電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

石浩瑋

摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生產(chǎn)生活對于電能的需求不斷的加大，電能輸送網(wǎng)絡(luò)也在不斷的發(fā)展變革中，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全的運(yùn)行，電力系統(tǒng)的安全性能決定了對繼電保護(hù)不斷提出更高的要求以來滿足其整個網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展的速度也不斷加快，自動化的程度不斷提高。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 系統(tǒng)原理 保護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TN77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0114-02

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是指電力系統(tǒng)在異常狀態(tài)運(yùn)行時，能保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行自動裝置。其目的是隔離故障點(diǎn)或者故障區(qū)域，盡可能小的影響整個供電網(wǎng)絡(luò)。在電力發(fā)展過程中，主要出現(xiàn)了機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型和現(xiàn)在的微機(jī)型。微機(jī)型繼電保護(hù)是將遠(yuǎn)動技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合性的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程、自動的進(jìn)行故障處理保護(hù)形式。

1 電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)原理探析

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是在電力系統(tǒng)中當(dāng)某些元器件發(fā)生故障后，迅速判斷出發(fā)生故障的區(qū)域，并且根據(jù)計(jì)算機(jī)的分析，進(jìn)行電力系統(tǒng)故障影響最小化的處理，使故障影響范圍被限定在最小影響區(qū)域內(nèi)，其他區(qū)域正常供電。

另一方面，繼電保護(hù)系統(tǒng)因?yàn)榭梢赃M(jìn)行影響最小化分析，因此可以將故障發(fā)生部位準(zhǔn)確的表現(xiàn)出來，有利于故障的及時處理。

繼電保護(hù)裝置根據(jù)電網(wǎng)正常工作時的工作狀態(tài)特點(diǎn)來判定該區(qū)域是否發(fā)生了故障。判定依據(jù)主要根據(jù)電流、電壓、電流與電壓相位角、阻抗等參數(shù)值。當(dāng)這些參數(shù)中某項(xiàng)或者某幾項(xiàng)發(fā)生變化時，使繼電保護(hù)裝置工作狀態(tài)發(fā)生改變，變化信號傳入計(jì)算機(jī)處理，根據(jù)之前編訂好的分析程序和處理程序，計(jì)算機(jī)將處理信號傳送至動作部位，切斷故障點(diǎn)或者故障區(qū)域，保護(hù)其他區(qū)域的正常運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)組成部分

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置由信號輸入部分、測量部分、分析部分、動作部分四個部分組成。

現(xiàn)場信號輸入部分是將電能使用區(qū)域的電能參數(shù)值實(shí)時輸入檢測系統(tǒng)中的裝置，其輸入的信號通常也要進(jìn)行輸入前處理，例如電平轉(zhuǎn)換以及低通濾波等。經(jīng)過處理的信號輸入到系統(tǒng)中。

測量部分：繼電保護(hù)裝置中的測量部分是將輸入信號部分傳來的信號進(jìn)行測量，根據(jù)測量部分的電壓大小、電流大小、阻抗值、功率等物理量進(jìn)行測量后與給定的參量范圍進(jìn)行比較，通過比較對輸入信號進(jìn)行特征的標(biāo)記，也可以稱之為特征放大或者特征識別。

分析部分：經(jīng)測量部分的測量后，得到了輸入信號的特征量，根據(jù)特征量分析部分要進(jìn)行故障的判斷、分析、排序等動作，得出相應(yīng)的故障區(qū)域范圍，結(jié)合實(shí)際的供電線路，分析故障最小化區(qū)域的線路選擇。核定后，發(fā)出動作信號，傳輸至動作部分。

動作部分：根據(jù)分析部分的信號輸入，執(zhí)行一系列的動作使之完成故障影響范圍最小的動作。

2.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備對線路及主變壓器的保護(hù)

繼電保護(hù)裝置對線路的保護(hù)。（1）對線路電流的保護(hù)。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，輸電線路上流過負(fù)荷電流時，在正常狀態(tài)下母線為額定電壓。當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時，短路電流會經(jīng)過回路線路上，母線電壓降低為殘余電壓。當(dāng)殘余電壓出現(xiàn)時，裝置部分測量部分會反映出這一信號特征，線路進(jìn)行電流電壓保護(hù)。當(dāng)嚴(yán)重短路故障發(fā)生時，采用瞬時電流速斷保護(hù)。其設(shè)定動作電流應(yīng)按照躲過本線路末端短路時流過保護(hù)的最大電流來進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)需要擴(kuò)大保護(hù)范圍時，采用電視電流速斷保護(hù)，該種保護(hù)可以保護(hù)線路全長，并且延伸到相鄰線路的一部分。其動作電流為躲過相鄰瞬時電流速斷電流來設(shè)定。此外，還有一種電流保護(hù)就是定時限過電流保護(hù)，安全運(yùn)行時，保護(hù)范圍可以覆蓋本線路的全長，也能覆蓋相鄰線路的全長。其動作電流按照躲開最大負(fù)荷電流來設(shè)定。

