電力系統(tǒng)中的繼電保護設備及其自動化技術(shù)分析

蔡金壽

福建晉江天然氣發(fā)電有限公司（福建 泉州 362251）

0 引言

電力系統(tǒng)龐大而復雜，由各種電力設備、電子元件、線路等通過一定的方式連接配置而成，在運行過程中，如果任一環(huán)節(jié)、任何一個小零件或設備出現(xiàn)問題，都會影響整體的運行狀態(tài)，如果沒有得到及時妥善的處理還會引發(fā)更大的事故。繼電保護設備是電網(wǎng)運行的關(guān)鍵，電氣自動化繼電保護系統(tǒng)就是在完善繼電保護裝置功能的基礎上借用智能化的計算機、監(jiān)控等技術(shù)提高其自動化水平，對電力系統(tǒng)進行全面保護，從而提高故障檢測和維護效率的。如在出現(xiàn)電路問題時第一時間自動斷電，將故障區(qū)與安全區(qū)隔離，并發(fā)出報警，上報分析結(jié)果協(xié)助維修人員進一步處理，提升電力系統(tǒng)的運維管理成效[1]。

1 電力系統(tǒng)中繼電保護設備及其自動化概述

1.1 繼電保護設備

受各種因素影響，電力系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題的可能性非常大，電網(wǎng)系統(tǒng)中各終端線路的故障很多，常見的有短路、負荷量過大等[2]。繼電保護設備具備故障檢測、問題分析、應急操作處理等功能，可通過主動實時搜索并監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)實現(xiàn)預防性維護，還能及時地解決故障，避免重大用電事故。

1.2 繼電保護的自動化發(fā)展

隨著通信、智能等傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，繼電保護系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)化升級。對于電力系統(tǒng)，繼電保護設備需要長期保持可靠的運行狀態(tài)，并依靠監(jiān)控與自動控制功能起到全面的保護作用[3]。繼電保護的自動化改革與發(fā)展，使得其具有高度的靈敏性、選擇性、安全性、可靠性，可在監(jiān)測到電力系統(tǒng)異常時進行自動化控制，極大地縮短電網(wǎng)運維時間，提高故障維修效率。

2 電力系統(tǒng)中繼電保護設備及其自動化技術(shù)的應用

2.1 應用方式

（1）接地保護技術(shù)。接地故障是電力系統(tǒng)運行時的一種常見故障，而繼電保護設備及其自動化接地保護技術(shù)可以根據(jù)不同的接地故障采取相應的保護方式。如零序電壓的預警保護，當電力系統(tǒng)運行異常出現(xiàn)零電壓情況時，可能造成大面積斷電，此時繼電保護設備及其自動化技術(shù)可在短期內(nèi)維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并快速地對故障區(qū)及相鄰區(qū)域的電壓進行準確檢測，向維護管控平臺發(fā)出安全警告并傳輸故障分析結(jié)果，協(xié)助維修人員制定搶修方案。此外，還有零序電流保護，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障導致內(nèi)部電流相位紊亂時，繼電保護設備及其自動化技術(shù)可以很好地檢測出零序電流的異常情況，切斷故障電源，起到短路繼電保護作用，使電力系統(tǒng)有序、穩(wěn)定運行[4]。

（2）差動保護。差動保護通過電流大小和相位關(guān)系判斷電路工作狀態(tài)，通常作為主設備的主保護常被用于變壓器、發(fā)動機、母線等重要電力設備中。一旦這些設備電路出現(xiàn)問題，差動繼電器內(nèi)將產(chǎn)生沖擊電流，當電流到達保護設定限值時將啟動差動保護，切斷電源。這種保護方式具有很高的靈敏度，選擇性也較好，在進行差動保護設計時電路結(jié)構(gòu)相對比較簡單，但是可以準確判斷故障，且保護啟動過程比較獨立，受其他因素的影響較小，可以在故障擴大嚴重損害線路或設備前就及時處理完畢。

