淺談繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的重要性

江學(xué)東

摘 要： 在電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置是不可缺少的重要組成部份，是現(xiàn)代智能電網(wǎng)保護(hù)的一道重要防線，在保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。本文從繼電保護(hù)的概念及工作原理出發(fā)，系統(tǒng)探討在電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的作用及任務(wù)，并明確繼電保護(hù)的要求。

關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；作用；任務(wù)

近年來，伴隨電力電網(wǎng)的快速發(fā)展，大容量機(jī)組、超高壓輸變電系統(tǒng)不斷投運(yùn)，這對繼電保護(hù)提出了更高要求[1]。繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中有著重要地位，視為電力系統(tǒng)最為關(guān)鍵的安全屏障，但也是電力系統(tǒng)事故擴(kuò)大的主要因素，所以必須明確繼電保護(hù)的重要性，落實(shí)好繼電保護(hù)工作，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1.繼電保護(hù)的概念及工作原理

1.1概念

所謂繼電保護(hù)，就是可及時(shí)反應(yīng)電氣設(shè)備的故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，并對斷路器進(jìn)行跳閘動(dòng)作或發(fā)出相應(yīng)信號的技術(shù)裝置。其主要在于短路識別和判斷故障[2]。通過短路故障引起的工頻電氣量變化，比如：電流變大、電壓減小、阻抗變化等，就能形成不同原理的繼電保護(hù)。

1.2工作原理

在電力系統(tǒng)中，有著不同類型的繼電保護(hù)，所以在工作原理上也有所差異，具體包括這幾方面：

（1）電流保護(hù)，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通常會引起電流增大，此時(shí)保護(hù)裝置就會基于電流參數(shù)變化判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，超出既定參數(shù)值就會作出保護(hù)動(dòng)作，比如：相電流保護(hù)、零序電流保護(hù)。

（2）電壓保護(hù)，倘若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)電壓會降低，保護(hù)裝置會作出保護(hù)動(dòng)作。此外，在電力系統(tǒng)電壓增高處在異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會作出過電壓保護(hù)。

（3）距離保護(hù)，除了電流大小之外，還需要結(jié)合母線電壓變化綜合分析和判斷，通常將用來反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)裝置部位的電氣保護(hù)稱為距離保護(hù)，也叫作低阻抗保護(hù)。在電力系統(tǒng)正常工作時(shí)，電壓和電流比就是負(fù)荷阻抗，通常較大，但在出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)裝置會判斷電壓電流比值是故障點(diǎn)至保護(hù)裝置處的阻抗，會小于負(fù)荷阻抗。

（4）功率向保護(hù)，就是通過電壓、電流之間的相位關(guān)系來對電力系統(tǒng)的故障及方向進(jìn)行識別和判斷。在正常工作時(shí)測得的電壓和電流之間的相位角就是負(fù)荷阻抗角，通常是20°～30°，但在出現(xiàn)故障時(shí)測得的阻抗角在60°～70°[3]。通常規(guī)定流過保護(hù)電流正向?yàn)槟妇€流向線路，如果出現(xiàn)故障，那么流過保護(hù)的電流會滯后電壓，并形成線路阻抗角φ，那么可判定是正向故障，如果流過保護(hù)電流滯后于電壓角度為180°+φ，那么判斷是反方向故障。

2.繼電保護(hù)的重要性分析

2.1在電力系統(tǒng)中的作用

在電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備（變壓器、輸電線等）或系統(tǒng)存在故障時(shí)，繼保裝置須能依照既定參數(shù)和要求把故障設(shè)備或有關(guān)線路自電力系統(tǒng)中妥善阻斷并切除，同時(shí)要確保保護(hù)裝置在切除動(dòng)時(shí)的自動(dòng)性、迅捷性，以免故障擴(kuò)大，保證未出現(xiàn)故障的電氣設(shè)備、線路能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)避免故障設(shè)備進(jìn)一步受損。此外，在電力系統(tǒng)有關(guān)電氣設(shè)備和線路處于異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼保裝置須依照系統(tǒng)運(yùn)行的基本維護(hù)條件，能及時(shí)、準(zhǔn)確作出反應(yīng)動(dòng)作，且及時(shí)向有關(guān)技術(shù)人員發(fā)出報(bào)警信號。此時(shí)通常不需要繼保裝置當(dāng)即作出動(dòng)作，而是需要根據(jù)對電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備的損害性實(shí)現(xiàn)延時(shí)動(dòng)作，以免不必要的動(dòng)作和干擾引起繼保裝置誤動(dòng)作。

2.2繼電保護(hù)的任務(wù)

一是在電力系統(tǒng)處于異常運(yùn)行時(shí)的任務(wù)。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)受到破壞但尚未成為故障時(shí)，通常能夠再繼續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間但不需當(dāng)即跳閘的狀態(tài)叫作異常運(yùn)行。最為常見的就是過負(fù)荷、單相接地、發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷引起過電壓等[4]。如果電力系統(tǒng)運(yùn)行異常，那么會對輸送的電能質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，倘若較長時(shí)間處在過負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)會導(dǎo)致電氣設(shè)備過熱，使絕緣老化加快，輕則縮短設(shè)備使用壽命，重則致絕緣擊穿引起短路，損壞電氣設(shè)備，都對電氣設(shè)備的運(yùn)行造成不良影響。在此種狀態(tài)下，需要繼保裝置能夠自動(dòng)、及時(shí)、選擇地作出動(dòng)作，并發(fā)信號，讓現(xiàn)場技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效處理。

