電氣設備繼電保護技術分析

何向國

摘 要：隨著我國電網建設不斷發(fā)展，繼電保護作為一種電網的必要保護措施，廣泛應用于各級電力系統(tǒng)中，尤其是在110kV及以上電壓等級中應用更為廣泛，繼電保護在電網中具有十分重要的作用，可以保護電網安全。本文對繼電保護的應用技術進行分析與探討，旨在提高電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

關鍵詞：電力系統(tǒng) 繼電保護 保護技術

中圖分類號：TM772 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）05-0-01

引言

電氣設備在電力系統(tǒng)中具有十分重要的地位，是電力企業(yè)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。在電氣設備使用過程中往往存在一些質量問題，定期做好檢修管理可以在一定程度上解決電氣設備的質量問題，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性。繼電保護是電力設備運行過程中的重要保護措施，當電力系統(tǒng)設備出現(xiàn)不正常反應的時候可以及時切除系統(tǒng)故障，能夠對電力系統(tǒng)進行有效的保護。隨著電力系統(tǒng)的不斷升級，計算機技術和信息技術的不斷應用，也使得繼電保護裝置不斷升級，在選擇繼電保護裝置的時候應該要注意選擇性、速動性、靈敏性、可靠性等基本原則，對繼電設備進行合理選擇和應用，以提高電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

一、電力系統(tǒng)中大型設備的保護現(xiàn)狀

與高壓線路的繼電保護系統(tǒng)相比較而言，電力系統(tǒng)的主設備的繼電保護工作處于落后的狀態(tài)，電力系統(tǒng)的主設備有高壓并聯(lián)電抗器、母線、變壓器、發(fā)電機等，這些設備的保護工作處于落后的狀態(tài)，也造成了電力主設備的運行安全性和穩(wěn)定性受到較大威脅。隨著信息化技術的不斷發(fā)展和應用，我國電力行業(yè)的發(fā)展也越來越迅速，電氣設備也逐漸實現(xiàn)智能化，智能化電氣設備是信息化技術和智能化技術在電力行業(yè)中應用的產物，是依據(jù)互聯(lián)網技術建成的現(xiàn)代化設施設備，可以提高變電系統(tǒng)的管理水平和管理效率。電氣設備主要包括智能化一次設備和網絡化二次設備，通過這些設備的分層搭建，形成新型的智能控制網絡，對整個電力系統(tǒng)進行自動化控制，實現(xiàn)智能化電氣設備之間的信息共享和相互操作，同時，智能化電氣設備的還具有數(shù)字化和信息化的基本特點。當前電氣設備的繼電保護現(xiàn)狀如下：

第一，電氣設備繼電保護的靈敏性大大提升，繼電保護是對電力系統(tǒng)進行保護的主要部分，根據(jù)當前我國電力系統(tǒng)的運行情況，對繼電保護裝置提出四個基本要求，即具有選擇性、速動性、可靠性、選擇性。其中選擇性以及靈敏性是最關鍵的內容，繼電保護設備的速動性以及電力的可靠性與GOOSE有關。在條件相同的一次設備和二次設備之下，電氣設備的繼電保護與傳統(tǒng)的直接采用跳閘進行保護的方式相比而言，采用了GOOSE報文，這一報文需要經過網絡將信息發(fā)送給智能操作系統(tǒng)，在傳輸?shù)臅r候也增加了中間環(huán)節(jié)，使得繼電保護的總動作時間變長，對保護時間進行延長也是一個十分關鍵的環(huán)節(jié)，通過相應的設備可以將延長的時間穩(wěn)定的控制在相應時間范圍之內。電氣設備的繼電保護系統(tǒng)采用了GOOSE之后，就可以通過網絡來控制跳閘、啟動、鎖閉等操作，與傳統(tǒng)的回路跳閘方式相比，其可靠性有了很大程度的提升

第二，可以實現(xiàn)分布式保護。在電力系統(tǒng)中，繼電保護的主保護主要是通過保護裝置實現(xiàn)的，這一保護裝置是多功能的，保護裝置的功能以及用戶所選擇的保護邏輯程序確定了元件的保護邏輯。后備保護則主要取決于系統(tǒng)的元件或者一些設備的重要性，可以選擇近后備或者遠后備的基本原則進行保護。在高壓輸電網絡中一般采用兩套主保護方案，唯一需要集中保護的設備是母差保護。分布式保護方案主要依靠GOOSE信息傳輸?shù)闹袡C制對等通信方式進行通信保護。

第三，主設備保護的主后一體化趨勢以及雙重化配置。近年來，雙主雙后保護配置方案在電力主設備的保護領域應用越來越廣泛，尤其是電力系統(tǒng)出臺了細致的主設備保護規(guī)定之后，雙主雙后保護方案成為主設備保護發(fā)展的主要方向和準則，為現(xiàn)場的運行提供了很大的方便。雙主雙后的保護實現(xiàn)方式針對的是一個具體的被保護的對象，需要配置兩套獨立的保護方案，每一套保護方案都由兩個CPU組成，兩套獨立的保護方案可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的有效保護，當遇到某防護方案不能使用的時候可以立即使用另一套方案對電力系統(tǒng)進行保護。

二、電氣設備繼電保護技術

1.變壓器保護

變壓器是最主要的電氣設備，變壓器穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵，變壓器保護技術主要有以下幾種：

