智能配電網繼電保護電路的設計及應用探究

李中建 劉杰 趙乾生

摘 要：近年來，城市用電量逐漸增加，人們更加注重電力的質量及供電過程中耗損的情況。現在電力輸送系統中配電網越來越智能化，隨著這個趨勢的發展，對繼電保護電路的要求也就提高了。城市配電網在設計的時候，將繼電自動保護裝置設計安裝在了電力線路和設備中，繼電保護裝置的安裝有效地提高了人們對配電網在運行過程中的異常和系統故障的反應速度，保證智能配電網能夠安全運行。

關鍵詞：智能配電網；繼電保護；供電線路

1 繼電保護在配電網中的設計

1.1 常用的配電網繼電保護

1.1.1 短路保護。根據科學原理，若供電線路發生短路，負荷電流的值要比故障電流小，很容易就能檢查出來，平常所用的過流保護，一般是限定時間的相電流，通過延遲時間的辦法使母線、饋線、變壓器互相配合。使用這種方法，不僅可以檢測短路故障，還可以測量電流故障和電壓故障。

1.1.2 接地保護。配電網出現的問題，有很大一部分是因為接地故障原因引起的，由于接地故障可能引發一系列連鎖反應，造成其他方面的故障。因為會存在很大的接地電阻，所以在進行檢測的時候，應該用專業的接地保護。接地保護不用檢測沒有異常情況的相電流，因為這個數值是確定的，所以負荷電流的影響也可以忽略不計，這就會使靈敏度有所改善。根據不同的科學原理，或許要進行檢測的量很小，這就會不容易檢測到信號。如果出現接地故障的接地系統的出電阻比較小的時候，可以用電流-時間繼電器來進行檢測；若出現的是高阻故障，可以使用的檢測手段有距離、零序量、中性點電壓、反時限等。因為工作人員使用的是延時保護，這就可以有效地減少瞬時性接地故障中可能會發生的分段饋線開關概率。

1.2 配電網繼電保護自動裝置

1.2.1 綜合測控裝置。改革開放以來我國微電子技術快速發展，這就使外圍器件和CPU的性能更優良，而且價格更合理。在進行計算功能的時候，CPU起到關鍵的作用，它不僅能夠完成繼電保護動作，還可以保留一定的使用能力，將其用來處理相關的其它動作，進而形成多功能的裝置，其功能包含控制、測量、通訊、保護等。使用這種裝置，有效地促進了繼電保護功能的發展，為我國智能配電網保護方法的創新、發展提供了可靠的技術基礎。同樣，這種情況也會反作用于裝置的生產企業，促使其提高產品質量和工藝水平。例如，若繼電保護自動裝置需要比較大的溫度范圍及適宜的干擾水平，那么就要加強其互檢和自檢的能力。現在，城市中正在進行建設的智能配電系統中的配電站和開閉所，都會在其周圍安裝低中壓開關裝置，使其和通信技術結合起來，就可以形成自動化的系統。

1.2.2 配電開關和10kV以上開關智能化。在城市配電系統里，所使用的繼電保護自動裝置，由原有的手動操作的配電開關及柱上開關組成，僅僅是在其中安裝了微機保護裝置，就發生了全新的變化。現在被推廣的柱上裝置分為兩種：第一種是柱上開關和FTU組合在一起，實現機電一體化；第二種是柱上開關和FTU分離，使其單獨工作。

1.3 就地化繼電保護自動裝置

就地化繼電保護自動裝置有很多優點，其不僅可以有效地簡化接線步驟，還可以實現可靠的操作。集控中心通過通信手段和就地裝置聯系，這種方法能夠有效的減小集控中心的接線復雜性以及空間受限的壓力。近年來，設計電路技術和電子器件制造的整體水平有了顯著的提高，若再面對情況復雜且惡劣的戶外環境，硬件裝置也可以很容易的達到建設的要求。可以看到，我國繼電保護自動裝置就地化的發展趨勢是電壓等級較高的領域。之所以讓繼電保護自動裝置在戶外使用，是因為這樣做可以有效的簡化主控制室、減少不必要的電纜連接。

