電力系統中繼電保護自動化的應用

冒潤宇

（國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇 泰州 225300）

0 引 言

當前電力系統發展迅速，用電單位對電力系統繼電保護自動化的標準不斷提升，通信技術、電子科技以及網絡技術的飛速發展為繼電保護自動化的發展注入源源不斷的活力。因此，用電單位必須科學合理地運用繼電保護自動化技術，高度發揮其價值。電力系統運行的正常與否，與電壓變換系統、發電系統以及配電系統等的運行狀況密切相關。若電力系統發生短路狀況，則將導致電力系統癱瘓，干擾供電質量，甚至引發安全事故。而繼電保護系統的科學運行能夠高效自動切斷故障線路，保證電力系統的穩定運行。

1 繼電保護自動化之于電力系統的價值

在電力系統中，繼電保護占據極其關鍵的地位。電力系統運行中產生故障在所難免，其中短路故障是電力系統各種故障中較難處理也最普遍的故障之一。電力系統無法確保每一個區域都具備符合標準的電壓，從而電壓較低的區域易出現短路等現象，導致電力系統不穩定或癱瘓，甚至引發安全事故，影響該區域用戶生活工作狀況。因此，為確保電力系統的穩定運行，提高電力系統的運行效率，必須實時排除不穩定因素和故障，精準確定并處理安全隱患，保證電力系統的供電安全和穩定。現今，自動化技術和自動化設備愈來愈多，且功能愈加齊全，在電力系統中應用先進的繼電保護自動化技術和設備能夠優化電力系統的性能和優勢，提升電力系統的運行效率。繼電保護自動化裝置能夠在確保電力系統正常運行的狀態下，提高電力系統運行的自動反應水平和排除系統故障的速度，進而針對性檢修系統故障[1]。

2 繼電保護自動化的特征

2.1 快捷性

電力系統運行中，故障一旦出現，就要求繼電保護裝置即刻應對，隔離存在問題的線路，高效控制事故的干擾范疇，這就是繼電保護自動化的快捷性。在電路故障處理中，自動化繼電保護裝置能夠迅速修復故障線路[2]。

2.2 穩定性

就普遍狀態而言，電力系統運行穩定時要求繼電保護裝置隨時待機，以便故障發生后即刻應對。電力系統運行中，若繼電保護裝置出現錯誤警示行為或產生異常狀態，則說明繼電保護裝置的穩定性極差[3]。因此，在選擇母線和變壓設備的過程中，必須選用穩定性能強大的自動化繼電保護裝置，保障電力系統的穩定運行[4]。

2.3 靈敏性

自動化繼電保護裝置在電力系統運行中極具靈敏性，有效監控范疇內產生任何故障或異常運行狀態都將即刻傳輸針對性指令和警示信息[5]。且故障解決過程中，靈敏度極高的繼電保護裝置能夠實時反應，保證電力系統的穩定性和安全性，提高故障解決的效率，高效把控供電設備產生故障的概率。

3 電力系統繼電保護自動化的應用

3.1 數據信息、保護、測量與控制的“四位一體”

實現電力系統繼電保護的網絡化和計算機化，能夠提高電力系統繼電保護設備的性能和質量，以便借助網絡提取與電力系統故障有關的各種數據和信息，獲得維護電力系統元件的所有信息和數據，將其傳送至網絡控制端，從而全面監控電力系統的運行狀態，實時獲取電力系統的可能故障和實際狀態[6]。數據信息、保護、測量與控制的一體化設計能夠優化各個保護設備的保護性能，充分展現電力系統的各種性能和價值。計算機和繼電保護網絡應實時記錄電力系統的所有的測量數據，如控制參數、保護參數以及其余數據信息，從而確保電力系統故障產生后，計算機系統可以將相關軟件和收錄信息的數據作為依據展開科學分析，精準確定系統故障所在[7]。繼電保護工作原理原理如圖1所示。網絡化技術與計算機技術在電力系統中的運用，能夠確保電力系統發揮最佳性能和價值，在運行中實時記錄有關信息和數據，并將數據信息傳輸至網絡化平臺和計算機，進而實現電力系統數據信息、保護、測量與控制的“四位一體”，推動繼電保護自動化的智能化、信息化以及網絡化發展。

圖1 繼電保護工作原理圖

3.2 變壓器繼電保護

3.2.1 短路保護

短路保護可分為過電流和阻抗兩種方式。過電流是指將自動化繼電保護裝置安裝至電流元件中，電流元件可以以運行時間為參考判斷是否切斷電源；阻抗是指阻抗元件發揮性能，元件將以運行時間長短確定是否切斷電源，從而實現維護電壓器的目標。