二是電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的任務(wù)。電力系統(tǒng)運(yùn)行中常見的故障就是各種原因引起的短路，通常短路由分為多種類型，包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、變壓器繞組匝間短路等。一般把三相和兩相短路叫作相間短路，而兩相接地、單相接地的短路叫作接地短路，其中，三相短路是最為危險(xiǎn)的，常見的就是單相接地短路[5]。在電氣設(shè)備或線路出現(xiàn)短路時(shí)，會從電源往故障點(diǎn)輸送比正常工作時(shí)更大的短路電流，這對電力系統(tǒng)會帶來極大損害，具體包括：（1）故障點(diǎn)電弧燒壞故障設(shè)備；（2）短路電流熱效應(yīng)損害故障回路設(shè)備，減短運(yùn)行壽命；（3）電力系統(tǒng)電壓損失提升，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行電壓降低，距離故障點(diǎn)越近，受到的損壞越大，會損害到設(shè)備運(yùn)行條件；（4）損害到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，如故障較為嚴(yán)重可能會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)振蕩，造成大范圍區(qū)域停電，影響到正常的社會生產(chǎn)生活。

3.電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的基本要求

為確保繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)及時(shí)發(fā)揮作用，在電氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備、線路發(fā)生故障時(shí)，繼保裝置需要能自動(dòng)、快速、靈敏、有選擇地作出保護(hù)動(dòng)作，把故障設(shè)備自電力系統(tǒng)中準(zhǔn)確、及時(shí)地切除，避免故障設(shè)備進(jìn)一步受到破壞，確保系統(tǒng)其它正常設(shè)備、線路可繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。具體而言，繼保裝置應(yīng)滿足以下要求。

（1）選擇性。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要對繼保裝置的動(dòng)作進(jìn)行選擇。先從故障設(shè)備、線路自電力系統(tǒng)中予以切除，僅僅在其保護(hù)或者斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，才準(zhǔn)作出其他保護(hù)或裝置將故障切除。換言之，繼保裝置動(dòng)作必須單單切除已出現(xiàn)故障的設(shè)備或線路，或者盡量讓故障影響控制在最小。

（2）速動(dòng)性。所謂速動(dòng)性，就是繼保裝置應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)切除故障，通常保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在0.05～0.12s；斷路器的動(dòng)作在0.5～0.15s。對于該項(xiàng)要求，應(yīng)注意這兩個(gè)方面：一是切除故障時(shí)間就是繼保裝置的動(dòng)作時(shí)間與斷路器跳閘時(shí)間的和。所以，必須盡量減短故障切除時(shí)間，這就要求保護(hù)動(dòng)作迅速，且配套的斷路器跳閘時(shí)間也盡量最短；二是保護(hù)速動(dòng)性是相對的，電壓等級不同的電力系統(tǒng)在要求上是有差異的。比如：相同的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是0.5s，對于110kV等級電網(wǎng)而言是迅速的，但對于220kV等級電網(wǎng)則并非迅速的。

（3）靈敏性。繼保裝置對其保護(hù)對象及保護(hù)范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的故障，應(yīng)有敏捷的反應(yīng)。繼保裝置的靈敏性和選擇性兩個(gè)要求是密切相關(guān)的，如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么故障設(shè)備保護(hù)須先能作出靈敏反應(yīng)，才可有選擇性、針對性地切除故障，基于此可選擇切除系統(tǒng)故障的保護(hù)，須具備靈敏性。

（4）可靠性。繼保裝置誤動(dòng)或者拒動(dòng)是造成電力事故的一個(gè)主要因素，所以，該裝置必須在良好、穩(wěn)定的工作環(huán)境下，不會出現(xiàn)誤動(dòng)或者拒動(dòng)等情況，但在作出動(dòng)作時(shí)必須是可靠的。

4.結(jié)語

總而言之，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對電力需求不斷提升的今天，應(yīng)充分認(rèn)識并重視繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)的中的作用，明確其基本任務(wù)，也就是繼保裝置在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，保證電能質(zhì)量、預(yù)防事故發(fā)生。同時(shí)，還應(yīng)明確繼電保護(hù)的基本要求，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性及可靠性，這四者是相互作用、相互影響的，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行協(xié)調(diào)，保障電力系統(tǒng)安全。■

參考文獻(xiàn)

[1]王春玲，石英梅.淺談繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)的重要性[J].黑龍江科技信息，2008，07：44.

[2]梁陽陽.繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的可靠性及風(fēng)險(xiǎn)分析[J].科技與企業(yè)，2016，01：239-240.

[3]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社，2010，1：255-256.

[4]周晟.繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，12：244.