分析現(xiàn)代繼電保護(hù)和廠用電自動(dòng)化技術(shù)

北京揚(yáng)德環(huán)境科技股份有限公司 王金生

當(dāng)前電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，這也對(duì)繼電保護(hù)以及企業(yè)廠用電自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)的高速發(fā)展，也給其不斷注入活力。因此，需要科學(xué)有效的應(yīng)用現(xiàn)代繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，充分發(fā)揮出其作用。電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，直接關(guān)系到配電、發(fā)電系統(tǒng)以及電壓變換系統(tǒng)等的運(yùn)行情況，所以，如果出現(xiàn)短路問題，就會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)都陷入癱瘓，進(jìn)而影響供電質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故，所以提升繼電自動(dòng)化技術(shù)十分重要，通過對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，能夠高效的對(duì)線路故障進(jìn)行自動(dòng)切斷，進(jìn)而讓電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1 現(xiàn)代繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

1.1 在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，所以，要想確保發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，就需要有效的應(yīng)用繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)。

1.1.1 重點(diǎn)保護(hù)法

隨著發(fā)電機(jī)使用時(shí)間的增加，其在運(yùn)行中就會(huì)容易出現(xiàn)故障，特別是容易出現(xiàn)失磁故障，如果發(fā)生這一故障，就需要檢修人員在檢修的過程中把重點(diǎn)放在發(fā)電機(jī)上，要采取接地保護(hù)技術(shù)，進(jìn)而防止系統(tǒng)出現(xiàn)短路的問題，解決發(fā)電機(jī)接地電流問題，讓系統(tǒng)能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

1.1.2 備份保護(hù)法

對(duì)發(fā)電機(jī)采取繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)之后，系統(tǒng)能夠按照發(fā)電機(jī)的具體運(yùn)行情況進(jìn)行有針對(duì)性的防護(hù)，在運(yùn)行中出現(xiàn)故障的同時(shí)，系統(tǒng)就能夠及時(shí)的將電源切斷，防止對(duì)發(fā)電機(jī)造成更嚴(yán)重的損壞。這樣就可以防止出現(xiàn)一些發(fā)電機(jī)外部問題，及時(shí)對(duì)故障范圍進(jìn)行控制。

1.2 在線路保護(hù)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，還能夠?qū)€路進(jìn)行保護(hù)，就電力系統(tǒng)的自身本質(zhì)來說，其內(nèi)部線路構(gòu)造較為復(fù)雜，線路是電力系統(tǒng)運(yùn)行中不可或缺的載體，不管是發(fā)電機(jī)還是變壓器等，要是沒有線路連接，那么就算是設(shè)備功能性再好，也不能進(jìn)行有效的運(yùn)行，因此，就需要注重對(duì)于線路進(jìn)行保護(hù)。在線路保護(hù)中，主要就是要保護(hù)線路實(shí)際接地環(huán)節(jié)，當(dāng)前線路在接地時(shí)要想提升接地保護(hù)的保護(hù)效果，就需要做到幾點(diǎn)：首先，要增加零序功率，如果產(chǎn)生接地故障，使得零序功率的方向發(fā)生改變，通常零序功率都有比較小的波動(dòng)，所以，對(duì)接地故障的預(yù)測以及保護(hù)具有優(yōu)勢；其次，增加零序電流，如果產(chǎn)生接地故障，就能夠讓零序電流的速度提升，在這一過程中的操作敏感性較強(qiáng)，這樣就能夠在第一時(shí)間切斷電源，進(jìn)而對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)；最后，增加零序電壓，一般電力系統(tǒng)較為穩(wěn)定，只要是正常的操作不會(huì)出現(xiàn)零序電壓，但是如果產(chǎn)生接地故障，那么就會(huì)讓對(duì)應(yīng)的零序電壓產(chǎn)生，其能夠?qū)α阈螂妷哼M(jìn)行有效的降低，進(jìn)而及時(shí)的進(jìn)行報(bào)警，在收到警報(bào)之后，維護(hù)人員就可以觀察電壓表數(shù)，進(jìn)而做出合理的判斷，明確接地故障的實(shí)際情況。

1.3 變壓器繼電保護(hù)

變壓器在電力系統(tǒng)中具有重要作用，是其中的核心設(shè)備，其運(yùn)行的情況會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)整體的運(yùn)行穩(wěn)定情況，當(dāng)前變壓器的繼電保護(hù)主要包括三種：

