電力自動(dòng)化繼電保護(hù)安全技術(shù)的應(yīng)用與研究

黃大立

(中能祥瑞電力工程有限公司，福建 福州 350001)

電力自動(dòng)化繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分， 在國(guó)家電力事業(yè)的安全發(fā)展中扮演著重要角色。因此，加強(qiáng)電力自動(dòng)化繼電保護(hù)安全管理的研究尤為重要。相關(guān)技術(shù)人員，要結(jié)合具體工作實(shí)際，科學(xué)地總結(jié)更加高效的工作機(jī)制，從而優(yōu)化機(jī)電安全保護(hù)方式，提高繼電保護(hù)工作質(zhì)量，進(jìn)一步推進(jìn)電力自動(dòng)化繼電保護(hù)安全技術(shù)發(fā)展。

1 電力自動(dòng)化繼電保護(hù)工作原理與基本要求

1.1 繼電保護(hù)裝置工作原理

在應(yīng)用繼電保護(hù)裝置時(shí)，如果遇到系統(tǒng)問(wèn)題，所形成的突變物理量會(huì)轉(zhuǎn)化為信息量，當(dāng)上述變量積累到一定值，則會(huì)啟動(dòng)邏輯控制環(huán)境，對(duì)脈沖及其信號(hào)進(jìn)行分析。繼電設(shè)備主要構(gòu)成部分為測(cè)量、執(zhí)行和邏輯模塊等。其中測(cè)量模塊主要能夠接收信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的數(shù)值進(jìn)行測(cè)量和分析定值，來(lái)獲得相應(yīng)的結(jié)果，再將結(jié)果傳輸給邏輯模型。邏輯模塊的功能是對(duì)獲取的結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算來(lái)分析邏輯數(shù)值，在既定的范圍傳遞和處理動(dòng)作信號(hào)，并執(zhí)行模塊，此后形成相應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)。

1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的要求

在電力系統(tǒng)內(nèi)使用繼電設(shè)備能夠發(fā)揮其高穩(wěn)定性和高效性等特征。在系統(tǒng)中使用繼電保護(hù)裝置，可通過(guò)裝置來(lái)及時(shí)斷開(kāi)出現(xiàn)故障的元件，從而避免電力故障范圍的擴(kuò)大。高效性則指在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，保護(hù)裝置可及時(shí)對(duì)故障元件相關(guān)正常的線路進(jìn)行斷開(kāi)處理，及時(shí)針對(duì)存在故障的線路進(jìn)行故障排除。這便需要保護(hù)裝置具備更高的反應(yīng)靈敏度，可基于靈敏系統(tǒng)來(lái)分析和衡量故障。穩(wěn)定性則指系統(tǒng)在既定范圍對(duì)故障的反應(yīng)情況，并科學(xué)處理故障點(diǎn)，保證系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 線路接地保護(hù)的應(yīng)用

通過(guò)實(shí)踐可知，對(duì)于不同的線路也需使用不同的接地方式，多數(shù)接地保護(hù)方式運(yùn)用大電流和小電流方式進(jìn)行處理。大電流接地便是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在第一時(shí)間將電源切斷，這樣便可保障電力系統(tǒng)不會(huì)受到損傷。小電流保護(hù)則是在出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。如果電流系統(tǒng)發(fā)生單相的接地故障，小電阻系統(tǒng)本身電流值較小，則可作為有效的接地系統(tǒng)。小電流接地模式也可分為下述兩種類型：

(1) 零序電壓。如果電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，則不會(huì)在系統(tǒng)中發(fā)生零序電壓的問(wèn)題。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，則會(huì)導(dǎo)致零序電壓?jiǎn)栴}的發(fā)生?？刹捎美^電保護(hù)技術(shù)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行處理，在較短的時(shí)間內(nèi)完成零序電壓的處理工作，及時(shí)將信號(hào)發(fā)出。工作人員在獲得信號(hào)后便會(huì)采取有效措施進(jìn)行技術(shù)處理。