（3）熔斷器保護。在電力系統(tǒng)運行時，如果某處的電流過于集中，當電流持續(xù)增大而無法緩解時會產(chǎn)生高溫而熔斷某些線路，燒毀某些電子元件，針對這種情況可實行熔斷器保護。這是一種短路保護體系，當電源端電流不斷增大造成線路發(fā)熱時，熔斷器因自身發(fā)熱而達到熔斷臨界點會自動切斷電源，與之相關(guān)的故障關(guān)聯(lián)處也能被隨同處理?？紤]熔點溫度與保護啟動的時間關(guān)系，在實際應用時一定要根據(jù)需求適當調(diào)整，而且熔斷器是一次性保護組件，需要消除兩項熔斷器同時跌落的隱患，在系統(tǒng)中合理設置三聯(lián)熔斷器，確保保護系統(tǒng)的同時形成鎖死機構(gòu)回收。

2.2 在電力系統(tǒng)中的實際應用

（1）發(fā)動機繼電自動保護。發(fā)電機故障較為明顯，且作為主要的電力設備對系統(tǒng)整體運行影響重大，會導致電量輸出不穩(wěn)定、不平衡，是需要重點進行保護的部位，特別是對定子組匝的保護，因此發(fā)電機的繼電自動保護裝置一般安裝在定子繞組中，或者在電動機單相接地時根據(jù)電流與相位的中心點對發(fā)動機進行繼電保護。實際應用時繼電保護設備及其自動化技術(shù)能夠?qū)Πl(fā)電機進行遠程、動態(tài)化實時監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)發(fā)電機在長期運行下出現(xiàn)溫度異常變化時可以進行故障分析和排查，確認發(fā)電機確實發(fā)生短路問題時會立即自動跳閘，避免因短路使發(fā)動機溫度持續(xù)升高而破壞絕緣層或整個發(fā)電機系統(tǒng)，從而起到保護作用。

（2）變壓器繼電自動保護。一是變壓器接地保護。繼電保護設備及其自動化技術(shù)可以監(jiān)控短路故障，通過對變壓器兩側(cè)的電流、電壓的監(jiān)測來進行零序電壓接地保護。二是主動監(jiān)測變壓器運行過程中油箱中的油和絕緣材質(zhì)分解產(chǎn)生的氣體，并對氣體成分、氣味等進行分析，從而判斷變壓器油箱是否出現(xiàn)問題，在確認故障后自動切斷線路進行繼電保護。三是變壓器線路短路保護，借助阻抗元件的保護功能進行自動斷電保護，或借助變壓器兩端時間元件和電源電流保護裝置延長變壓器正常運行時間，并自動斷電，防止短路時電流過高。

3 電力系統(tǒng)中繼電保護設備及其自動化技術(shù)的不利影響因素

3.1 環(huán)境因素

繼電保護設備和自動化裝置可能是在某些電力設備內(nèi)部，也可能是在某些線路端，無論哪種安裝方式，都會受溫度、濕度、時間等因素的影響而出現(xiàn)性能退化的問題。特別是一些系統(tǒng)插板以及電源插頭由于使用頻繁，與外界環(huán)境接觸較多，會出現(xiàn)接觸不良而導致繼電保護系統(tǒng)無法充分發(fā)揮作用。

3.2 整定值因素

繼電保護設備及其自動化技術(shù)都有相應的參數(shù)設定，如果在安裝繼電保護和自動化裝置的過程中沒有經(jīng)過科學合理的設計，如熔斷保護的溫度考慮不周，使得故障出現(xiàn)時在一定時間內(nèi)無法熔斷，類似這種不合理的設計都會影響電力系統(tǒng)繼電保護以及自動化裝置的可靠性和靈敏性。

3.3 操作因素

雖然繼電保護設備及其自動化系統(tǒng)智能化和自動化水平較高，但也離不開人為管控。故障維修和設備及系統(tǒng)升級維護仍然需要一定的人工操作，如果維修和管理人員專業(yè)水平不達標，出現(xiàn)不規(guī)范的操作行為，將導致保護系統(tǒng)無法發(fā)揮作用。

