繼電保護(hù)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

周 強(qiáng)

[摘要]近年來(lái)隨電力系統(tǒng)飛速發(fā)展,對(duì)于繼是保護(hù)技術(shù)應(yīng)用的要求也逐漸提高。因此,概述繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用存在問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]繼電保護(hù)特點(diǎn)可靠性發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1220112-02

一、前言

電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求,電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力,隨著微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用普及,繼電保護(hù)二次系統(tǒng)的自動(dòng)化水平得到不斷提高,許多當(dāng)前由人工處理的模擬信息轉(zhuǎn)化為大量的數(shù)字信息,而技術(shù)管理人員也有許多用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的資料和試驗(yàn)記錄文檔。因此,繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚,在40余年的發(fā)展時(shí)間里經(jīng)歷了4個(gè)歷史階段,現(xiàn)在是微機(jī)保護(hù)階段。

二、繼電保護(hù)技術(shù)

何為繼電保護(hù)裝置?繼電保護(hù)裝置是指:當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機(jī)、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí),能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號(hào),或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動(dòng)化措施和設(shè)備,一般通稱(chēng)為繼電保護(hù)裝置。其基本任務(wù)是:1.當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí),應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令,使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開(kāi),以最大限度地減少對(duì)電力系統(tǒng)元件本身的損壞,降低對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的影響,并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求。2.反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況,并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同(例如有無(wú)經(jīng)常值班人員)發(fā)出信號(hào),以便值班人員進(jìn)行處理,或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整,或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。其基本要求是應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。這四“性”之間緊密聯(lián)系,既矛盾又統(tǒng)一。

三、微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)特點(diǎn)

研究和實(shí)踐證明,與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較,微機(jī)保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn),其主要特點(diǎn)如下:

1.改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特征和性能,動(dòng)作正確率高。

主要表現(xiàn)在能得到常規(guī)保護(hù)不易獲得的特性;其很強(qiáng)的記憶力能更好地實(shí)現(xiàn)故障分量保護(hù);可引進(jìn)自動(dòng)控制、新的數(shù)學(xué)理論和技術(shù)如自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,其運(yùn)行正確率很高也已在運(yùn)行實(shí)踐中得到證明。

2.可以方便地?cái)U(kuò)充其他輔助功能。

如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測(cè)距等功能。

3.工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越。

體現(xiàn)在硬件比較通用,制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);裝置體積小,減少了盤(pán)位數(shù)量:功耗低。

4.可靠性容易提高。

體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響,不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強(qiáng),可用軟件方法檢測(cè)主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

5.使用靈活方便,人機(jī)界面越來(lái)越友好。

其維護(hù)調(diào)試也更方便,從而縮短維修時(shí)間:同時(shí)依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)軟件方法改變特性、結(jié)構(gòu)。

6.可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。

微機(jī)保護(hù)裝置具有串行通信功能,與變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)使微機(jī)保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性。

四、如何保證繼電保護(hù)的可靠性

繼電保護(hù)的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置以及正常的運(yùn)行維護(hù)和管理來(lái)保證,任何電力設(shè)備都不允許在無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。微機(jī)保護(hù)在全國(guó)電力系統(tǒng)的普及率已相當(dāng)高,其可靠性、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)不言而喻。就微機(jī)保護(hù)的特殊性而言,還有一些現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題值得我們注意,這就是要采用有針對(duì)性的技術(shù)措施把微機(jī)保護(hù)的誤動(dòng)作限制在最小范圍以內(nèi)。以下是筆者近年來(lái)工作中的體會(huì),供同行參考。

(一)繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題

在繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)過(guò)程中必須注意:將整組試驗(yàn)和電流回路升流試驗(yàn)放在本次檢驗(yàn)最后進(jìn)行,這兩項(xiàng)工作完成后,嚴(yán)禁再拔插件、改定值、改定值區(qū)、改變二次回路接線等工作。

(二)定值區(qū)問(wèn)題

微機(jī)保護(hù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以有多個(gè)定值區(qū),這極大方便了電網(wǎng)運(yùn)行方式變化和代路情況下的定值更改問(wèn)題?，F(xiàn)在必須注意的是定值區(qū)的錯(cuò)誤對(duì)繼電工作來(lái)說(shuō)是一大忌,必須采用嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)確保定值區(qū)的正確性。措施是,在修改完定值后,必須打印定值單及定值區(qū)號(hào),注意日期、變電站、修改人員及設(shè)備名稱(chēng),并重點(diǎn)在繼電保護(hù)工作記錄中注明定值編號(hào)。

(三)一般性檢查

不論何種保護(hù),一般性檢查都是非常重要的,但是在現(xiàn)場(chǎng)也是容易被忽略的項(xiàng)目,至少是沒(méi)有認(rèn)真去做。一般性檢查大致包括以下幾個(gè)方面:清潔、連接件是否緊固、焊接點(diǎn)是否虛焊、機(jī)械特性等。其次是應(yīng)該將裝置所有的插件拔下來(lái)檢查一遍,將所有的芯片按緊,螺絲擰緊并檢查虛焊點(diǎn)。在檢查中,也必須將各元件、保護(hù)屏、控制屏、端子箱的螺絲緊固作為一項(xiàng)重要工作來(lái)落實(shí)。