(2) 零序電流。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，便會(huì)導(dǎo)致零序電流上升。此時(shí)繼電保護(hù)技術(shù)的作用便不再明顯，需及時(shí)斷電，從而對(duì)電力系統(tǒng)提供保障。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，零序電流將沿電纜流入到故障點(diǎn)位置，此時(shí)進(jìn)入電流互感器后再接地。該種模式能夠有效避免信號(hào)受到影響，降低出現(xiàn)問(wèn)題的幾率。

2.2 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

(1) 重點(diǎn)保護(hù)。電力系統(tǒng)運(yùn)行期間常見(jiàn)的故障為定子組匝間發(fā)生短路，一旦出現(xiàn)問(wèn)題便會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)溫度上升過(guò)快，破壞發(fā)電機(jī)的絕緣層，導(dǎo)致設(shè)備難以正常運(yùn)行，影響發(fā)電機(jī)功能發(fā)揮的穩(wěn)定性。一旦發(fā)電機(jī)發(fā)生故障情況，則需針對(duì)保護(hù)匝間安裝相關(guān)的裝置，以此避免再次出現(xiàn)故障。在繼電保護(hù)裝置運(yùn)行期間，需對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因是單向接地電流在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之外，而安裝在系統(tǒng)中的接地裝置便可發(fā)揮保護(hù)作用，避免發(fā)電機(jī)受到性能損傷。

(2) 備用保護(hù)。發(fā)電機(jī)處于低負(fù)荷狀態(tài)，會(huì)發(fā)生絕緣擊穿的情況，如果出現(xiàn)上述問(wèn)題，則需借助保護(hù)裝置進(jìn)行斷電處理，提升對(duì)電壓的保護(hù)效果，并發(fā)出警示信息，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生短路等問(wèn)題。在使用相關(guān)保護(hù)技術(shù)時(shí)，電壓保護(hù)能夠確保技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)短路情況，避免發(fā)電機(jī)受到二次損害。

2.3 變壓器繼電保護(hù)

在變壓器運(yùn)行當(dāng)中應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，需全面衡量電壓等級(jí)等條件，將其作為重要的參考依據(jù)。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，需重點(diǎn)解決存在的問(wèn)題，具體可通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法來(lái)處理差動(dòng)保護(hù)方面的問(wèn)題。當(dāng)前，應(yīng)用到變壓器的保護(hù)技術(shù)類型有下述幾種。

(1) 接地保護(hù)。在對(duì)自接變壓器進(jìn)行處理時(shí)，需借助機(jī)電技術(shù)完成相應(yīng)的保護(hù)工作，可對(duì)接地兩側(cè)的零序電流實(shí)施保護(hù)，如果無(wú)接地變壓器，則需采取零序電壓的方式進(jìn)行保護(hù)。

(2) 瓦斯保護(hù)。如果變壓器的油箱發(fā)生問(wèn)題，在特殊環(huán)境下，絕緣材料會(huì)受到電弧分解的影響，經(jīng)過(guò)與油的融合作用生成有害性氣體。如果不對(duì)上述氣體進(jìn)行科學(xué)處理，會(huì)有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)?duì)人員的安全構(gòu)成威脅，難以保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)此可運(yùn)用繼電保護(hù)裝置對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行排查，應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)來(lái)對(duì)油箱進(jìn)行控制和保護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)斷電，并發(fā)出警告信息，對(duì)故障進(jìn)行有效處置。

