短路保護技術在繼電保護電力系統(tǒng)中的應用分析

王秀靈 福建省電力有限公司大田縣供電公司

在電力領域科技進步促進下，電力系統(tǒng)短路保護技術得到開發(fā)并應用，成為電力系統(tǒng)運行中的一項重要技術形式[1]。從功能價值上看，短路保護技術除了具備維持電力系統(tǒng)安全性特點外，還具備了電力資源優(yōu)化節(jié)約的屬性，對電力企業(yè)獲取經(jīng)濟利潤大有裨益。

一、繼電保護電力系統(tǒng)短路故障成因分析

（一）電力系統(tǒng)方面的原因

電力系統(tǒng)方面原因所致的短路故障可看作不同電位導體之間的短接現(xiàn)象，其根本原因可歸結(jié)于電力設備載流絕緣體存在不同程度的損壞，絕緣體可通過自身極大的電阻將電流與其他有關物品進行絕緣，其如果收到損壞，隔絕電流的阻力消失，無法起到絕緣作用，進而造成不同電位導體的短接，引發(fā)短路故障。此外誤操作、鳥類跨接裸露導體等也可造成短路故障。因電力系統(tǒng)方面原因所致的短路故障可使短路電流值在瞬間達到幾萬～幾十萬A，且伴有大量熱能產(chǎn)生，可對故障元件造成進一步的損害；另外電力系統(tǒng)方面原因所致的短路故障還可產(chǎn)生較大的電動力，可造成導體的彎曲變形等，電壓也會驟降，引發(fā)大面積停電；單相短路還會影響周圍通信線路，干擾電子設備。

（二）電力用戶方面的原因

電力用戶故障主要源于不同區(qū)域環(huán)境下電力系統(tǒng)建設標準不一。當用電區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平、人口密度大小、人口數(shù)量變化、電力系統(tǒng)建設、電力能源需求量存在較大差異時，電力系統(tǒng)在分配電力能源時，極易因供電半徑加大，供電時間延長而產(chǎn)生相關故障。例如，人口密集區(qū)電力系統(tǒng)供送電負荷大，長久運行中系統(tǒng)遭受線路損壞及設備老化的概率就更高，外加上電力設備維保跟進不及時，一些潛在故障隱患的設備沒有得到更換，電力用戶用電體驗必然大受影響。

二、繼電保護電力系統(tǒng)常見常用的短路保護關鍵技術

（一）智能保護技術

智能保護技術主要是借助智能保護模塊及智能監(jiān)控裝置，對電力系統(tǒng)及設備的電流、電壓等各類參數(shù)進行動態(tài)變化的記錄分析[2]，實現(xiàn)對運行線路的統(tǒng)一監(jiān)控和終端管理，具體的智能保護系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

（二）電流保護技術

在電力系統(tǒng)中，常見的短路電流保護技術主要是指熔斷器保護和零序電流保護。熔斷器保護技術在早期電力系統(tǒng)短路保護環(huán)節(jié)較為常用，這一技術的主要觸發(fā)因素是電力系統(tǒng)電流，在電流增大時，此時熔斷器會實現(xiàn)異常電流的自動切斷，從而達到預定保護目的。當電力系統(tǒng)發(fā)生短路接地故障時，會產(chǎn)生零序電流，利用零序電流分量來構(gòu)成零序電流保護常用于短路接地故障時的保護。

（三）相間距離保護技術

距離保護的主要元件是阻抗繼電器，繼電保護電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障點到保護安裝處的距離大小，也稱阻抗大小經(jīng)過系統(tǒng)識別判定后，借助相間保護裝置執(zhí)行保護動作。例如，實際阻抗高于預定值，此時的故障點處于保護范圍外，系統(tǒng)相間距離保護技術得以觸發(fā)。繼電保護電力系統(tǒng)相間距離保護技術在實際應用中可搭配時間元件及方向元件，構(gòu)成具備階梯性的綜合距離保護裝置。繼電保護電力系統(tǒng)相間距離保護技術能夠靈活選擇并切除相間故障，在短路接地故障發(fā)生時，配合零序電流保護，相間距離保護技術能夠迅速切除故障。尤其是當電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為復雜，電網(wǎng)運行方式多變，電壓保護無法有效保障系統(tǒng)安全時，可考慮選用距離保護技術。