3.4 質(zhì)量因素

繼電保護設備和自動化裝置涉及很多的材料和細小元件，如果在采購時質(zhì)量把控不嚴，沒有經(jīng)受規(guī)范、嚴格的檢測以及運作測試，或者在存放、安裝環(huán)節(jié)質(zhì)量受損而沒有及時更換，導致殘次產(chǎn)品混入，會使得繼電保護裝置內(nèi)元件差異明顯，在正式運行時無法達到自動化繼電保護要求，因自身質(zhì)量問題產(chǎn)生故障，進而對電力系統(tǒng)造成不利影響。

4 對電力系統(tǒng)中繼電保護設備及其自動化技術(shù)的有效建議

4.1 加強對繼電設備保護及其自動化裝置的管理

電力系統(tǒng)繼電保護及其自動化技術(shù)開展時的軟硬件設備需要進行維護管理才能保證在長期的運行過程中始終發(fā)揮作用，因此必須加快完善繼電保護管理制度，對繼電保護設備定期進行維護保養(yǎng)，同時做好軟件升級更新工作。例如，記錄繼電保護自動化裝置的初始狀態(tài)，為系統(tǒng)管理工作提供支持，從而方便在運行過程中進行數(shù)據(jù)對比，當參數(shù)出現(xiàn)變化時可以及時發(fā)現(xiàn)，并分析故障進行處理，排除自動化裝置運行中存在的問題。此外，要做到硬件冗余，提高繼電保護與自動化裝置的容錯性，可結(jié)合繼電保護自動化系統(tǒng)的可靠度來合理設計，確?？梢栽谀：收匣蚬收险`報而電力系統(tǒng)依然能正常運行時不會貿(mào)然啟動自動保護裝置。既要對電力系統(tǒng)的各設備、線路進行安全檢查，也要采用標準化管理的方式管控好繼電保護操作環(huán)節(jié)，加強日常運行中的監(jiān)測，對繼電保護自動化控制系統(tǒng)進行分析總結(jié)，為后續(xù)指導操作行為提供可靠支持，切實發(fā)揮并提升繼電保護裝置的自動化優(yōu)勢。

4.2 加強對繼電設備保護及其自動化裝置的研究投入

首先，正確認識和理解繼電保護設備及其自動化技術(shù)，意識到其對電力系統(tǒng)的重要性。其次，加大對繼電保護的投入，開發(fā)新設備和技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)性的人才，提高維護管理人員的專業(yè)素質(zhì)與業(yè)務能力。再次，對繼電保護裝置進行合理的配置和改造，如及時更換老舊或低級的繼電保護裝置元件等輔助零構(gòu)件，選擇使用安全性能高的材料保護線路以及母線，從而提升繼電保護設備質(zhì)量。最后，加強技術(shù)調(diào)整，在改良好電力系統(tǒng)的自動化裝置后對相關(guān)設備和配置進行系統(tǒng)性優(yōu)化，合理運用一些現(xiàn)代化技術(shù)，借助大數(shù)據(jù)、計算機等技術(shù)建立設備性能和運行等的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，在控制自動化總線與校正數(shù)據(jù)庫的相互作用下提高相關(guān)設備的反應速度，提高繼電保護裝置的可靠性，進而最大限度保證電力系統(tǒng)設備的有效運行。

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)主要是由高壓輸電線、發(fā)電廠等組成的，在社會生活和生產(chǎn)中的作用十分明顯。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大和現(xiàn)代科學技術(shù)的進步，繼電保護逐漸朝著自動化方向發(fā)展，繼電保護設備及自動化技術(shù)的應用可為電力系統(tǒng)的正常運行提供保障，確保電力系統(tǒng)的任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時都能發(fā)揮故障排查和保護作用，保障系統(tǒng)運行的安全性及整體供電質(zhì)量。