shù)都是繼電保護(hù)中常見(jiàn)的技術(shù)手段，設(shè)備分段處理能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備內(nèi)部的電路線段進(jìn)行有效檢測(cè)，并通過(guò)信號(hào)發(fā)射器、繼電器等將檢測(cè)到的信息進(jìn)行傳輸，然后進(jìn)行故障檢測(cè)、識(shí)別以及報(bào)警處理。其具體工作原理是在某一區(qū)域內(nèi)發(fā)生線路故障時(shí)，如果該區(qū)域內(nèi)存在信號(hào)發(fā)射器和繼電器，則會(huì)發(fā)出故障警報(bào)信號(hào)。之后通過(guò)該信號(hào)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行故障診斷和隔離處理。

在設(shè)備置換處理中包含了大量的技術(shù)和操作，其工作原理是如果某個(gè)系統(tǒng)元件出現(xiàn)了故障，則需要將其他存在故障卻不會(huì)影響正常運(yùn)行的元器件更換或者維修處理好，然后重新將設(shè)備配置到正確位置上；而如果某一元件或電路出現(xiàn)問(wèn)題，則不會(huì)影響正常運(yùn)行。通常情況下，是在該電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生某個(gè)模塊或者線路的故障，需要對(duì)其重新配置、維修或更換元器件進(jìn)行處理。

首先，對(duì)設(shè)備分段處理中的信號(hào)發(fā)送裝置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有異常，立即報(bào)警、預(yù)警處理，避免因信號(hào)發(fā)送端的錯(cuò)誤而造成的問(wèn)題延時(shí)。其次，設(shè)備替換的處理方式可以在出現(xiàn)問(wèn)題后迅速地解決，從而提高了整個(gè)故障的處理能力，并根據(jù)設(shè)備的替換情況，對(duì)零部件進(jìn)行進(jìn)一步的分析，將故障降到最低限度，其工作原理是替換掉有可能出現(xiàn)故障的元器件，當(dāng)達(dá)到正常工作狀態(tài)時(shí)，就說(shuō)明元器件出現(xiàn)了問(wèn)題。如果依然尚未能夠排除故障，則需要重新配置其它元器件，以此更好地降低故障問(wèn)題出現(xiàn)概率。

4 電氣設(shè)備接地的相關(guān)要求及防雷接地

4.1 電氣設(shè)備接地的相關(guān)要求

對(duì)于我國(guó)的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所有電力設(shè)備均要采用國(guó)標(biāo)GB14050 系統(tǒng)接地的形式來(lái)進(jìn)行接地，這樣做的主要目的是保證電氣設(shè)備中的繼電保護(hù)、過(guò)電流等安全性能。

具體來(lái)說(shuō)，所有的電氣設(shè)備都要實(shí)現(xiàn)對(duì)地或?qū)咏拥鼐€進(jìn)行連接。在接地中，接地線和大地之間的夾角不能小于15°，而且接地線也要與電氣設(shè)備相連接。

保護(hù)接地是最基本且不可缺少的一種接口。電氣設(shè)備接地系統(tǒng)中所采用的保護(hù)接地線必須與保護(hù)地線相互連接來(lái)進(jìn)行使用。一般情況下，所有的低壓配電變壓器均是將中性點(diǎn)直接接地；在35kV 及以上的高壓電力線路中，中性點(diǎn)連接線也要采用對(duì)接地地線。在低壓配電系統(tǒng)中，有很多地方都要求中性點(diǎn)直接接地。比如，35kV 系統(tǒng)以及110kV 系統(tǒng)，中性點(diǎn)接地方式均可使用對(duì)接地地線。另外，對(duì)于一些特殊場(chǎng)合，還可以使用小電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。而低壓配電則可以使用接地線或者不接地線來(lái)實(shí)現(xiàn)工作接地。

4.2 電氣設(shè)備的防雷接地

防雷接地，是指將電子電氣設(shè)備外殼上的金屬部件進(jìn)行安全接地，確保電氣設(shè)備不會(huì)被雷擊損壞。保護(hù)接地可以分為兩種類型：一是架空地線保護(hù)，它的作用主要是防止電子電氣設(shè)備外殼被雷擊損壞。二是電纜保護(hù)，它主要作用是防止電纜和電氣設(shè)備之間發(fā)生電氣接觸故障和電氣設(shè)備因金屬結(jié)構(gòu)件造成短路故障而造成人身傷亡事故時(shí)。兩者的區(qū)別在于，架空地線不可以進(jìn)行有效接地，不具備防雷效果，而電纜保護(hù)會(huì)在一定程度上滿足防雷要求；在電子電氣設(shè)備外殼上設(shè)置架空地線時(shí)，其水平電導(dǎo)不應(yīng)該超過(guò)30m；在電子電氣設(shè)備中增設(shè)電纜保護(hù)器時(shí)，其水平電導(dǎo)應(yīng)該不超過(guò)50m。