3.2.2 瓦斯保護

若變壓器油箱溫度與其正常溫度差距較大，將造成油氣和絕緣材料的分解，產生具有危害嚴重的有毒氣體。因此，需要借助瓦斯保護的辦法驅動保護設備，及時傳輸警示信號和切斷信號，以便維修職員實時發現故障所在并迅速處理。

3.2.3 接地保護

接地保護要求以變壓器是否接地為依據選擇適合的處理辦法，在接地狀況下采用零序電流，在未接地的狀態下采用零序電壓[8]。變壓器接地保護裝置如圖2所示。

圖2 變壓器接地保護裝置

3.3 發電機繼電保護

電力系統的運行質量與發電機關聯密切，因此對發電機展開繼電保護應用勢在必行。發電機的自動化繼電保護主要包含重點保護和備用保護兩種方式。

3.3.1 重點保護

若發電機出現短路，故障所在部位的溫度大于標準值，將損壞絕緣層，因此必須在匝間配置自動化繼電保護裝置，以維持定子匝間的平穩運行，減少故障的出現[9]。另外，若單相接電流產生誤差，則應該安裝自動化繼電保護裝置以結合相位和中心點，實現縱聯差動保護。

3.3.2 備用保護

過電壓是備用保護的主要方式，可以杜絕設備被擊穿，特別是在負荷較低的條件下。這一保護辦法可以杜絕短路故障破壞發電機，并在低電荷的條件下自動切斷電源，以警報的辦法將信息傳送至維修職員，以確保故障及時解決。

3.4 線路接地保護

對于零序功率，若接地故障導致功率方向變化，電流較平穩，波動并不過度劇烈，則能夠達到預測故障和維護系統的效果。對于零序電流，在系統線路故障的狀況下，短時間內將導致零序電流極劇增加，而自動化繼電保護裝置可以實時切斷電源。對于零序電壓，系統接地故障是產生零序電壓的主要途徑，要求以自動化繼電設備的警示信號為依據及時處理。維修職員應仔細分析電壓表，以顯示數值為參考，科學判斷和了解故障特征。普遍狀況下，電壓數值小于正常標準表明發生接地故障，需要迅速處理故障。

3.5 電力系統自動化

若電力系統出現嚴峻故障，則將導致電力系統安全設備被破壞，電網安全遭受威脅，此時自動化繼電保護裝置將發揮其性能，有效降低電力系統因故障產生的損害，減小電力系統故障的破壞力。因此，縮小電力系統故障對供電安全的干擾，如重瓦斯信號、單相接地以及變壓器溫度過高等，配置自動化繼電保護裝置勢在必行。電力系統運行中，自動化繼電保護裝置異常所傳輸的維護條件信號和反常運行信號能夠預警系統故障的發生，自動調整電氣設備，減少故障發生的概率，降低故障對電力系統的損害。電力系統的優化可以有效降低系統故障對繼電保護裝置的損耗，提高電力系統工作效率，充分彰顯自動化繼電保護裝置的輔助價值[10]。

3.6 強化繼電保護裝置的可靠性

確保電力系統的高效性是繼電保護裝置可靠性的彰顯。自動化保護電力系統能夠保證電力系統的正常運行，充分彰顯其可靠性。但若電力系統產生較大故障，為維護電力系統，排查系統故障，應使用自動化繼電保護裝置。在電力系統運行中可將設備的可靠性強弱作為選擇自動化繼電保護裝置的關鍵指標。另外，提高繼電保護裝置的可靠性，要求維修職員在日常工作中定期檢測繼電設備元件的完整性，定時維修和更換老化元件。

3.7 創設智能化的監控系統

有效預防電力系統故障，以現代化技術為基礎，創設智能化監控系統。監控系統重點憑借網絡數據、過程控制單元、以太網等展開數據傳輸、通信以及分布性監控。同時，電力系統運行中，生產單位可借助智能化監控系統實施監控相應行為，細致處理有關數據，從而高效監控電力系統。在智能化監控系統的實際應用中，布局系統應以分層結構為主，以期全面監測電氣設備的工作實況。

4 結 論

繼電保護自動化已成為電力系統發展的必然趨勢，能夠保證國家電力系統的健康、安全及穩定運行。應用先進科學的自動化技術，與計算機系統相融合，堅持優化繼電保護自動化結構和技術，實現數據信息、保護、測量與控制的“四位一體”，推動電力系統的全面穩定運行，達到提升國民生活質量的目的。就電力企業而言，應深度研究繼電保護自動化技術，不斷擴大科研投資，推動繼電保護自動化技術的研究水平和升級速度，提高電力系統運行的穩定性，為國家發展提供穩定的能源支持。