電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)探析

孫亞男

摘 要：電網(wǎng)一旦出現(xiàn)事故，或者運(yùn)行情況出現(xiàn)異常，就需要借助繼電保護(hù)技術(shù)來保證電氣設(shè)備及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在經(jīng)過長期的發(fā)展之后，我國目前的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)取得了較高成就，并面臨著全新的發(fā)展趨勢。本文探析了繼電保護(hù)技術(shù)的概念、作用、發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 技術(shù) 探析

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0118-01

當(dāng)代電力系統(tǒng)組成非常復(fù)雜，包括發(fā)電機(jī)、輸配線路、母線、變壓器及各種用電設(shè)備，很容易出現(xiàn)運(yùn)行異常，甚至釀成危險(xiǎn)故障進(jìn)而誘發(fā)事故。在這種情況下，為了保證電氣設(shè)備與電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，借助繼電保護(hù)技術(shù)的自動裝置應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生。探析該技術(shù)的概念、任務(wù)及發(fā)展現(xiàn)狀，研究它的發(fā)展水平及趨勢，對于促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)概述

（1）繼電保護(hù)基本概念。由于電力系統(tǒng)非常復(fù)雜，一些外部或內(nèi)部因素很容易誘發(fā)運(yùn)行故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，比較常見運(yùn)行故障的有：單相接地、兩相接地，三相接地，短路，相間短路等。常見的非正常運(yùn)行狀態(tài)包括：過電壓，過負(fù)荷，振蕩，次同步諧振，非全相運(yùn)行等等。

上述問題一旦發(fā)生，很容易誘發(fā)安全事故，并導(dǎo)致部分或整個(gè)電力系統(tǒng)的正常工作遭受破壞，甚至釀成輸電減少、大面積斷電或電能質(zhì)量下降等不能接受的嚴(yán)重問題。而為了避免這些后果，一旦元件出現(xiàn)故障必須在0.1秒甚至更短時(shí)間內(nèi)予以切除。這個(gè)任務(wù)依靠手工操作是不現(xiàn)實(shí)的，只能依靠自動裝置完成。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)就是在這種情況下產(chǎn)生的。

（2）繼電保護(hù)技術(shù)作用。一旦電力系統(tǒng)本身或線路、發(fā)電機(jī)等被保護(hù)元件發(fā)生故障，依托繼電保護(hù)技術(shù)的自動裝置需要迅速、準(zhǔn)確、自動、選擇性地切除電力系統(tǒng)中的故障元件，以避免故障范圍外擴(kuò)，防止故障元件損壞繼續(xù)惡化，保證電力系統(tǒng)無故障部分可以繼續(xù)正常運(yùn)行。如果這些被保護(hù)元件運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常，繼電保護(hù)裝置需要及時(shí)做出反應(yīng)予以自動調(diào)整，或者根據(jù)維護(hù)條件以圖文信息、聲光報(bào)警等形式向值班人員發(fā)出警報(bào)，提醒值班人員及時(shí)處理。這種情況下，一般只需保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)異常運(yùn)行的危害程度設(shè)置延時(shí)來避免非必要?jiǎng)幼骰蛘`動作，無需快速動作。

（3）繼電保護(hù)裝置組成。根據(jù)繼電保護(hù)裝置的作用設(shè)定，其組成一般包括測量部分（與定值調(diào)整部分）、邏輯部分及執(zhí)行部分。

（4）繼電保護(hù)技術(shù)基本要求。繼電保護(hù)裝置的作用決定了其技術(shù)措施須滿足動作選擇性、動作速動性、動作靈敏性、動作可靠性等要求。這四點(diǎn)要求間聯(lián)系緊密，存在著對立統(tǒng)一的關(guān)系。

①動作選擇性。一旦發(fā)生故障，應(yīng)首先由設(shè)備或者線路自身的保護(hù)裝置切除故障。只有在該保護(hù)拒動時(shí)，才可以讓相鄰設(shè)備或線路保護(hù)裝置切除。另外要遵照逐級配合原則，保證不同級電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)選擇性加以切除。在故障部分被成功切除后，未發(fā)生故障部分應(yīng)繼續(xù)供電。

②動作速動性。一旦發(fā)生短路故障，保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)盡快予以切除，以便提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，縮小故障的波及范圍，避免故障設(shè)備或線路進(jìn)一步遭受損壞，并提高備用設(shè)備及自動重合閘自動投入的表現(xiàn)效果。

③動作靈敏性。一旦電力設(shè)備或輸電線路在保護(hù)范圍內(nèi)出血金屬性短路，繼電保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)具備符合規(guī)程的敏感系數(shù)。這一要求通過設(shè)定并校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的整定值來實(shí)現(xiàn)。

