電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)若干問題的研究

方振

摘 要：地鐵電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且對電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行要求較高。繼電保護技術(shù)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運行時發(fā)生的故障和異常工況進行檢測，并利用信息系統(tǒng)及時發(fā)出警報，或是自動將故障區(qū)域進行隔離，從而消除故障對電力系統(tǒng)運行安全的影響。但是在繼電保護技術(shù)應(yīng)用過程中，也常常會出現(xiàn)一些問題，例如電流互感飽和、產(chǎn)生諧波等，影響了電力系統(tǒng)的安全運行。因此探究電力系統(tǒng)繼電保護的技術(shù)優(yōu)化手段成為當前維護地鐵電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護；存在問題；優(yōu)化措施

引言：繼電保護裝置為了完成故障切斷和電力系統(tǒng)保護任務(wù)，要求必須同時兼具選擇性、靈活性、速動性等特點，這就對繼電保護技術(shù)提出了嚴格的要求。尤其是對于一些結(jié)構(gòu)多樣、線路復(fù)雜的電力系統(tǒng)來說，繼電保護裝置常常會出現(xiàn)誤動作或不響應(yīng)等問題，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全性。文章以地鐵電力系統(tǒng)為例，首先對當前繼電保護技術(shù)應(yīng)用中存在的一些問題進行了概述，隨后結(jié)合實際工作經(jīng)驗，提出了幾點針對性的改進措施，并對未來繼電保護技術(shù)發(fā)展趨勢進行了展望。

一、電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)應(yīng)用中的問題

1、電流互感飽和

我國電力系統(tǒng)中配電系統(tǒng)的終端設(shè)備負荷受到用戶用電習(xí)慣改變影響而不斷增容，如果在這種情況下整個電力系統(tǒng)在運行中發(fā)生短路，短路造成的過大電壓會在靠近終端設(shè)備區(qū)時產(chǎn)生電流互感飽和，即靠近終端設(shè)備區(qū)的電流甚至?xí)_到電流互感器單次額定電流的百倍以上。為此，就繼電保護技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用來說，一旦出現(xiàn)電流互感飽和則勢必會影響到整體電力系統(tǒng)的正常運行，因此通過技術(shù)手段解決電流互感飽和問題也成為當前電力系統(tǒng)管理需要面對的重要任務(wù)。

2、諧波

電力系統(tǒng)的沖擊性負荷、非線性負荷隨著用電量的增加而大幅度提升，導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)在運行過程中受諧波問題的影響開始不斷增強，甚至在一定程度上影響了繼電保護裝置的正常動作。相關(guān)研究結(jié)果顯示，在諧波長時間影響下會造成電纜壽命平均降低 60%左右，而且諧波的分量還會造成電流過零時的 DI/DT 的值變大，從而影響到電力系統(tǒng)中繼電保護系統(tǒng)運行效能的發(fā)揮。我國電力系統(tǒng)中的高耗能用戶都安裝了并聯(lián)電容器，并聯(lián)電容器在特定條件下容易放大整個電力系統(tǒng)中的諧波，電力系統(tǒng)中電壓的上升會導(dǎo)致變壓器軟芯飽和、勵磁電流諧波增加，進而造成整個電力系統(tǒng)中的諧波電壓水平上升。

二、電力系統(tǒng)繼電保護問題的解決對策

針對現(xiàn)階段電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)應(yīng)用存在的一些問題，一方面要求技術(shù)人員不斷提高業(yè)務(wù)能力，強化責(zé)任意識，另一方面又要積極引進新設(shè)備、新技術(shù)，從而為解決繼電保護問題提供必要的支持。

1、利用信息技術(shù)優(yōu)化繼電保護

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)深入到各個行業(yè)領(lǐng)域，并發(fā)揮了顯著的應(yīng)用效果。近年來，繼電保護技術(shù)中也融合了信息技術(shù)，尤其是在實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護自動化控制方面，發(fā)揮了不可或缺的作用。同時，信息技術(shù)的更新?lián)Q代速度快，許多設(shè)備、技術(shù)往往在短短數(shù)月內(nèi)就實現(xiàn)了迭代，這就要求管理部門必須樹立發(fā)展眼光，不斷進行信息技術(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的定期更新，從而發(fā)揮信息技術(shù)在繼電保護中的應(yīng)用效果。例如，利用信息技術(shù)實現(xiàn)了繼電保護的遠程監(jiān)控，管理人員不需要逐個對機電保護設(shè)備進行檢查，而是在遠程計算機上就可以一目了然的掌握電力系統(tǒng)運行情況。

