電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘 要：繼電保護(hù)是對測量繼電器與邏輯繼電器進(jìn)行合理整定，使之完成待定功能。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)線路、元件上的保護(hù)。本文從繼電保護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，分析了電力系統(tǒng)繼電器保護(hù)的原理，對繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；現(xiàn)狀；原理；趨勢

電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸配線路及用電設(shè)備組成。在電力系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)一系列的故障問題，長期發(fā)展會引發(fā)事故，使工作無法正常進(jìn)行，以致整個(gè)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重的破壞，影響用戶用電的正常使用，甚至?xí)p害設(shè)備，對人身造成傷害。因此，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的保護(hù)具有極為重要的作用。

1 繼電保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在40余年的時(shí)間里得到很大發(fā)展。

2 電力系統(tǒng)繼電器保護(hù)的原理

2.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求

為實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，作用與跳閘的繼電保護(hù)裝置在技術(shù)性能上必須滿足以下四個(gè)基本要求：

2.1.1 選擇性

其基本含義是保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將基本元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量減少，以保證系統(tǒng)中非故障部分繼續(xù)安全運(yùn)行。

2.1.2 速動(dòng)性

速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)以盡可能快的速度斷開故障元件。這樣就能減輕故障設(shè)備的損壞程度，減小用戶在低電壓情況下工作的時(shí)間，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

故障切除時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。目前保護(hù)動(dòng)作速度最快的約0.02s，加上快速斷路器的動(dòng)作時(shí)間，故障可在0.1s以內(nèi)切除。

應(yīng)考慮不同電網(wǎng)對故障切除時(shí)間的具體要求和經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行維護(hù)水平等條件以便確定合理的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

2.1.3 靈敏性

保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力稱為靈敏性（靈敏度）。靈敏性常用靈敏系數(shù)來衡量。它是在保護(hù)裝置的測量元件確定了動(dòng)作值后，按最不利的運(yùn)行方式、故障類型、保護(hù)范圍內(nèi)的指定點(diǎn)校驗(yàn)，并滿足有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 可靠性

可靠性是指在保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該反應(yīng)的故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)可靠地動(dòng)作（即不拒動(dòng)）。而在不屬于該保護(hù)動(dòng)作的其他任何情況下，則不應(yīng)該動(dòng)作（即不誤動(dòng)）。可靠性取決于保護(hù)裝置本身的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)等因素。一般來說，保護(hù)裝置的組成元件質(zhì)量越好、接線越簡單、回路繼電器的觸點(diǎn)和接插件數(shù)越少，保護(hù)裝置就越可靠。同時(shí)保護(hù)裝置恰當(dāng)?shù)呐渲门c選用、正確的安裝與調(diào)試、良好的運(yùn)行維護(hù)，對于提高保護(hù)的可靠性也具有重要的作用。

2.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

繼電保護(hù)裝置要起到反事故的自動(dòng)裝置作用，必須正確區(qū)分“正常”與“不正常”運(yùn)行狀態(tài)、被保護(hù)元件的“外部故障”與“內(nèi)部故障”，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。對此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護(hù)元件所反應(yīng)的各種物理量的變化予以鑒別。依據(jù)反應(yīng)的物理量的不同，保護(hù)裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護(hù)。

2.2.1 反應(yīng)-斷電器量的保護(hù)

電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓相位角改變等現(xiàn)象。因此，在被保護(hù)元件的一端裝設(shè)的各種變換器可以檢測、比較并鑒別出故障時(shí)這些基本參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置。例如，反應(yīng)電流增大構(gòu)成過電流保護(hù)；反應(yīng)電流與電壓間的相位角變化構(gòu)成方向保護(hù)；反應(yīng)電壓與電流的比值的變化構(gòu)成的距離保護(hù)等。

這一大類的保護(hù)是立足于被保護(hù)元件一端，對比兩種運(yùn)行狀態(tài)的某一電氣量的變化并依次特點(diǎn)構(gòu)成保護(hù)，及反應(yīng)一端電氣量的保護(hù)。

2.2.2 反應(yīng)兩端電氣量的保護(hù)

如果同時(shí)檢測并比較在內(nèi)部故障與外部故障（包括正常運(yùn)行狀態(tài)）兩種工況下的兩端電氣量，可以發(fā)現(xiàn)它們之間有明顯的區(qū)別，從而以這些差別作為判據(jù)即可構(gòu)成反應(yīng)兩端電氣量的保護(hù)。

2.2.3 反應(yīng)非電氣量的保護(hù)

如反應(yīng)溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構(gòu)成裝設(shè)在電力變壓器的瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等。

3 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 計(jì)算機(jī)化

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，使得微機(jī)保護(hù)硬件得到了較好的技術(shù)支持，在微機(jī)線路保護(hù)硬件的發(fā)展歷程中，性能大大提高。電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計(jì)算機(jī)做成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的。現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)。因此，用成套工控機(jī)做成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)己經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱。由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段，目前的繼電保護(hù)裝置只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量，切除故障元件，縮小事故影響范圍。于是，人們提出了系統(tǒng)保護(hù)的概念，將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)能保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，即每個(gè)保護(hù)單元都能分享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。在這方面，天津大學(xué)提出了一種分布式母線保護(hù)的原理，初步研制成功了這種裝置。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。雖然具體的應(yīng)用還需更為深入的研究，但網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢之一。

4 結(jié)束語

總而言之，隨著社會科技的不斷進(jìn)步，電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步的發(fā)展趨勢，因此，我們應(yīng)采取相應(yīng)的措施，引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)，不斷地進(jìn)行開發(fā)和研究工作，使得電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)得到進(jìn)一步的提高，促進(jìn)電力企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的道路。

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