（2）線路的接地保護(hù)。加入中性點(diǎn)接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生短路時，往往會有大的短路電流出現(xiàn)，裝置都會有接地短路保護(hù)。一般中性點(diǎn)接地短路保護(hù)采用三段式零序電流保護(hù)。主要配置事宜瞬時零序電流速斷作為第一段，顯示零序電流速斷保護(hù)作為第二段、定時先零序電流保護(hù)作為第三段保護(hù)。

（3）線路高頻保護(hù)。高頻保護(hù)主要分為兩大類：方向高頻保護(hù)和相差高頻保護(hù)。高頻保護(hù)采用比較線路兩端的功率方向作為判斷依據(jù)，來判別輸電線路的故障類型，當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生故障時，功率方向是從母線流向線路，功率方向元件都會進(jìn)行動作，輸電線路兩側(cè)的斷路器立即跳閘；當(dāng)外部發(fā)生故障時，離故障點(diǎn)近的一側(cè)會發(fā)出閉鎖信號。

相差高頻保護(hù)是比較兩端電流的相位的保護(hù)，若線路兩側(cè)電源電動勢同相位，系統(tǒng)各元件阻抗角相等，則當(dāng)線路內(nèi)部故障時，兩側(cè)電流同相位；當(dāng)外部故障時，兩側(cè)電流相位差為180度。它就是利用這種原理構(gòu)成保護(hù)裝置。

繼電保護(hù)裝置對主變壓器的保護(hù)。變壓器的瓦斯保護(hù)。現(xiàn)代電網(wǎng)中的變壓器的電壓和容量不斷增大，冷卻方式和有載調(diào)壓等也不斷發(fā)展應(yīng)用到變壓器中。這些設(shè)備的應(yīng)用使瓦斯保護(hù)的運(yùn)行、操作及管理都相應(yīng)的增加了難度。而重瓦斯保護(hù)一般在下列情況下應(yīng)由跳閘改為信號：變壓器停電或處于備用時，重瓦斯保護(hù)動作后，仍可能使運(yùn)行中的設(shè)備跳閘。如由單相變壓器組成的三相變壓器，當(dāng)運(yùn)行項(xiàng)轉(zhuǎn)為備用時；工作廠用變壓器重瓦斯保護(hù)跳發(fā)電機(jī)一變壓器組，該廠用變壓器停電時；發(fā)電機(jī)變壓器組停電后，重瓦斯保護(hù)動作可能使66%斷路器接線“串”上運(yùn)行斷路器而誤動作；變壓器在運(yùn)行中加油、濾油或換硅膠時，或潛油泵、冷油器（散熱器）放油檢修后投入時；需要打開呼吸系統(tǒng)的放氣門或放油塞子，或清理吸濕器時；有載調(diào)壓開關(guān)油路上有工作時。

2.3 繼電保護(hù)需要注意的事項(xiàng)

一般性檢查。在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置裝置的檢查是不可缺少的一個步驟，無論哪種保護(hù)方式，一般性檢查都是非常重要的，但是在實(shí)際操作過程中往往也是容易被忽略的部分。一般性檢查包括如下幾方面：機(jī)械特性、連接件是否緊固、焊接點(diǎn)是否虛焊、清潔等；將裝置所有的插件拔下來檢查一遍后重新插上，將所有的芯片按緊，并且檢查是否虛接。檢查過程中，務(wù)必將各元件、控制屏、保護(hù)屏、接線箱等部分的螺絲緊固作為一項(xiàng)重要工作來落實(shí)。

接地問題。繼電保護(hù)工作中很重要的原因就是接地短路，因此在接地問題上應(yīng)重點(diǎn)考慮：（1）保護(hù)屏的各個機(jī)箱、屏障等的接地，必須接在保護(hù)屏內(nèi)的銅排上，通常生產(chǎn)廠家已做得質(zhì)量較好，只需認(rèn)真檢查是否有異常發(fā)生即可。（2）電流、電壓回路的接地務(wù)必保證可靠，如接地接在端子箱上，那么應(yīng)檢查端子箱的接地是否可靠，這些細(xì)節(jié)之處都是嚴(yán)重影響設(shè)備安全和人身安全的因素，一旦發(fā)生危險，這些問題將決定繼電保護(hù)裝置能否實(shí)現(xiàn)其功能。

定值區(qū)問題。計(jì)算機(jī)保護(hù)的一個優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行多個區(qū)域定值，不僅方便了電網(wǎng)運(yùn)行方式變化，同時對更改線路情況下的定值問題也起到一定作用。在實(shí)際操作時必須注意定值區(qū)的數(shù)值是否正確，否則不僅對繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生危害，也會對整個電力網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，陰此必須采用嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的技術(shù)手段來確保定值區(qū)的正確性。一般在在修改完定值后，必須打印定值單及定值區(qū)號，并且注意日期、變電站、修改人員及設(shè)備名稱，必要時需兩人同時在場并核對，在繼電保護(hù)工作記錄中注明定值編號。

3 結(jié)語

繼電保護(hù)裝置是電網(wǎng)系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，是保護(hù)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵裝置之一，隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，對于繼電保護(hù)裝置可靠性和智能性的要求會不斷提高，應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大，發(fā)展好繼電保護(hù)技術(shù)將有著重大意義。

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