電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)自動(dòng)化的應(yīng)用

李大友

湖南皓熠機(jī)電設(shè)備有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

1 繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的概述

伴隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)也取得了較為顯著的成果以及進(jìn)步，與其相匹配的電力系統(tǒng)建設(shè)事業(yè)也在快速推進(jìn)，專業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)也得到了全面的研發(fā)和升級(jí)，卻讓我國(guó)電力系統(tǒng)的電力運(yùn)輸效率獲得了前所未有的提高，為我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)帶來(lái)了巨大保障。但在實(shí)際電力系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程中，仍舊會(huì)遇到諸多的問(wèn)題和缺陷，尤其是繼電保護(hù)裝置安裝的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一定的不足。在這當(dāng)中的繼電保護(hù)裝置作為不可或缺的重要零部件，必須要發(fā)揮持續(xù)穩(wěn)定的保護(hù)效果，促使電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，避免各類電力系統(tǒng)運(yùn)行故障的狀況出現(xiàn)，也能及時(shí)為其提供防護(hù)和解決策略，讓電力系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)電能，為社會(huì)各類經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)提供支持。伴隨著我國(guó)繼電保護(hù)裝置的持續(xù)發(fā)展，各類新型科學(xué)技術(shù)已逐步應(yīng)用其中[1]。例如：當(dāng)前較為熱門的計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及微電子控制技術(shù)，將這些先進(jìn)科學(xué)技術(shù)有效的整合，隨后再融入到繼電保護(hù)裝置當(dāng)中，能夠讓現(xiàn)代化繼電保護(hù)裝置具備自動(dòng)化的運(yùn)行效果，促使未來(lái)的電力系統(tǒng)保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的管理目標(biāo)。在自動(dòng)化技術(shù)的加持下，繼電保護(hù)裝置能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的監(jiān)督，電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障問(wèn)題時(shí)，繼電保護(hù)裝置便會(huì)立刻發(fā)揮自身作用，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓的狀況，盡最大可能降低故障問(wèn)題所帶來(lái)的損失。另外，通過(guò)繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用，能夠讓電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管控效果，一旦電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障問(wèn)題就會(huì)及時(shí)報(bào)警，切斷電力系統(tǒng)的電源供應(yīng)，降低電力故障所帶來(lái)的不利損害，讓電力系統(tǒng)當(dāng)中的各類故障問(wèn)題得到靈活的解決。

2 電力系統(tǒng)對(duì)于繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)化技術(shù)要求

2.1 繼電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)

如果在電力系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)了故障問(wèn)題，繼電保護(hù)裝置就會(huì)直接控制斷路器，電力系統(tǒng)當(dāng)中的各項(xiàng)電源輸送設(shè)施也會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，為后續(xù)電力系統(tǒng)故障問(wèn)題的探查工作和維修工作帶來(lái)便利條件，避免故障問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)電力系統(tǒng)仍舊運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于各個(gè)輸電設(shè)備所帶來(lái)的巨大沖擊，避免更大的安全故障問(wèn)題出現(xiàn)。通常情況下，在繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)的過(guò)程中，專業(yè)的技術(shù)人員會(huì)對(duì)不同功能區(qū)域進(jìn)行合理的劃分，在這當(dāng)中包括取樣單元、處理單元、控制單元、操作電源、比較鑒別單元以及執(zhí)行單元六部分。取樣單元主要是發(fā)揮著電氣隔離的作用和效果，實(shí)時(shí)對(duì)繼電保護(hù)裝置傳輸信號(hào)進(jìn)行讀寫和分析，比較鑒定單元能夠?qū)⒔o定單元信號(hào)和取釘單元信號(hào)準(zhǔn)確劃分，設(shè)置為不同分區(qū)，從而提升處理單元各類信號(hào)指令的獲取效率和獲取準(zhǔn)確性。處理單元鑒定以及信號(hào)接收的過(guò)程中，便能夠同步完成各類信號(hào)的對(duì)比和處理，隨后還會(huì)結(jié)合實(shí)際狀況，針對(duì)機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用性質(zhì)、組合方式作出恰當(dāng)合理的防護(hù)。

2.2 具體標(biāo)準(zhǔn)

在繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，其設(shè)備能夠?qū)﹄娫催M(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，從而對(duì)其提供相應(yīng)的保護(hù)效果。實(shí)際上，繼電保護(hù)裝置具備以下幾點(diǎn)功能和作用。第一，具備較高的靈敏度，能夠及時(shí)定位故障的發(fā)生位置和故障的具體性質(zhì)。第二，具備較強(qiáng)的速動(dòng)性，繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)，大大提升了自動(dòng)繼電保護(hù)裝置各類故障問(wèn)題的處理速率和響應(yīng)及時(shí)性，極大的改善了以往電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平。第三，進(jìn)一步提高了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用可靠性，各類故障問(wèn)題的發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)性持續(xù)降低，而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，也不需要過(guò)多的人力資源投入。

3 應(yīng)用繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的作用

圖1為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)就業(yè)區(qū)域分布。可知，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)專業(yè)的就業(yè)前景非常廣泛[2]。

圖1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)就業(yè)區(qū)域分布

3.1 加快自適應(yīng)技術(shù)發(fā)展速度

在電力系統(tǒng)持續(xù)高壓高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，而后續(xù)的故障問(wèn)題處理則需要對(duì)故障問(wèn)題的發(fā)生區(qū)域進(jìn)行定位，這就會(huì)應(yīng)用到自適應(yīng)技術(shù)。完善電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)化技術(shù)水平，其裝置能夠?qū)崟r(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境作出調(diào)整和梳理，從而讓各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行效果更具銜接性，更具關(guān)聯(lián)性，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，加快自適應(yīng)技術(shù)的研發(fā)速率。

3.2 拓寬網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展空間

為了能夠讓機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)恰當(dāng)合理的運(yùn)用，相關(guān)技術(shù)人員要收集海量的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)各類數(shù)據(jù)信息的分析和處理，優(yōu)化繼電保護(hù)裝置自動(dòng)化技術(shù)的處理水平，使其形成一套完整的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。為此，繼電保護(hù)裝置自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)的過(guò)程中，其自身網(wǎng)絡(luò)化也要不斷的擴(kuò)展和更新，同時(shí)還要讓網(wǎng)絡(luò)化模塊當(dāng)中的各項(xiàng)技術(shù)具備更強(qiáng)的針對(duì)性和更豐富的應(yīng)用空間，更加全面的為各個(gè)目標(biāo)人群提供恰當(dāng)合理的服務(wù)。

3.3 推動(dòng)智能化發(fā)展趨勢(shì)

自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代社會(huì)逐步朝向智能化發(fā)展的基礎(chǔ)同時(shí)也是智能化發(fā)展的過(guò)渡階段，智能化技術(shù)的有效運(yùn)用，能夠針對(duì)極為復(fù)雜的運(yùn)行任務(wù)進(jìn)行細(xì)致梳理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中存在的不足和缺陷，隨后還會(huì)制定較為恰當(dāng)合理的解決意見，讓電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性大幅度提高。

4 繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 新型繼電保護(hù)自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在各類新型繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員可基于硬件設(shè)計(jì)以及大數(shù)據(jù)算法，從而組建出最為新型的繼電保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，在繼電保護(hù)裝置的加持下，讓電力系統(tǒng)具備自動(dòng)化運(yùn)行效果，閉環(huán)測(cè)試能力，大大提升機(jī)電設(shè)備的工作水平。在實(shí)際開展大數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，相關(guān)工作人員可運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)繼電器應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中的故障問(wèn)題進(jìn)行全面檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

結(jié)合圖2當(dāng)中的信息內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，繼電器輸出信息往往是源自于多個(gè)方面，這就需要相關(guān)工作人員在多種應(yīng)用當(dāng)中獲取繼電器保護(hù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，在大量數(shù)據(jù)信息檢測(cè)的過(guò)程中，能夠快速的將故障信息特征提取出來(lái)，隨后再將其進(jìn)行數(shù)據(jù)的全面融合。但由于繼電器輸出信息往往都是宏觀數(shù)據(jù)，所以在應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中，還會(huì)和故障信息轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行連接，在其轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)將模擬信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，這就需要工作人員將其與A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接，讓數(shù)據(jù)信息達(dá)成識(shí)別和轉(zhuǎn)換的效果[3]。

圖2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

4.2 硬件技術(shù)設(shè)計(jì)

開展硬件設(shè)計(jì)工作，相關(guān)工作人員會(huì)應(yīng)用ARMCortex-M3處理器對(duì)繼電器的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，完成繼電器狀態(tài)持續(xù)檢測(cè)過(guò)程，其檢測(cè)原理架構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 繼電保護(hù)硬件設(shè)計(jì)

