電力系統(tǒng)自動化建設(shè)和繼電保護(hù)的關(guān)系研究

謝國印

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0 引言

現(xiàn)代工業(yè)化的快速發(fā)展使電力資源需求不斷增加，因而當(dāng)前電力企業(yè)生產(chǎn)改革非常關(guān)鍵，電力系統(tǒng)自動化建設(shè)有利于提高電力系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，同時是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。當(dāng)前，在電力系統(tǒng)自動化建設(shè)中，為解決電力系統(tǒng)安全問題，主要采用繼電保護(hù)自動化技術(shù)。繼電保護(hù)自動化技術(shù)能夠使電力系統(tǒng)自動化建設(shè)更加安全。

1 電力系統(tǒng)自動化建設(shè)存在的問題

電力系統(tǒng)自動化建設(shè)是當(dāng)前電力行業(yè)研究發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。但是，在當(dāng)前我國的電力系統(tǒng)自動化建設(shè)中還存在一些問題，主要包括以下幾個方面。首先，電力系統(tǒng)自動化建設(shè)中應(yīng)用自動技術(shù)或自動化設(shè)備功能性比較單一。單個應(yīng)用電力系統(tǒng)控制設(shè)備、電力系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備雖然具有一定的自動化功能，但是各設(shè)備共同完成工作的過程中缺乏整體的調(diào)度能力，以及整體化控制功能，從而導(dǎo)致自動化控制效率較低，并且各設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行也在一定程度上增加了電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)營能耗，不利于電力資源的節(jié)約。其次，電力系統(tǒng)自動化建設(shè)過程中缺乏安全保護(hù)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)自動化針對電力設(shè)備故障設(shè)計(jì)應(yīng)用了自動檢修維護(hù)，而實(shí)際的自動化系統(tǒng)內(nèi)部保護(hù)功能不足。在自動化系統(tǒng)運(yùn)行中，數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)上傳以及系統(tǒng)內(nèi)部的電力組件等缺乏安全保護(hù)，經(jīng)常出現(xiàn)自動化系統(tǒng)電路損壞、數(shù)據(jù)傳輸丟失等問題，從而影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低了自動化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因此，在當(dāng)前電力系統(tǒng)的自動化建設(shè)過程中，需要提升自動化系統(tǒng)的整體性，同時提升電力系統(tǒng)的安全防護(hù)性能，從而保證電力系統(tǒng)更加高效地運(yùn)行。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理及運(yùn)行特點(diǎn)

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電力故障類型繁多原因復(fù)雜，因此要想從根本上完成電力故障的隔離處理，就要從提升電力系統(tǒng)防護(hù)工作水平做起，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是一種電力系統(tǒng)的自我隔離防護(hù)功能。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電力繼電保護(hù)系統(tǒng)可以針對故障進(jìn)行檢測，并分析故障原因，隔離、切除電力系統(tǒng)的故障部分，從而保證電力系統(tǒng)非故障部分正常運(yùn)行。在當(dāng)前的電力系統(tǒng)建設(shè)中，繼電保護(hù)的應(yīng)用十分廣泛，作用非常重要，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全性。

2.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理

繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的故障檢測以及故障處理系統(tǒng)，主要是對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，包括電力系統(tǒng)繼電保護(hù)區(qū)內(nèi)故障以及區(qū)外故障。在其進(jìn)行電力系統(tǒng)故障分析的過程中，主要是針對以下幾個方面內(nèi)容進(jìn)行分析。（1）針對電力系統(tǒng)的工作電流進(jìn)行分析。當(dāng)電力系統(tǒng)和電力設(shè)備出現(xiàn)故障時，比如接地和短路故障，會導(dǎo)致故障電力線路的電流急劇增大，從而威脅電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）針對電力系統(tǒng)的工作電壓進(jìn)行分析。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地或短路故障時，也會導(dǎo)致電力系統(tǒng)工作中的電壓幅值出現(xiàn)下降的問題，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（3）針對電壓、電流的相位角進(jìn)行分析。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電力系統(tǒng)當(dāng)中的電流與電壓不僅幅值發(fā)生了變化，其相應(yīng)的相位角也發(fā)生了改變。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，其電流與電壓的相位角一般控制在20°左右，而當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生電力故障時，因?yàn)槎搪纷杩菇堑淖饔?，其相位角一般會達(dá)到60°～85°，因此當(dāng)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路等故障時，電壓、電流的相位角會發(fā)生改變，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在電力繼電保護(hù)器裝置工作的過程中，繼電保護(hù)裝置通過分析頻率、故障電流、故障電壓以及故障電流與電壓之間的相位角變化去分析電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的電力故障，從而實(shí)施電力系統(tǒng)保護(hù)，維護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中會使用的非常重要的一套保護(hù)體系，其對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著非常關(guān)鍵的作用。因此，在實(shí)際的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中，其需要具有一定的工作狀態(tài)以及工作特性，主要包括以下個幾方面內(nèi)容。

（1）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中具有選擇性的要求。正常的工作過程中，電力系統(tǒng)運(yùn)行具有整體性。電力系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行都會造成一定的影響。實(shí)際的電力檢修中，如果對整體設(shè)備進(jìn)行停電維修處理，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行終止，造成大范圍的停電。因此，實(shí)際的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中，應(yīng)該選擇性地切除電力系統(tǒng)故障設(shè)備以及線路，盡量減少故障對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響，從而縮小停電范圍和縮短停電時間。