5 電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的防雷保護(hù)措施

雷擊是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素，當(dāng)發(fā)生雷擊后，如果防御措施發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)所管轄地區(qū)造成巨大的破壞，從而導(dǎo)致大規(guī)模的停電，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的危害。因此，在電網(wǎng)的電氣設(shè)備運(yùn)行中，如何提高電網(wǎng)的防雷能力，是供電公司的一項(xiàng)重要工作。通過(guò)對(duì)近期發(fā)生的雷電事故的分析，認(rèn)為電力系統(tǒng)發(fā)生雷擊的主要形式有兩種：一是直接受到雷擊；二是因雷電沿著線路對(duì)電力系統(tǒng)造成間接傷害。

5.1 應(yīng)對(duì)直接雷電的措施

避雷針是防止雷擊的重要手段，為了完善電網(wǎng)的電氣設(shè)備的防雷工作，避雷針的應(yīng)用非常重要，在使用避雷針時(shí)，這種裝置的主要功能就是將閃電引向避雷針，然后引導(dǎo)到地面，從而為電器提供防護(hù)。在電力系統(tǒng)中，這種電壓水平的電源設(shè)備的絕緣性能相對(duì)較好，所以可以在配電設(shè)備的框架上直接安裝避雷針。

5.2 應(yīng)對(duì)電擊侵入波的方式

為了有效地解決因雷電侵入波所帶來(lái)的危險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施，其中，閘式避雷器是目前變電所應(yīng)防的主要手段，采用的是非線性電阻器。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)入侵波的處理方法，采取了在線路上設(shè)置閥型避雷器，以保護(hù)電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備整體性能。另外，由于電擊電流所產(chǎn)生的能量相對(duì)較大，所以為了對(duì)電源設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，則需要在電源的入口處安裝一個(gè)浪涌保護(hù)裝置，這樣既可以降低電擊能量造成的損壞，又可以利用低通濾波器對(duì)高頻成分進(jìn)行濾波。

5.3 保證接地裝置的導(dǎo)流性能

對(duì)于接地裝置的導(dǎo)流性能，相關(guān)研究人員認(rèn)為主要是指雷電電流通過(guò)接地裝置時(shí)能夠順利地導(dǎo)入地下。如果接地裝置自身具有良好的導(dǎo)流性能，就可以有效防止雷電電流在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生短路，從而降低了電氣設(shè)備發(fā)生故障的概率。從某種程度上來(lái)說(shuō)，這一理論對(duì)我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于受到場(chǎng)地的限制，很難對(duì)接地網(wǎng)形成有效保護(hù)。因此，在實(shí)際工程中，要想保證接地裝置設(shè)計(jì)和施工技術(shù)質(zhì)量，最好從接地裝置整體布局、結(jié)構(gòu)等方面著手。

5.4 電力系統(tǒng)的防護(hù)

在進(jìn)行雷電防護(hù)時(shí)，其主要內(nèi)容就是限制雷電的電流值和電波。在電網(wǎng)的運(yùn)行中，當(dāng)一根電線上有過(guò)電壓的時(shí)候，就會(huì)有一道電波從導(dǎo)線上逐漸蔓延。由于線路的抗沖擊電壓大于裝置的電壓，因此，在電網(wǎng)的進(jìn)線受到雷擊時(shí)，電擊的電流會(huì)超出正常范圍，如果不采用避雷線，則在靠近電網(wǎng)的一端就會(huì)發(fā)生故障，不能有效地保護(hù)電網(wǎng)，也就不能保證進(jìn)線的安全。因此，在電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備防雷時(shí)，將需要采用變壓器安全避雷器防止雷擊，從而確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的整體平穩(wěn)性和安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，對(duì)于供電安全性要求越來(lái)越高。在實(shí)際工作中，電氣設(shè)備的繼電保護(hù)和防雷保護(hù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，因此，要加強(qiáng)對(duì)于相關(guān)方面的研究。尤其是在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)繼電保護(hù)和防雷保護(hù)后，要進(jìn)一步對(duì)相關(guān)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性。與此同時(shí)，還需要保證電氣設(shè)備本身能夠處于良好狀態(tài)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。另外，還要對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行分析研究，而后采取相應(yīng)的繼電保護(hù)以及防雷保護(hù)技術(shù)，以更好地提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。