短路保護技術在繼電保護電力系統中的應用分析

王秀靈 福建省電力有限公司大田縣供電公司

在電力領域科技進步促進下，電力系統短路保護技術得到開發并應用，成為電力系統運行中的一項重要技術形式[1]。從功能價值上看，短路保護技術除了具備維持電力系統安全性特點外，還具備了電力資源優化節約的屬性，對電力企業獲取經濟利潤大有裨益。

一、繼電保護電力系統短路故障成因分析

（一）電力系統方面的原因

電力系統方面原因所致的短路故障可看作不同電位導體之間的短接現象，其根本原因可歸結于電力設備載流絕緣體存在不同程度的損壞，絕緣體可通過自身極大的電阻將電流與其他有關物品進行絕緣，其如果收到損壞，隔絕電流的阻力消失，無法起到絕緣作用，進而造成不同電位導體的短接，引發短路故障。此外誤操作、鳥類跨接裸露導體等也可造成短路故障。因電力系統方面原因所致的短路故障可使短路電流值在瞬間達到幾萬～幾十萬A，且伴有大量熱能產生，可對故障元件造成進一步的損害；另外電力系統方面原因所致的短路故障還可產生較大的電動力，可造成導體的彎曲變形等，電壓也會驟降，引發大面積停電；單相短路還會影響周圍通信線路，干擾電子設備。

（二）電力用戶方面的原因

電力用戶故障主要源于不同區域環境下電力系統建設標準不一。當用電區域經濟發展水平、人口密度大小、人口數量變化、電力系統建設、電力能源需求量存在較大差異時，電力系統在分配電力能源時，極易因供電半徑加大，供電時間延長而產生相關故障。例如，人口密集區電力系統供送電負荷大，長久運行中系統遭受線路損壞及設備老化的概率就更高，外加上電力設備維保跟進不及時，一些潛在故障隱患的設備沒有得到更換，電力用戶用電體驗必然大受影響。

二、繼電保護電力系統常見常用的短路保護關鍵技術

（一）智能保護技術

智能保護技術主要是借助智能保護模塊及智能監控裝置，對電力系統及設備的電流、電壓等各類參數進行動態變化的記錄分析[2]，實現對運行線路的統一監控和終端管理，具體的智能保護系統架構如圖1所示。

（二）電流保護技術

在電力系統中，常見的短路電流保護技術主要是指熔斷器保護和零序電流保護。熔斷器保護技術在早期電力系統短路保護環節較為常用，這一技術的主要觸發因素是電力系統電流，在電流增大時，此時熔斷器會實現異常電流的自動切斷，從而達到預定保護目的。當電力系統發生短路接地故障時，會產生零序電流，利用零序電流分量來構成零序電流保護常用于短路接地故障時的保護。

（三）相間距離保護技術

距離保護的主要元件是阻抗繼電器，繼電保護電力系統出現故障時，故障點到保護安裝處的距離大小，也稱阻抗大小經過系統識別判定后，借助相間保護裝置執行保護動作。例如，實際阻抗高于預定值，此時的故障點處于保護范圍外，系統相間距離保護技術得以觸發。繼電保護電力系統相間距離保護技術在實際應用中可搭配時間元件及方向元件，構成具備階梯性的綜合距離保護裝置。繼電保護電力系統相間距離保護技術能夠靈活選擇并切除相間故障，在短路接地故障發生時，配合零序電流保護，相間距離保護技術能夠迅速切除故障。尤其是當電網結構較為復雜，電網運行方式多變，電壓保護無法有效保障系統安全時，可考慮選用距離保護技術。

三、繼電保護電力系統短路故障防治措施

（一）加強技術改造升級力度

針對電力系統運行故障，某些技術已經較為成熟，可以對電力系統故障，如短路等進行靶向研究分析。電力系統中的關鍵部位故障處理上，則需要加強技術改造升級的力度，增強技術識別及處理故障的效率。例如，將電子式電流互感器作為電力系統電氣互感器飽和故障的針對性處理方式，可對此類故障進行有效解決。再比如，考慮到電力系統網絡架構存在室外布置這一因素，電力系統及附屬設施遭受雷擊的可能性極高，進而會增加電力系統線路大面積短路的概率。對此，可通過在電力系統中安裝高效避雷裝置來加以規避。在實踐中，可以將避雷裝置裝設于電力系統變電站設備周邊，降低雷擊危害電力系統的不利影響。需注意，應結合電力系統輸配電的具體要求，做好避雷裝置類型、規格、功能的技術篩選，以最大化發揮避雷裝置功能。在連接壁壘裝置時要以電力線路安全為首要前提，對連接方式及連接效果進行檢查及試驗。

圖1 智能保護系統架構示意圖

（二）短路故障的快速處理與故障點電源的準確切斷

繼電保護電力系統在內部結構的組成及連接上較為緊密，如某一區間出現短路等故障，系統其他部位會受到連帶影響，損害電力系統整體運行效率[4]。因此，在應用繼電保護電力系統短路保護技術時，要圍繞故障電路的判定及處理，迅速界定故障類型及故障區域，避免故障擴散。要點有：第一，根據系統故障狀態對故障范圍進行縮小直至找到故障方位，對故障類型不能模糊劃分，應盡量細致并能夠查明故障的成因，然后便于尋找并切斷故障區域的電源，為后續檢修爭取時間；第二，采用高效的故障預測及分析工具，例如，針對短路電流進行預測時，可使用萬能表，對電流參數數值的變化狀態進行記錄，為調整電路提供依據；第三，采取替換處理措施，電力系統繼電保護裝置出現短路后，選用性能良好器件替代故障器件，然后對故障器件進行故障查找。可采用微機保護及模糊神經網絡技術排查故障點；第四，結合參照處理方式，如日常巡查中參照正常設備與故障設備的參數信息，記錄故障類型及解決方案，然后在相鄰線路的檢查中就能夠更快地找出故障原因。明確故障點及故障原因后，切斷故障點電源，以避免影響的擴大。

（三）強化繼電保護的定值管理

設立繼電保護定值本，由電氣運行人員、繼電保護助工、電氣專工各保管一份，安排專人對繼電保護定值進行整定，并及時修改繼電保護定值本。因省調或地調需變更定值時，運維工作人員負責上級匯報及安排執行，變更后繼電保護人員則填寫回執單，同時對繼電保護定值本進行修改。因一次設備異動導致的定值變更，繼電保護人員負責計算，并由設備變更部門負責按照分工權限進行審批、執行。應用非標準運行方式的情況下，相關部門應先通知繼電保護人員，如果需要變更定值，需根據分工權限執行。為滿足繼電保護定值要求，需要改變一次設備時，則繼電保護人員應先向總工申請，審核通過后再由繼電保護人員執行。現場繼電保護的定值變更應依據定值通知單執行，若繼電保護裝置出現誤動、拒動時，繼電保護人員則應先查明原因，然后及時進行調整。

四、結語

在繼電保護電力系統短路保護技術的應用上，應根據電力系統的標準及電力服務要求，合理選擇相應的技術形式。除了做好短路保護技術的選擇應用外，還應從電力系統建設施工規范、電力系統短路保護裝置架設、電力系統維保技術提升等方面加以改進，提高電力系統運行安全穩定性。