1.3.1 接地保護(hù)

直接接地保護(hù)變壓器應(yīng)用的是零序電壓保護(hù)方案，是將零序保護(hù)裝置安裝到變壓器的接地線上，對(duì)于不接地保護(hù)的變壓器，就可以采取零序電壓的方式進(jìn)行保護(hù)。

1.3.2 瓦斯保護(hù)

當(dāng)變壓器油箱產(chǎn)生故障的情況下，在電弧的作用下，會(huì)讓絕緣材料以及絕緣油分解，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)危險(xiǎn)氣體，其具有易燃易爆的特征，所以，在電壓器保護(hù)上，就要注重瓦斯保護(hù)，其在油箱產(chǎn)生閃絡(luò)電弧故障的時(shí)候，繼電保護(hù)裝置就可以在第一時(shí)間將變壓器的電源切除，進(jìn)而發(fā)出告警信息[1]。

1.3.3 短路保護(hù)

其包括兩種，即過電流以及阻抗保護(hù)，前者就是把電路繼電保護(hù)裝置安裝到變壓器電源的兩側(cè)以及時(shí)間元件上，電流元件在達(dá)到動(dòng)作值和時(shí)間后會(huì)把電源切掉；后者就是在對(duì)線路設(shè)備進(jìn)行保護(hù)時(shí)，偵知保護(hù)安裝點(diǎn)至故障點(diǎn)間的阻抗值，達(dá)到動(dòng)作值和時(shí)間后也會(huì)跳閘斷路。

2 廠用電自動(dòng)化技術(shù)

廠用電電氣自動(dòng)化包括兩部分，分別是廠用電起動(dòng)策略控制以及廠用電配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測控技術(shù)。其設(shè)計(jì)就是要全面利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，對(duì)各種運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，且依據(jù)預(yù)定策略調(diào)整定值、對(duì)自起動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，或者是依據(jù)繼電保護(hù)及控制的要求采取實(shí)時(shí)控制，利用通信技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N信息以及上級(jí)調(diào)度令進(jìn)行上傳或者是下發(fā)。下面分析常用系統(tǒng)自動(dòng)化和接入分布式控制系統(tǒng)（DCS）方案。

圖1

從圖1所示中能夠看到系統(tǒng)方案，每個(gè)電子自動(dòng)化裝置就是安裝在相應(yīng)的配電裝置的開關(guān)柜上的，利用通信技術(shù)可以有效的組織所有的自動(dòng)化裝置，進(jìn)而形成一個(gè)健全的DCS系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)測量、保護(hù)以及控制的功能；保護(hù)測控裝置能夠?qū)﹄姎鈺?huì)理中的各方面進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，且能夠聯(lián)系直流監(jiān)控和其它智能電器，在電廠的總體控制系統(tǒng)中，其和分布式控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O的地位是相同的，分布式控制系統(tǒng)能夠?qū)﹄姎饣芈分械南嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方相關(guān)功能，如，遠(yuǎn)方保護(hù)定值、信息復(fù)歸、負(fù)荷的遠(yuǎn)方控制等[2]。在低壓重要回路上，要是低壓采取智能型開關(guān)，那么就可以利用通信方式對(duì)電氣量進(jìn)行采集，做到遠(yuǎn)方控制，如果采用的開關(guān)不是智能型的，就需要對(duì)控制裝置進(jìn)行測量，采集電氣量且還需要向開關(guān)送出跳合閘節(jié)點(diǎn)。就單元機(jī)組來說，發(fā)電機(jī)、鍋爐、廠用電系統(tǒng)以及汽機(jī)是一個(gè)整體，因此不會(huì)獨(dú)立安排電氣操作員站，要想對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行了解和掌握，只需要在必要的情況下在繼電保護(hù)環(huán)節(jié)安裝一臺(tái)只監(jiān)視不控制的終端就可以。以后對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)出口高壓開關(guān)、自動(dòng)準(zhǔn)同期系統(tǒng)等也能夠利用通信管理單元進(jìn)行DCS的接入，這樣做就能夠?qū)Ψ植际娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行簡化，只需要做到高層次的邏輯控制功能以及管理數(shù)據(jù)，剩下的操作邏輯就可以交給電氣自動(dòng)化裝置來完成。