④動作可靠性。繼電保護(hù)裝置做出的保護(hù)動作應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)可靠。正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)做到可靠不動作。電力系統(tǒng)中的任何設(shè)備都不能在無保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行?？煽啃砸彩菍^電保護(hù)裝置最根本的性能要求。

2 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷程及趨勢

（1）發(fā)展歷程及現(xiàn)狀。繼電保護(hù)技術(shù)是為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生并逐漸發(fā)展的。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展不斷地為繼電保護(hù)技術(shù)注入了新鮮發(fā)展活力。在1928年出現(xiàn)電子器件保護(hù)裝置后，從二十世紀(jì)五十年代開始，機(jī)電保護(hù)技術(shù)開始了日新月異的發(fā)展，從最初的機(jī)電式時(shí)代發(fā)展到六十至八十年代的晶體管式時(shí)代，八十年代中葉到九十年代進(jìn)一步躍進(jìn)集成電路式時(shí)代，而后又在新世紀(jì)發(fā)展為微機(jī)式時(shí)代。目前，我國新建的變電站、發(fā)電廠及高壓超高壓輸電線路等都已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模集成化數(shù)字式繼電保護(hù)。

（2）發(fā)展趨勢。目前，智能化與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)在繼電保護(hù)技術(shù)中得到了廣泛的研究利用，促進(jìn)繼電保護(hù)技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、計(jì)算機(jī)化、智能化、一體化的發(fā)展方向。隨著微型計(jì)算機(jī)與微處理器的廣泛普及，數(shù)字式時(shí)代已嶄露端倪。

①計(jì)算機(jī)化。當(dāng)代迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)使得計(jì)算機(jī)在存儲、運(yùn)算、通訊等方面的性能都在不斷提升，為繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化奠定了技術(shù)。計(jì)算機(jī)化是繼電保護(hù)裝置必然的發(fā)展趨勢，不但要求硬件微機(jī)化，更強(qiáng)調(diào)繼電保護(hù)系統(tǒng)的信號數(shù)字化與功能軟件化，大力提高繼電保護(hù)性能的速動、靈敏與可靠，以爭取電力系統(tǒng)更大的綜合效益。

②網(wǎng)絡(luò)化。從五十年代開始，通信技術(shù)逐漸與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合研究并逐步融合為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這一技術(shù)作為信息數(shù)據(jù)通信工具，通過與繼電保護(hù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)代的信息技術(shù)支柱。目前，繼電保護(hù)系統(tǒng)要求所有保護(hù)單元之間可以共享整個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)與故障狀況的信息數(shù)據(jù)，保證每個(gè)保護(hù)單元和重合閘裝置都可以借助這些信息與數(shù)據(jù)的共享分析實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)動作。這就要求整個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi)主要的電力設(shè)備保護(hù)裝置都要借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加以連接，逐步實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化目前還在逐漸起步，日后仍然具有較大發(fā)展空間。

③智能化。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)理論、進(jìn)化規(guī)劃、遺傳算法、小波理論、模糊邏輯等人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)多個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用，推動繼電保護(hù)技術(shù)研究向更高層次的智能化水平發(fā)展。智能電網(wǎng)中已普遍可以借助傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電、供電、輸配電等設(shè)備的運(yùn)行情況，并把數(shù)據(jù)收集起來經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合分析，并實(shí)時(shí)監(jiān)測全網(wǎng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程動態(tài)發(fā)揮保護(hù)功能及修正保護(hù)定值。

④綜合智能化。繼電保護(hù)系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，還應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量、控制、通信等操作，即要實(shí)現(xiàn)測量、控制、通信及保護(hù)等功能的綜合自動化。這一系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)概念下二次系統(tǒng)內(nèi)對各個(gè)專業(yè)界限與各類設(shè)備的劃分原則，也突破了常規(guī)繼電保護(hù)裝置無法同調(diào)度控制中心實(shí)現(xiàn)通信的技術(shù)缺陷，賦予了電力系統(tǒng)自動化以更新的內(nèi)容與含義。這一發(fā)展趨勢代表了電力系統(tǒng)領(lǐng)域自動化技術(shù)的最新潮流。得益于科技的革命式發(fā)展，系統(tǒng)更為完善、功能更為健全、智能化水平更高的綜合自動化電力系統(tǒng)一定會在我國智能電網(wǎng)建設(shè)中紛紛涌現(xiàn)，推動電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性達(dá)到新的水平。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)為保護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行而逐步發(fā)展成熟，其作用與任務(wù)要求繼電保護(hù)系統(tǒng)具備速動性、選擇性、靈敏性、可靠性等要求。得益于計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與電力系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)在目前的微機(jī)式繼電保護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步表現(xiàn)出全新的發(fā)展趨勢。

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