三、繼電保護電力系統(tǒng)短路故障防治措施

（一）加強技術改造升級力度

針對電力系統(tǒng)運行故障，某些技術已經(jīng)較為成熟，可以對電力系統(tǒng)故障，如短路等進行靶向研究分析。電力系統(tǒng)中的關鍵部位故障處理上，則需要加強技術改造升級的力度，增強技術識別及處理故障的效率。例如，將電子式電流互感器作為電力系統(tǒng)電氣互感器飽和故障的針對性處理方式，可對此類故障進行有效解決。再比如，考慮到電力系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)存在室外布置這一因素，電力系統(tǒng)及附屬設施遭受雷擊的可能性極高，進而會增加電力系統(tǒng)線路大面積短路的概率。對此，可通過在電力系統(tǒng)中安裝高效避雷裝置來加以規(guī)避。在實踐中，可以將避雷裝置裝設于電力系統(tǒng)變電站設備周邊，降低雷擊危害電力系統(tǒng)的不利影響。需注意，應結(jié)合電力系統(tǒng)輸配電的具體要求，做好避雷裝置類型、規(guī)格、功能的技術篩選，以最大化發(fā)揮避雷裝置功能。在連接壁壘裝置時要以電力線路安全為首要前提，對連接方式及連接效果進行檢查及試驗。

圖1 智能保護系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

（二）短路故障的快速處理與故障點電源的準確切斷

繼電保護電力系統(tǒng)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成及連接上較為緊密，如某一區(qū)間出現(xiàn)短路等故障，系統(tǒng)其他部位會受到連帶影響，損害電力系統(tǒng)整體運行效率[4]。因此，在應用繼電保護電力系統(tǒng)短路保護技術時，要圍繞故障電路的判定及處理，迅速界定故障類型及故障區(qū)域，避免故障擴散。要點有：第一，根據(jù)系統(tǒng)故障狀態(tài)對故障范圍進行縮小直至找到故障方位，對故障類型不能模糊劃分，應盡量細致并能夠查明故障的成因，然后便于尋找并切斷故障區(qū)域的電源，為后續(xù)檢修爭取時間；第二，采用高效的故障預測及分析工具，例如，針對短路電流進行預測時，可使用萬能表，對電流參數(shù)數(shù)值的變化狀態(tài)進行記錄，為調(diào)整電路提供依據(jù)；第三，采取替換處理措施，電力系統(tǒng)繼電保護裝置出現(xiàn)短路后，選用性能良好器件替代故障器件，然后對故障器件進行故障查找?？刹捎梦C保護及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡技術排查故障點；第四，結(jié)合參照處理方式，如日常巡查中參照正常設備與故障設備的參數(shù)信息，記錄故障類型及解決方案，然后在相鄰線路的檢查中就能夠更快地找出故障原因。明確故障點及故障原因后，切斷故障點電源，以避免影響的擴大。

（三）強化繼電保護的定值管理

設立繼電保護定值本，由電氣運行人員、繼電保護助工、電氣專工各保管一份，安排專人對繼電保護定值進行整定，并及時修改繼電保護定值本。因省調(diào)或地調(diào)需變更定值時，運維工作人員負責上級匯報及安排執(zhí)行，變更后繼電保護人員則填寫回執(zhí)單，同時對繼電保護定值本進行修改。因一次設備異動導致的定值變更，繼電保護人員負責計算，并由設備變更部門負責按照分工權限進行審批、執(zhí)行。應用非標準運行方式的情況下，相關部門應先通知繼電保護人員，如果需要變更定值，需根據(jù)分工權限執(zhí)行。為滿足繼電保護定值要求，需要改變一次設備時，則繼電保護人員應先向總工申請，審核通過后再由繼電保護人員執(zhí)行?，F(xiàn)場繼電保護的定值變更應依據(jù)定值通知單執(zhí)行，若繼電保護裝置出現(xiàn)誤動、拒動時，繼電保護人員則應先查明原因，然后及時進行調(diào)整。

四、結(jié)語

在繼電保護電力系統(tǒng)短路保護技術的應用上，應根據(jù)電力系統(tǒng)的標準及電力服務要求，合理選擇相應的技術形式。除了做好短路保護技術的選擇應用外，還應從電力系統(tǒng)建設施工規(guī)范、電力系統(tǒng)短路保護裝置架設、電力系統(tǒng)維保技術提升等方面加以改進，提高電力系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定性。