2、采用新型的互感設(shè)備

互感器是電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)中最前端的設(shè)備之一，在整個電力系統(tǒng)中，互感器可以將前端運行信息及時發(fā)送到控制中心，以便于管理人員通過計算機了解繼電保護設(shè)備的運行情況。因此，互感器的信息傳輸速率和信息精確度就顯得十分必要?，F(xiàn)階段繼電保護技術(shù)中常用的新型互感器主要有兩種，其一是OTV（光學(xué)電壓互感器），其二是OTA（光學(xué)電流互感器）?，F(xiàn)階段，部分發(fā)達國家由于技術(shù)上有領(lǐng)先優(yōu)勢，因此這兩種新型互感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而近年來國內(nèi)也開始在一些高端領(lǐng)域嘗試推廣，例如地鐵、機場等電力系統(tǒng)。

3、繼電保護自適應(yīng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

自適應(yīng)控制保護早在20世紀80年代就已經(jīng)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，但是受硬件設(shè)備的限制，繼電保護的自適應(yīng)性能較差。進入21世紀后，信息技術(shù)、傳感器技術(shù)蓬勃發(fā)展，為繼電保護自適應(yīng)控制提供了新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段的自適應(yīng)控制系統(tǒng)已經(jīng)可以很好的實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行中各種突發(fā)狀況的感知、保護，在降低無效動作、提高故障判斷準確率等方面具有突出應(yīng)用優(yōu)勢。例如，當同一電力系統(tǒng)中兩個或兩個以上位置同時發(fā)生故障，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以自行判斷故障嚴重等級，然后有限選擇對電力系統(tǒng)安全運行危害較大的故障進行處理。

三、電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展趨勢

1、網(wǎng)絡(luò)化

地鐵電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理人員要想實現(xiàn)統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)配，就需要通過網(wǎng)絡(luò)掌握各個部門的運行信息，跟蹤電力系統(tǒng)運行狀況，最大限度的杜絕電力系統(tǒng)運行安全隱患，減少事故發(fā)生概率。例如，地鐵部門可以將所有與主站串聯(lián)在一起的保護裝置進行統(tǒng)一的管理，構(gòu)建起以主站為中心的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，這樣一方面能夠方便管理人員從主站發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對各保護裝置的集中式管理，保證了整個地鐵電力系統(tǒng)繼電保護裝置的協(xié)調(diào)運行；另一方面，即便是發(fā)生了故障問題，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)快速鎖定故障，提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、微機化

電子信息技術(shù)的發(fā)展，使得具有各類控制功能的微機在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮了重要作用，早期的電力系統(tǒng)控制終端以小型計算機為主，隨著信息技術(shù)的成熟，控制設(shè)備逐漸從小型計算機向微型控制器轉(zhuǎn)變，現(xiàn)階段常用的PLC、單片機等，都可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的繼電保護。這類微機不僅成本降低，體積變小，而且能夠根據(jù)實際的控制和保護需要，人為的燒錄程序，保證了控制功能的多樣化。除此之外，近年來國內(nèi)許多微機研發(fā)機構(gòu)還借鑒了國外一些先進技術(shù)，推出了一些能夠適用于變電所、發(fā)電廠以及各用電機構(gòu)的微機綜合保護裝置，可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的保護、計量和控制等多種功能，大大提高了電力系統(tǒng)繼電保護的性能。

3、智能化

近年來，電力系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)繼電保護的智能化提供了必要的技術(shù)支持。不同的人工智能技術(shù)在具體的控制模式和實現(xiàn)功能上也有一定差異，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的信息，在遇到相同的電路故障時，自動搜索數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息并生成解決方案，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)繼電保護的自檢和故障報警，而不需要技術(shù)人員花費時間和精力進行故障查找。而基于遺傳算法的專家系統(tǒng)，也能夠通過大量樣本的訓(xùn)練，模擬出繼電保護設(shè)備的運行工況，這樣就方便了設(shè)備管理人員隨時掌握繼電保護設(shè)備的運行情況，并根據(jù)電力系統(tǒng)運行要求進行調(diào)節(jié)，保證供電的穩(wěn)定性。

結(jié)語：現(xiàn)階段電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)發(fā)展雖然取得了顯著成績，但是在實際應(yīng)用過程中仍然存在一些問題，相關(guān)部門除了要加強技術(shù)管理、做好日常監(jiān)管外，還要嘗試應(yīng)用新技術(shù)，通過不斷的進行技術(shù)改革和設(shè)備升級，為繼電保護提供必要的支持，從而切實保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行。

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