火力發電過程中高壓電動機繼電保護技術研究

常亮

摘 要：從高壓發電機繼電控制保護的原理出發，分析了目前各種繼電保護措施的優、缺點，并探討了未來繼電保護系統的發展趨勢，以期為高壓電動機的故障分析和繼電保護系統的設計提供借鑒。

關鍵詞：繼電保護原理；繼電保護措施；微機繼電保護系統；火力發電站

中圖分類號：TM772 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.145

火力發電是指將煤、石油、天然氣等各種燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置轉換成電能的一種發電方式，這是我國主要的發電方式之一。電氣系統是火力發電站的核心，由發電機、主變壓器、配電設備、開關設備、發電機引出線、保安電源、通信設備和照明設備等部分組成。其中，發電機是電氣系統的核心。由于火力發電過程中產生的高壓電流極易損壞發電機，進而中斷生產過程，造成嚴重的直接經濟損失和間接經濟損失。因此，研究、設計高壓電動機繼電保護措施至關重要。

1 繼電控制保護的原理

簡單而言，高壓電動機中的繼電器保護裝置稱為繼電控制保護系統。繼電器是指當電流輸入量的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定變化的一種電器。繼電保護的基本原理為利用小電流控制大電流運作，在電路中起到自動調節、安全保護和轉換電路等作用。隨著計算機科學和電力事業的發展，繼電器已由機電整流式逐漸向微機處理式轉變，且保護性能不斷增強，可及時發現并準確、快速地消除人為、自然和設備故障等因素引發的電網故障，從而降低負面影響，促進電氣系統的正常運行。

2 常用的繼電控制保護措施

傳統的高壓電機繼電保護措施主要包含過負荷保護、縱聯差動保護、低電壓保護、接地保護和機組聯鎖保護。

2.1 過負荷保護

過負荷保護是指被保護區出現超過規定負荷時采取的保護措施。在電路中，當回路電流超過過負荷保護裝置的預設值時，過負荷保護裝置會自動斷開電流回路，起到保護有效負載的作用。一般情況下，該保護分為溫度、熱積累和電流保護，其中，溫度保護是最重要的保護方式之一，其基本原理是將溫度敏感元件黏在或者埋設在被保護設備的最熱部位，從而實時監測設備的溫度。

2.2 縱聯差動保護

縱聯差動保護是指用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯結起來，將各端的電流、功率等電氣量傳送到對端，并比較兩端的電氣量，從而判斷故障范圍，決定是否切斷被保護線路。這種保護措施最大的優點在于可設定特定的保護區域、可快速切除整個保護區中的任何短路線路，且不存在與系統中相鄰元件保護的選擇性配合問題。

2.3 低電壓保護

低電壓保護是指用低壓保護繼電器并連在電源兩端，當電壓過低時會自動脫扣，從而分開斷路器開關。

2.4 接地保護

接地保護是指將正常情況下不帶電、在絕緣材料損壞或其他情況下可能帶電的電器的金屬部分用導線與接地體可靠連接起來的保護方式之一。

2.5 機組聯鎖保護

機組聯鎖保護是指在火力發電過程中聯鎖監控鍋爐、發電機、發變組等設備的各種安全控制參數，必要時會停運設備。這種保護措施比前4種保護措施復雜的多，且更加依賴計算機設備的監控和處理。

3 繼電保護技術的發展

近年來，高壓電機繼電保護技術不斷發展，其最大特點在于逐步以微型計算機為基礎結構來構建繼電保護系統，進而取代了傳統的機電整流式保護系統。雖然我國繼電保護研究的水平與西方發達國家存在一定的差距，但微機繼電保護技術已在我國得到了普遍應用，在微機繼電保護的算法和軟件等方面也取得了一定的研究成果。隨著信息技術的發展，越來越多的新技術將在微機繼電保護領域得以應用，未來的微機繼電保護系統將呈現網絡化、智能化和多功能一體化的新格局。

在傳統的繼電保護系統中，除了縱聯差動保護和機組聯鎖保護外，大多數繼電保護裝置只具備迅速切除報警故障元件的功能，無法實現整個系統運行信息和故障信息的共享。只有實現繼電保護網絡化，才能使繼電保護裝置共享故障信息，從而準確判斷故障的性質、位置，提升繼電保護的可靠性和有效性。比如，可將人工神經網絡理論運用到繼電保護系統中，從而有效分析電網的線損問題和解決電力系統中的非線性問題。因此，網絡化是微機繼電保護技術的長久趨勢之一。

微電子技術的發展使繼電保護產品與微控制器、微處理器、DSP芯片級嵌入式系統進一步融合，有效提升了繼電設備的智能化水平。此外，人工智能、多媒體、模糊控制，以及人機交互等多種計算機信息處理技術的發展和應用，也將推動微機繼電保護系統向著智能化的方向不斷發展。智能化繼電保護設備在測量速度、精準度、自動化程度和性價比方面都具有傳統繼電保護產品無法比擬的優點。

智能化和網絡化的繼電保護系統的實質是一臺高性能的計算機，它將作為電力計算機網絡上的智能終端，傳送和處理電力系統中各個被保護元件的運行信息和故障信息。每臺微機繼電保護設備不僅具備繼電保護功能，還將實現測量、控制與數據通信等多種功能的一體化。這是今后高壓電機繼電保護的又一重要發展方向。

4 結束語

如何提高高壓電動機繼電保護系統的靈敏度和可靠性，使繼電保護向著操作簡單化、功能智能化、網絡化的方向發展，是廣大設計人員和生產運行人員最關心的問題。微機繼電保護技術的發展將高壓電機繼電保護推向了新的發展高度。然而，在科學技術不斷發展的今天，我國的繼電保護事業將遇到更多的挑戰和機遇，廣大電力事業工作者和研究者必須勇于探索、積極進取，才能推動我國電網的可持續性發展。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