1.1變壓器差動保護。為了實現(xiàn)對變壓器的差動保護，一般在變壓器需要保護的一側設置專門的監(jiān)測裝置，對變壓器的電流以及電壓情況進行檢監(jiān)測，用電發(fā)現(xiàn)變壓器出現(xiàn)異常的電流或者電壓狀況，都要及時對其進行處理。由于監(jiān)控的范圍有限，一般不能對臨近的區(qū)域發(fā)生的故障進行區(qū)分，因此需要充分考慮到臨近的保護狀態(tài)來設置相應的保護參數(shù)，實現(xiàn)對變壓器的有效保護。為了增強系統(tǒng)的選擇性，一般可以設置較小的保護范圍，較長的動作延長時間，但這種方式也可能導致出現(xiàn)故障的變壓器不能被及時隔離，從而加重了變壓器受到危害的程度。為了能夠對保護范圍內外的各種故障進行準確判斷，就需要在被保護的變壓器兩端都設置相應的監(jiān)控裝置，從而能夠對故障元件的電流進行掌控，對電氣設備進行保護。

1.2瓦斯保護。瓦斯繼電器在電力系統(tǒng)中的應用十分廣泛，隨著技術不斷改進，當前使用最多的是旋轉擋板式瓦斯繼電器，這種繼電器已經取代了傳統(tǒng)的浮筒式瓦斯繼電器，對由于密封性差造成的漏油現(xiàn)象引發(fā)的誤動現(xiàn)象有很好的防護作用，提高了繼電保護的可靠性。

1.3變壓器后備保護。過電流是變壓器使用過程中的一種常見故障，對變壓器的損害較大，嚴重的時候會導致變壓器燒毀。因此，在繼電保護中應該要加強對變壓器后備保護的設計，可以在變壓器的電源一側安裝過電流保護器，從而使得系統(tǒng)出現(xiàn)過電流狀態(tài)的時候可以及時斷開變壓器。在變壓器上安裝后備過電流保護裝置之后會導致系統(tǒng)的接線比較復雜。

1.4自耦變壓器保護。自耦變壓器是一種新型的變壓器設備，與傳統(tǒng)的變壓器相比較而言，其成本較低，體積較小，在實際的應用過程中也具有較高的靈活性，一般用作聯(lián)絡變壓器使用。在自耦變壓器保護中主要有兩種方式，一種是接地保護，一種是過負荷保護。接地保護指的是將自耦變壓器直接接地，系統(tǒng)的短路位置與通過接地點的電流強度有很大關系。過負荷保護則主要是針對變壓器運行過程中的負荷情況而定的，因為變壓器運行過程中對每一側的負荷情況都有影響， 負荷的分布情況又會產生影響，當前變壓器中各側開始送電的時候，因為公共繞組容量的制約作用，公共繞組在自耦變壓器還沒有達到最大電流的時候就已經超出了負荷，因此在自耦變壓器過負荷保護過程中必須要根據(jù)實際情況確定保護方案。

2.分布式母差保護

分布式母差是電氣設備繼電保護裝置中的重要組成部分，按照分布式設計，每一個間隔內都存在獨立母線保護功能，分布式母差保護按照結構劃分，可以分為有主站和無主站分布式母差保護，這兩者的共同點是被保護的母線所連接的每一個元件回路上都裝設了母線保護單元，不同點在于有的主站的分布式母差保護有一個后臺主機作為支撐，主機可以通過通信網匯總所有單元采樣數(shù)據(jù)、開關狀態(tài)等信息，給母差保護提供支持，并且向有關的回路發(fā)出跳閘指令。而無主站的分布式母差保護則沒有可用的后臺主機，每一個保護單元除了對本回路中的電流進行采樣之外，還要通過通信網絡與其他回路進行連接，獲得其他回路的電流采樣值。在這種保護結構中，每一個單元都可以獨立計算和判斷母線的故障，一旦某個保護單元被判斷為母線故障，則可以將這個回路從母線上斷開，而不影響其他的回路。

3.發(fā)電機保護

針對發(fā)電機保護，主要從兩個方面著手。第一，提高定子接地保護的動作靈敏度。在發(fā)電機運行過程中，有很多因素都可能會導致過電壓，這就要求中性點在接地過程中應該要經過配電變壓器。為了最大限度的提高定子接地保護動作的靈敏程度，可以將數(shù)值較小的電阻安裝在變壓器上，從而最大限度地提升定子接地的靈敏度，并且能夠有效地防止過電壓對發(fā)電機造化的損害。第二，失磁保護。失磁保護過程中最關鍵的是保護的精度，當前發(fā)動機失磁保護的精度重要受到失磁保護組件結構的影響，比如阻抗元件、母線低壓元件、閉鎖元件，阻抗元件主要是為了檢查出失磁故障，母線低電壓元件則主要是用于監(jiān)視母線的電壓，從而保障系統(tǒng)安全，在實際操作過程中應該要選取發(fā)電機斷路器連接母線的電壓，一般設置為母線額定電壓的0.8～0.85倍即可。

結語

綜上所述，隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網的覆蓋率越來越大，在電網發(fā)展過程中，有很多因素都可能會引發(fā)系統(tǒng)的故障，給人們的生產生活帶來較大損失。繼電保護是電力系統(tǒng)保護系統(tǒng)中的重要部分，在進行電力系統(tǒng)保護的時候必須要對繼電保護裝置進行合理設置，并且對繼電保護方案進行設計，以提高電力系統(tǒng)的繼電保護水平。

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