電力系統中繼電保護自動化技術的應用

文/朱立華

電力系統必須根據電力需求不斷進行調整，否則就會因故障而引發安全事故，給企業造成不可估量的損失，這一問題的解決必須通過繼電保護裝置來實現，該裝置能夠及時對系統故障做出反應，并以警報的方式通知維護人員，促使故障能夠在短時間內得到處理。

1 繼電保護裝置

1.1 運行特點

繼電保護裝置能夠在電力系統故障時及時傳遞信號，并控制其他設備，將故障的影響局限在一定范圍內，并且還能切除故障。此外，繼電裝置在運行時也會出現問題，主要包括兩種形式。

（1）拒動故障，即未能在系統出現問題時及時發出信號并切斷故障。

（2）誤動故障，主要指保護裝置出現信號或動作報錯的現象。

這主要指的是傳統的保護裝置，當前所研究出的繼電裝置具有自動化特點，能夠實現電力系統的全面監測，獲取最具時效性的信息，掌握各類設備在運行過程中的參數，并且能夠遠程監督與控制設備。

1.2 基本要求

為了確保電力系統始終處于穩定運行的狀態，繼電裝置必須符合以下幾個方面的要求：

1.2.1 選擇性

即在系統異常時必須準確判斷故障位置并選擇性切除，以免影響其他部位。

1.2.2 靈敏性

即明確自身所涵蓋的保護范圍，僅反應自身所負責的區域，確保能夠及時動作。

1.2.3 速動性

即必須立即對故障做出反應并加以切除，以免故障因得不到處理而演變為更大的問題，影響系統其他部分。

1.2.4 可靠性

其是最為基本的一項要求，否則保護裝置就難以對系統故障做出反應，這樣就會導致故障的影響范圍持續擴大，最終導致整個系統出現問題，在這種狀況下必然會造成不可估量的損失。

2 繼電保護策略

繼電保護技術的應用始于上世紀60年代，隨后在科學技術的推動下保護功能越發完善。而自動化技術的出現則始于上世紀90年代，主要包括三項內容：

2.1 微機

運算及邏輯處理能力極強，可時刻監測設備的運行狀態，精準檢測各項參數。

2.2 客戶機

安裝于變電站，可保護錄波器接口，獲取最具時效性的信息；檢測電力系統的運行狀態，將故障生成報告，并且可接收事故報告；可監測技術人員的工作狀態，及時上傳各類異常信息。

2.3 網絡及調度支持

繼電保護需要網絡連接和調度的支持，這樣才能實現資源共享，確保系統不被故障所影響。

3 技術應用

3.1 線路接地保護

系統線路極其復雜，接地方式差異較大。主要可分為大電流與小電流兩種不同的類型。針對前種接地方式，處理故障的方式是切斷電源，后者則是根據繼電裝置所發出的警報信號加以判斷，在系統能夠運行的有限時間內盡快進行處理。當電流接地系統單相接地時可將線路看作A相接地，接地點流經B、C相電容及零序電流，相關人員在分析后A相處于無壓狀態，故障電流壓降為UR0，根據B相電壓可得出此種狀態下的小電阻電壓極小，可直接忽略。三相電壓的線電壓值呈對稱狀態，大于相電壓值，約為后者的倍。在具體計算的過程中可選擇對稱分量法，并且可推斷各相電流方向相同。因此在故障時A相接地，進而使得線路和接地兩種類型的故障同步跳閘。

應結合接地故障的類型選擇相適應的保護措施，主要包括以下幾項要點：

（1）零序功率，接地故障發生時功率方向會產生變化，電流較為平穩，波動不會過于劇烈，這樣不僅能預測故障，并且可保護系統。

（2）零序電流，其在系統線路故障時會在短時間內急劇增加，這時繼電保護能夠及時切斷電源。

（3）零序電壓，其主要產生于系統接地故障發生的過程中，需要根據繼電裝置的警報信號加以處理。

維護人員必須詳細觀察電壓表，根據顯示數值加以判斷，了解故障特點。通常情況下，電壓數值低于正常值時表示發生了接地故障，應盡快加以處理。

3.2 變壓器繼電保護

變壓器的保護主要包括以下幾項要點：

3.2.1 短路保護

其又可分為阻抗與過電流兩種不同的形式，前者主要是阻抗元件在發揮作用。元件會根據運行時間的長短決定是否需要切斷電源，這樣就能夠達到保護電壓器的目的。后者主要指的是在電流元件中安裝繼電裝置，電流元件會根據運行時間決定是否需要切斷電源。

3.2.2 瓦斯保護

如果變壓器油箱的溫度與正常狀態偏差較大，則會導致絕緣材料和油氣分解，此時便會產生具有毒性且危害較為嚴重的氣體，因此需要通過瓦斯保護的方式啟動保護裝置，及時切斷電源并發出警報信號，促使維護人員能夠盡快發現故障并加以處理。

3.2.3 接地保護

需要根據變壓器是否接地進行針對性處理，在未接地的狀況下選擇零序電壓，接地時則應選擇零序電流。

3.3 發電機繼電保護

發電機與電力系統的運行質量密切相關，因此對發電機進行繼電保護是十分必要的，具體來說，該設備的繼電保護主要包括兩項要點：

3.3.1 重點保護

當發電機短路時故障部位的溫度會高于正常值，導致絕緣層被損壞，因此需要在匝間安裝繼電裝置，確保定子匝間能夠始終處于穩定運行狀態，降低故障發生的概率。此外，如果單相接地電流出現偏差，則需要通過繼電裝置結合中心點與相位，達到縱聯差動保護的目的。

3.3.2 備用保護

主要保護形式為過電壓，其能夠避免設備被擊穿，尤其是負荷較低時。此種保護方式能夠避免短路故障損壞發動機，并且可在低負荷狀態下自動切斷電源，通過警報的形式反饋給維護人員，促使人員能夠及時處理故障。

3.4 母線繼電保護

母線保護分為兩種不同的類型。

（1）相位對比保護，此種方式能夠使母線更加可靠。

（2）差動保護，操作方式是在母線元件上設置互感器，連接端子與繞組后可安裝繼電裝置，安裝位置為母線差動部分。

針對大電流與小電流兩種不同的接地方式，在連接過程中分別采取的是三相與兩相的方式。

某變電所操作人員恢復運行試驗后的220kV互感器，在具體操作的過程中首先合上了一次隔離開關，但在合總開關時直接跳開，使得正在處于運行狀態的220kV保護沒有了電壓，檢查后發現僅有220kV付母有電壓，而母線開關及二次回路則處于斷開及未聯絡狀態，但相關人員用萬用表測量后的結果顯示正母A相存在電壓，并且與付母A相完全一致，因此可推測正付母A相電壓被切換接點聯絡，經確認后確定切斷接點接通，進而實現了正付母電壓的聯絡，導致付母向正母一側反充電，這是總開關跳開的直接原因，之后在更換切換插件后回歸正常運行狀態。

4 結語

總而言之，目前社會各界對電能需求量較高，導致電力企業的規模在持續擴大，并且市場中電力企業的數量也在持續增加，而在這種狀況下企業的管理難度也相對提高，因此需要合理應用繼電自動化技術，掌握該項技術的原理及應用標準，促使各類故障能夠在短時間內得到處理。