(3) 短路保護(hù)。在變壓器使用當(dāng)中，短路問(wèn)題出現(xiàn)的頻率較高，而且會(huì)直接影響到變壓器的運(yùn)行效果。應(yīng)用繼電器的保護(hù)技術(shù)來(lái)有效處理短路問(wèn)題，即涉及過(guò)電流和抗阻繼電保護(hù)等方面內(nèi)容。電流保護(hù)便是集中安裝變壓器電源兩側(cè)的電源。在對(duì)電流元件進(jìn)行安裝時(shí)，繼電保護(hù)裝置對(duì)變壓器電源進(jìn)行切斷處理，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)抗阻進(jìn)行保護(hù)時(shí)，變壓器的抗阻能夠在一定程度上發(fā)揮保護(hù)的功能，通過(guò)變壓器的抗阻元件能夠提高繼電保護(hù)功能的效果。

2.4 母線繼電保護(hù)

在具體應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)時(shí)，會(huì)在一定程度上受到母線保護(hù)。母線是繼電保護(hù)技術(shù)的核心要素，主要應(yīng)用于相位和差動(dòng)繼電保護(hù)等方面。具體實(shí)踐中，可運(yùn)用對(duì)比相位的方法來(lái)處理，以此提高母線的穩(wěn)定效果和使用的質(zhì)量，從而凸顯系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)施差動(dòng)繼電保護(hù)時(shí)，需對(duì)母線元件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，科學(xué)處理電流互感設(shè)備，從而提高保護(hù)的效果。在對(duì)電流互感設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí)，需保證其變化具有統(tǒng)一性，從而能夠突出電流互感器的優(yōu)勢(shì)功能。

對(duì)電流互感器進(jìn)行設(shè)置后，需進(jìn)一步采取科學(xué)的措施進(jìn)行處理，在系統(tǒng)母線的差動(dòng)區(qū)合理設(shè)置互感設(shè)備。對(duì)母線的大電流接地處理期間，可通過(guò)三相鏈接來(lái)優(yōu)化母線的繼電保護(hù)效果。在實(shí)施母線小電流接地時(shí)，需將母線的繼電保護(hù)與大電流接地保護(hù)相區(qū)分，重點(diǎn)在于科學(xué)處理兩相鏈接的使用和相間斷線的作用，從而發(fā)揮繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)母線功能發(fā)揮的輔助效果。

3 電力自動(dòng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 兩級(jí)極差保護(hù)配置

如果要在較短的時(shí)間內(nèi)排查到故障點(diǎn)，壓縮維修時(shí)間，則需運(yùn)用兩級(jí)差的保護(hù)設(shè)備，從而提高故障的處理效果，減少資源和費(fèi)用的投入。在應(yīng)用兩級(jí)差保護(hù)裝置時(shí)，需細(xì)致開(kāi)展下述工作內(nèi)容：首先，需選擇適合的開(kāi)關(guān)類型。斷路器的開(kāi)關(guān)為用戶開(kāi)關(guān)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)需應(yīng)用到主干線位置；其次，需設(shè)置保護(hù)動(dòng)作的延長(zhǎng)時(shí)間。通常需將變電站出線位置的斷路器開(kāi)關(guān)保護(hù)時(shí)間設(shè)置為200～250 ms。這樣便能夠在較短的時(shí)間內(nèi)排查出故障位置，從而節(jié)約維修所時(shí)間，提升故障的處理效果，此外還可有效避免發(fā)生跳閘的現(xiàn)象。斷路器上設(shè)置了多級(jí)極差保護(hù)措施，如在支線上發(fā)生故障，便可及時(shí)進(jìn)行斷電處理，避免與其他線路段產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；最后，由于運(yùn)用斷路器的成本相對(duì)較高，在主干線位置選擇設(shè)置負(fù)荷開(kāi)關(guān)，也可降低資源的消耗量。