DCS系統(tǒng)應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)通用的軟件和硬件環(huán)境，結(jié)構(gòu)為開放式，網(wǎng)絡(luò)使用Ethernet或者是Profibus。Ethernet的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠結(jié)合具體情況選擇網(wǎng)絡(luò)，包括總線型網(wǎng)絡(luò)和星形網(wǎng)絡(luò)等，其在某處節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的情況下，只需要點(diǎn)擊退出網(wǎng)絡(luò)，就可以讓剩下的結(jié)點(diǎn)不受到損壞。要想確?？刂葡到y(tǒng)的實(shí)時(shí)性，可以采取兩種措施來達(dá)成：一種是對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行限制，進(jìn)而減輕系統(tǒng)的負(fù)載情況，讓其更好的運(yùn)行，另一種就是應(yīng)用交換以太網(wǎng)技術(shù)，可以在沖突域中將那些實(shí)時(shí)要求的域分離開，這樣的方式是對(duì)外來通信量進(jìn)行消除，進(jìn)而可以有效提升信息傳輸?shù)乃俣燃百|(zhì)量；系統(tǒng)通信協(xié)議使用的是IEC61850，其和IECTC57電力系統(tǒng)的通信協(xié)議體系要求是相適應(yīng)的，前者是IEC870-5的超集，能夠把Profibus進(jìn)行映射和包容，其優(yōu)勢就是在開放性以及適應(yīng)性較好。方案示意圖中的SNET級(jí)中的OPS和ENS，如果分布式控制系統(tǒng)和ECS系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家不一樣時(shí)，就需要進(jìn)行設(shè)置，而如果二者的生產(chǎn)廠家相同時(shí)則沒有必要，這樣做就是要對(duì)上層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，進(jìn)而為調(diào)試電氣系統(tǒng)提供便利[3]。

和當(dāng)前的電氣進(jìn)分布式控制系統(tǒng)方式對(duì)比，利用微機(jī)測控保護(hù)裝置接入分布式控制系統(tǒng)具備其優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在：第一，電氣自動(dòng)化設(shè)備是在各個(gè)電氣間隔分布的，實(shí)現(xiàn)了分布上的分層化，進(jìn)而極大提升系統(tǒng)的可靠性；第二，各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備可以在底層就完成保護(hù)和測控，其電力系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的，因此，就算是通信終端也不會(huì)對(duì)其造成影響，且其實(shí)時(shí)響應(yīng)的速度也比較高，減少了分布式控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備數(shù)量，進(jìn)而讓該系統(tǒng)的負(fù)荷減輕，提升運(yùn)行效率；第三，數(shù)據(jù)交換變成計(jì)算機(jī)通信方式，這讓其抗干擾的水平提升，損耗的電纜也少，可以節(jié)約很多的電纜，這就可以減少敷設(shè)電纜的工作量，相應(yīng)的能節(jié)省很多的安裝費(fèi)用，結(jié)合變電站自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)以及費(fèi)用因素，該系統(tǒng)在性價(jià)比方面存在較大的優(yōu)勢；第四，對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行簡化，系統(tǒng)更加明確，在運(yùn)行及檢修系統(tǒng)方面較為便利；第五，過去只有重要的電氣量才可以進(jìn)入到分布式控制系統(tǒng)產(chǎn)情況，但是采取微機(jī)測控保護(hù)裝置進(jìn)分布式控制系統(tǒng)后就可以做到電氣自動(dòng)化，這極大的提升了運(yùn)行及管理的效果，為減少員工增加效益奠定了基礎(chǔ)；第六，讓電氣和分布式控制系統(tǒng)的控制能力一樣，能夠滿足技術(shù)發(fā)展的要求，電氣保護(hù)控制是一步到位的，這就防止再次改造，可以節(jié)省投資；最后，因?yàn)閼?yīng)用了微機(jī)保護(hù)，所以在保護(hù)定值修改方面可以實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)化修改，遠(yuǎn)方就可以進(jìn)行修改，這促進(jìn)了運(yùn)行的發(fā)展，讓自起動(dòng)的成功率得到提升。

3 結(jié)束語

綜上所述，電力能源是我們生活和生產(chǎn)中不能缺少的重要能源，因此，讓其能夠持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)十分重要。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中避免出現(xiàn)操作失誤的問題，這就需要應(yīng)用繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，讓電力系統(tǒng)能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。