(四)接地問(wèn)題

繼電保護(hù)工作中接地問(wèn)題是非常突出的,大致分以下兩點(diǎn)說(shuō)明:1. 保護(hù)屏的各裝置機(jī)箱、屏障等的接地,必須接在屏內(nèi)的銅排上,一般生產(chǎn)廠家已做得較好,只需認(rèn)真檢查。2.電流、電壓回路的接地也存在可靠性問(wèn)題,如接地在端子箱,那么端子箱的接地是否可靠,這些都是嚴(yán)重影響設(shè)備安全和人身安全的因素。

(五)工作記錄和檢查習(xí)慣

工作記錄必須認(rèn)真、詳細(xì),真實(shí)地反映工作的一些重要環(huán)節(jié),這樣的工作記錄應(yīng)該說(shuō)是一份技術(shù)檔案,在日后的工作中是非常有用的。繼電保護(hù)工作記錄應(yīng)在規(guī)程限定的內(nèi)容以外,認(rèn)真記錄每一個(gè)工作細(xì)節(jié)、處理方法。

五、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趁勢(shì)

電力企業(yè)是一個(gè)“三密企業(yè)(資產(chǎn)密集型、技術(shù)密集型、人才密集型)”,知識(shí)管理應(yīng)該成為電力行業(yè)發(fā)展的靈魂,繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化,網(wǎng)絡(luò)化,智能化,保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)蛛申。保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用,新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中,以期取得更好的效果,從而使微機(jī)繼電保護(hù)的研究向更高的層次發(fā)展,出現(xiàn)了一些引人注目的新趨勢(shì)。

(一)計(jì)算機(jī)化

隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展,微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高,除了保護(hù)的基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強(qiáng)大的通信能力,與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力,高級(jí)語(yǔ)言編程等。繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求,如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性,如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,尚需進(jìn)行具體深入的研究。

(二)網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱,使人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái),亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性,這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

(三)智能化

近年來(lái),人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開(kāi)始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法,很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問(wèn)題,應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解?？梢灶A(yù)見(jiàn),人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用,以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。

(四)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化

在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下,保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī),是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù),也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此,每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能,而且在無(wú)故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能,亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。

(五)自適應(yīng)控制技術(shù)

自適應(yīng)繼電保護(hù)的概念始于20世紀(jì)80年代,它可定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的新型繼電保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化,進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。自適應(yīng)繼電保護(hù)具有改善系統(tǒng)的響應(yīng)、增強(qiáng)可靠性和提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn),在輸電線路的距離保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。

(六)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的一些研究工作也轉(zhuǎn)向人工智能的研究。專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制理論逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中,為繼電保護(hù)的發(fā)展注入了活力。

基于生物神經(jīng)系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有分布式存儲(chǔ)信息、并行處理、自組織、自學(xué)習(xí)等特點(diǎn),其應(yīng)用研究發(fā)展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息處理、自動(dòng)控制和非線性優(yōu)化等問(wèn)題。近幾年來(lái),電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障類(lèi)型的判別、故障距離的測(cè)定、方向保護(hù)、主設(shè)備保護(hù)等。

(七)變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、緊急控制裝置和計(jì)量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場(chǎng)技術(shù)創(chuàng)新。繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化的緊密結(jié)合已成為可能,它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享。以遠(yuǎn)方終端單元(RTU)、微機(jī)保護(hù)裝置為核心,將變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏,能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資,提高二次系統(tǒng)的可靠性。隨著微機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高,現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展,以及標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約的陸續(xù)推出,變電站綜合自動(dòng)化成了熱門(mén)話題。競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)將促進(jìn)新的自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)下,變電站將向集成自動(dòng)化方向發(fā)展。根據(jù)變電站自動(dòng)化集成的程度,可將未來(lái)的自動(dòng)化系統(tǒng)分為協(xié)調(diào)型自動(dòng)化和集成型自動(dòng)化。協(xié)調(diào)型自動(dòng)化仍然保留間隔內(nèi)各自獨(dú)立的控制、保護(hù)等裝置,各自采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的輸出功能,通過(guò)統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)相連,在站級(jí)建立一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),進(jìn)行各個(gè)功能的協(xié)調(diào)。而集成型自動(dòng)化既在間隔級(jí),又在站級(jí)對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行優(yōu)化組合,是現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。所謂集成型自動(dòng)化系統(tǒng)是將間隔的控制、保護(hù)、故障錄波、事件記錄和運(yùn)行支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理等功能集成在一個(gè)統(tǒng)一的多功能數(shù)字裝置內(nèi),間隔內(nèi)部和間隔間以及間隔同站級(jí)間的通信用少量的光纖總線實(shí)現(xiàn),取消傳統(tǒng)的硬線連接。

六、結(jié)束語(yǔ)

配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)正在同別的功能相互滲透,相互融合成一個(gè)新型的綜和測(cè)控裝置,而繼電保護(hù)的功能在其中得到深化和發(fā)展。配合微機(jī)技術(shù)的發(fā)展,通訊技術(shù)的發(fā)現(xiàn),以及適府各種環(huán)境的硬件的發(fā)展。配電網(wǎng)中的綜合測(cè)控裝置的功能愈來(lái)愈強(qiáng),應(yīng)用范圍愈來(lái)愈大,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置漸不明顯,而繼電保護(hù)技術(shù)卻會(huì)不斷向智能化方向發(fā)展。這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了艱巨的任務(wù),也開(kāi)辟了活動(dòng)的廣闊天地。微機(jī)保護(hù)必將隨著各種技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展呈現(xiàn)更新的特征,也將獲得更廣泛的應(yīng)用。