2 配電網中的自適應繼電保護探究

2.1 自適應保護電流

2.1.1 自適應電流速斷保護。和以前所使用電流速斷的保護方法不一樣，自適應電流速斷的保護定值是可以發生變化的，它受到運行方式及系統短路類型的影響。因為可以檢測保護安裝處到系統等效電源間的阻抗和故障類型，所以可以算出整定值，然后根據這個數據對系統狀態進行調整，讓其始終在最好的狀態工作，提高它的安全性。

2.1.2 自適應過電流保護。以前所指的過電流保護，是根據線路上最大負荷電流經過后進行斷定的，而且受到返回系數和自啟動系數的影響，會明顯的降低其保護靈敏度。而自適應過電流保護，因為它的定值和特性是根據實際運行方式和負荷電流得來的，可以根據實際情況進行調整，這就極大地提升了保護靈敏度。

2.2 自適應保護電動機

2.2.1 啟動判據。推導電動機啟動判據不是一件難事：第一步是電流經過電動機；第二步是電動機啟動，電流升至6-8倍的額定電流；第三步是電流逐漸下降，并且降到額定電流或低于額定電流。若電動機發生短路故障，其應該具有前半部分啟動的特點；若電動機正常運行，則不應該有明顯的下降或上升的表現，這時三個判據條件就不會成立，通過這樣的思維方法，還可以測量電動機每次啟動時的最大啟動電流和啟動時間。自適應判據成功的使用在電動機啟動工作中，為科學設置對應的定值及安排電動機的自適應保護的自動投入，提供了很好的前提條件。運用自適應啟動判據的經驗，可以有效地掌握電動機是否已經完成啟動并進入良好的工作狀態；如果發現發動機還在啟動過程中，就要決定是確定退出還是進行投入部分保護模式，把整定值調整到其所適用的情況，這種方式，能夠有效地提高保護靈敏度，迅速地發現故障并及時地進行處理，最大程度地減少電動機故障對整個系統和機器本身造成損害的程度。

2.2.2 保護兩段式定時限過電流。保護兩段式定時限過電流有速斷保護和電流過流保護兩種情況。第一段所使用的保護動作是電流速斷，這可以避免電動機發生短路；第二段的保護動作是過流保護，通常這個保護動作是作為應急用的，防止電動機發生堵轉的情況。在啟動電動機的時候，第二段定時限過流保護會不發生作用，防止再啟動的過程中有誤動的情形，啟動結束后它才會投入工作。

2.2.3 保護啟動時間過長。對于當前狀態是否為啟動過程，自適應保護可以自動識別當時電動機的狀態是不是處在啟動的過程中，若是發現其處在啟動過程中，如果啟動時間達到了整定值，然而整定值電流卻比電動機的相電流小的時候，就會做出跳閘的保護動作。而這個保護動作在電動機正常運行的時候不會產生影響。

2.2.4 保護正序過流的反時限。當電動機再啟動的時候，反時限過流定值要比整定電流的高好幾倍，這樣可以有效地避開電動機的啟動電流；當結束電動機啟動的時候，定值保護會恢復到正常情況。

3 結束語

改革開放以來，隨著我國現代化進程的推進，電力系統正經歷著快速的發展時期，新技術、新理念不斷的被引進到配電網繼電保護的設計過程中，信息技術、電子技術、計算機技術的引進，為我國繼電保護技術的快速發展奠定了可靠的技術基礎。可以預測到，繼電保護技術將會向著測量、控制、數據通信保護一體化的方向發展，其主要特點就是智能化、網絡化和計算機化。大型計算系統的運用，明顯的提高了繼電保護裝置在靈敏性、可靠性、選擇性及快速性等方面的性能。經過眾多技術人員辛勤的努力，我國智能配電網中的繼電保護設計一定會取得更大的成就！

參考文獻

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