（2）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中具有速動性的要求。當(dāng)前社會生產(chǎn)和生活過程中電力資源極為關(guān)鍵，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行關(guān)系生產(chǎn)效率和生活質(zhì)量，因而社會的需求要求電力生產(chǎn)不能隨意長時間停止。在繼電保護(hù)裝置工作的過程中，繼電保護(hù)要有速動性，能以最快的速度完成電力系統(tǒng)的故障排查以及故障切除，從而保證電力系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，減少對人們生產(chǎn)和生活的影響。

（3）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中具有可靠性的要求。繼電保護(hù)裝置具有良好的防護(hù)功能，其運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，實(shí)際電力繼電保護(hù)裝置工作應(yīng)該具有可靠性，如果繼電保護(hù)裝置在工作中自身系統(tǒng)也經(jīng)常出現(xiàn)故障，就無法形成電力系統(tǒng)的保護(hù)功能，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 電力系統(tǒng)自動化建設(shè)中繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要應(yīng)用

3.1 電力系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行過程中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置

電力系統(tǒng)工作運(yùn)行中，其工作狀態(tài)需要實(shí)時監(jiān)控，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行中影響因素相對較多，如電壓、電流因素以及外部環(huán)境因素等，實(shí)際的工作中，無法預(yù)測某項(xiàng)因素對電力自動化系統(tǒng)造成的故障影響。因此，需要在電力系統(tǒng)自動化建設(shè)過程中有針對性地進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時保護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在當(dāng)前電力系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)可以高效地完成電力系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行監(jiān)控。在實(shí)際的繼電保護(hù)系統(tǒng)工作過程中，其能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化分析和處理，從而針對性地解決電力系統(tǒng)運(yùn)行中的主要問題，也能在一定程度上完成電力自動化系統(tǒng)的運(yùn)行保護(hù)。

3.2 電力自動化系統(tǒng)故障分析中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置

電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行時，其主要工作指標(biāo)包括控制電力系統(tǒng)工作電壓、電流以及工作數(shù)據(jù)等[1]，而電力自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，主要問題包括電壓、電流、電壓電流夾角等相關(guān)問題。在電力自動化系統(tǒng)中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置時，可以有效地完成電力自動化系統(tǒng)的故障分析，針對電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析研究，并通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的有效分析，完成對電力自動化系統(tǒng)的故障檢測，從而實(shí)現(xiàn)故障排查，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.3 電力自動化系統(tǒng)故障切除中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置

電力自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障勢必影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對于電力生產(chǎn)也有一定的影響。因此，在實(shí)際的電力自動化系統(tǒng)工作中，對于電力系統(tǒng)的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)，需要應(yīng)用到繼電保護(hù)裝置進(jìn)行故障切除。繼電保護(hù)裝置能夠在保證系統(tǒng)自動工作的同時，對電力自動化系統(tǒng)的故障進(jìn)行切除，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)以及系統(tǒng)工作的維護(hù)。繼電保護(hù)裝置能夠從根本上實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的故障分析以及故障排除，從而保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，最終保證電力系統(tǒng)的可靠高效運(yùn)行。

3.4 電力自動化綜合系統(tǒng)中應(yīng)用繼電保護(hù)裝置

當(dāng)前，電力系統(tǒng)自動化綜合系統(tǒng)的建設(shè)主要包括站控層、間隔層等，并且在實(shí)際的運(yùn)行中，間隔層和站控層用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接[2]。站控層是電力自動化綜合系統(tǒng)中的控制層級，在其內(nèi)部主要有核心控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)應(yīng)用過程中的控制功能以及信息儲存功能。根據(jù)站控層工作層面的不同，可將站控層主要分為主機(jī)系統(tǒng)、操作員工作系統(tǒng)、工程師系統(tǒng)以及保護(hù)管理系統(tǒng)等，從而實(shí)現(xiàn)電力自動化系統(tǒng)的自動監(jiān)控、自動控制以及信息采集儲存等相關(guān)功能。在電力自動化綜合系統(tǒng)間隔層中，主要建設(shè)有系統(tǒng)的具體工作設(shè)備，包括自動控制設(shè)備、電力二次設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、信號傳感裝置等。其中，自動控制設(shè)備主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制功能，提高電力自動化系統(tǒng)的控制效率；繼電保護(hù)裝置主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的故障分析及保護(hù)，從而保證電力系統(tǒng)更加可靠、高效地運(yùn)行；信號感應(yīng)裝置是電力系統(tǒng)信息采集的關(guān)鍵裝置，也是自動化系統(tǒng)控制功能實(shí)現(xiàn)的核心裝置，其利用傳感技術(shù)采集電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行中的相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并利用中間以太網(wǎng)層級將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸究貙又?，從而完成電力自動化綜合系統(tǒng)的智能控制，也在最大程度上提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量[3]。

4 結(jié)束語

文章探討了繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)綜合自動化、電力自動化系統(tǒng)故障切除、繼電保護(hù)系統(tǒng)以及電力自動化系統(tǒng)故障切除中4個方面的應(yīng)用，闡述了電力自動化建設(shè)中如何應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)保證電力系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，希望能對行業(yè)發(fā)展提供一定參考。