3.2 故障集中處理措施

處理故障時(shí)需具有更強(qiáng)的針對(duì)性，由于主干線路的類型具有較為明顯的差異，因此對(duì)處理不同類型的故障也需采取適合的措施。一般來(lái)講主干線的類型為架空饋線，相關(guān)人員需依據(jù)下述程序?qū)收线M(jìn)行排查和處理：第一，如果故障點(diǎn)在饋線中，則處于變電站出線位置的斷路開(kāi)關(guān)便會(huì)自動(dòng)跳閘，這樣便可自動(dòng)隔離由于故障產(chǎn)生的電流；第二，在延時(shí)0.5 s后，如斷路器的開(kāi)關(guān)順利完成重合，則可判斷不是突發(fā)問(wèn)題，如果無(wú)法重合，則說(shuō)明不是長(zhǎng)久類故障；第三，阻斷配電會(huì)獲得開(kāi)關(guān)的相應(yīng)故障數(shù)據(jù)信息，并將其發(fā)送到主站，隨后主站可對(duì)獲取的信息進(jìn)行科學(xué)處理，并對(duì)故障的具體位置和類型進(jìn)行判斷；第四，如果是突發(fā)性故障，則需在故障處理記錄數(shù)據(jù)中將本次故障的數(shù)據(jù)信息一并記錄，以此作為后續(xù)處理類似故障的參考。如果屬于長(zhǎng)久類的故障類型，則相關(guān)人員便需全面掌握故障附近的所有開(kāi)關(guān)閘，對(duì)發(fā)生故障的線路和相關(guān)路線進(jìn)行阻斷處理，此外還需將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较嚓P(guān)的變電站，保證變電站的斷路設(shè)備全部開(kāi)關(guān)均進(jìn)行合閘，從而保證供電的持續(xù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)工作人員完成全部的處理工作后，需對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，如記錄故障類型和位置等信息內(nèi)容。這樣才能在完成電力供應(yīng)后，如果配電網(wǎng)再發(fā)生類似的故障情況，便可依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)信息作出有效判斷。

3.3 智能告警與事故信息處理技術(shù)

對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的警告和信息處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，可明顯提升變電運(yùn)行的穩(wěn)定性?？蓱?yīng)用該技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，并采取科學(xué)的措施進(jìn)行處理。工作人員能夠及時(shí)依據(jù)警告提示信息來(lái)組織維修等活動(dòng)，這樣便可避免系統(tǒng)長(zhǎng)期處于異常狀態(tài)，對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行效果產(chǎn)生不利影響。此外可通過(guò)運(yùn)用該技術(shù)可為技術(shù)人員提供更為可靠的數(shù)據(jù)信息，再對(duì)類似故障進(jìn)行處理時(shí)，技術(shù)人員便可借助以往的數(shù)據(jù)作為參考，在最短的時(shí)間內(nèi)排除故障，保障變電運(yùn)行的效果。

3.4 干擾信號(hào)屏蔽方法

對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行屏蔽，首先需依據(jù)不同線纜材料的類型選擇適合的方式。在電力系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出絕緣層工作線纜，且應(yīng)用率較高。這種線纜可有效避免感應(yīng)雷和直擊雷等自然災(zāi)害的危害，降低可能受到的損失。其次對(duì)繼電保護(hù)裝置采取保護(hù)措施，需針對(duì)設(shè)備的運(yùn)行方案和效果進(jìn)行研究，對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的環(huán)境抵抗效果和相關(guān)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量。在實(shí)施具體工作時(shí)，可嘗試在區(qū)域內(nèi)設(shè)置局域網(wǎng)，并在運(yùn)行期間排除周圍產(chǎn)生的干擾信號(hào)，從而降低配電系統(tǒng)所形成的負(fù)面影響。最后需保證構(gòu)建的專業(yè)體系能夠長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮穩(wěn)定的維護(hù)效果，有效排除信號(hào)的不利影響，此后才能確保系統(tǒng)可高效完成參數(shù)的獲取工作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐分析得知，要提升電力自動(dòng)化繼電保護(hù)研究能力，提高電力自動(dòng)化繼電保護(hù)安全技術(shù)應(yīng)用效率，技術(shù)人員需重視創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方法，科學(xué)地進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，全面掌握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，才能進(jìn)一步為電力自動(dòng)化繼電保護(hù)工作開(kāi)展提供有效技術(shù)保證。