結(jié)合圖3當(dāng)中硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式能夠發(fā)現(xiàn)，ARMCortexM3控制芯片能夠?qū)⒍嗵子布Y(jié)構(gòu)科學(xué)有效的聯(lián)系起來(lái)，從而組建出一套完整的繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，提升各類數(shù)據(jù)信息的傳送速率，讓系統(tǒng)的反應(yīng)更加快捷。得益于該套芯片自身具備的較強(qiáng)計(jì)算能力，所以能夠和以太網(wǎng)控制器全面組合，將各類重要信息順利快速的傳輸?shù)街付ㄎ恢卯?dāng)中，為后續(xù)相應(yīng)的信息處理以及命令執(zhí)行提供便利條件，達(dá)成多條信息共同分析傳輸?shù)男Ч?，同時(shí)兼顧了海量數(shù)據(jù)處理，高強(qiáng)度檢測(cè)能力的應(yīng)用效果。

5 繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1 電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)

在我國(guó)電力系統(tǒng)當(dāng)中，輸變電電網(wǎng)往往發(fā)揮著不可替代的重要作用，輸變電電網(wǎng)運(yùn)行是否具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，這直接決定了電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行水平。而在繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用過(guò)程中，能夠有效規(guī)避電氣故障問(wèn)題的發(fā)生概率，從根本上提升輸變電電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。因此，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員必須要全面了解電網(wǎng)對(duì)于繼電保護(hù)裝置安裝工作的各類基本需求，還要結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)選擇較為適當(dāng)?shù)撵`敏度、響應(yīng)速度以及穩(wěn)定性效果。除此之外，相關(guān)工作人員要充分考慮輸電電網(wǎng)的自身的運(yùn)行實(shí)際狀況，通過(guò)對(duì)輸變電網(wǎng)建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)信息以及氣候信息收集以及勘探，制定出恰當(dāng)合理的電磁信號(hào)干擾問(wèn)題解決策略，讓繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用更具合理性，使其技術(shù)應(yīng)用方案水平進(jìn)一步提高，即使是在特殊條件下，繼電保護(hù)裝置也能正常的運(yùn)行和工作。

5.2 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

通常情況下，電氣系統(tǒng)在組建的過(guò)程中往往會(huì)包含大量不同種類的電氣設(shè)備，而在這些電氣設(shè)備當(dāng)中發(fā)電機(jī)往往會(huì)起到核心作用。如果電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題，那么電力系統(tǒng)就無(wú)法持續(xù)運(yùn)行，而發(fā)電機(jī)最為常見的故障便是定子組匝間短路問(wèn)題。該種故障問(wèn)題會(huì)造成短路位置的發(fā)電機(jī)組以及相關(guān)的設(shè)備自身溫度快速升高，當(dāng)其溫度超出規(guī)定范圍后發(fā)電機(jī)內(nèi)部的絕緣層就會(huì)喪失應(yīng)有作用，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。要想從根本上將該種問(wèn)題有效解決，相關(guān)工作人員就要針對(duì)發(fā)電機(jī)安裝較為完整的繼電保護(hù)裝置，一旦發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了瞬時(shí)短路故障問(wèn)題，繼電保護(hù)裝置就會(huì)迅速切斷發(fā)電機(jī)的能源供應(yīng)，讓發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免短路事故對(duì)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)造成沖擊，同時(shí)繼電保護(hù)裝置還能及時(shí)交故障問(wèn)題信息以及故障的具體發(fā)生位置反饋電力系統(tǒng)監(jiān)管部門。發(fā)電機(jī)故障問(wèn)題往往是多種多樣的，如果發(fā)電機(jī)故障問(wèn)題出現(xiàn)在低負(fù)荷狀態(tài)下，那么其故障問(wèn)題主要會(huì)呈現(xiàn)出絕緣擊穿狀況，如果在此期間繼電保護(hù)裝置能夠?qū)㈦娫粗袛?，并及時(shí)發(fā)出警告信息，避免發(fā)電機(jī)組遭受不必要的破壞。

5.3 變壓器繼電保護(hù)

變壓器裝置在電力系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中往往發(fā)揮著不可替代的重要作用，是電力系統(tǒng)運(yùn)行體系當(dāng)中的基礎(chǔ)部分，相關(guān)工作人員必須要強(qiáng)化變壓器設(shè)備的繼電保護(hù)能力，從而大大降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程安全故障的發(fā)生概率。針對(duì)變壓器設(shè)置繼電保護(hù)裝置，需要對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中的短路故障問(wèn)題進(jìn)行排查，還要結(jié)合以往瓦斯故障的發(fā)生特點(diǎn)作出恰當(dāng)合理的監(jiān)管和排查，提升接地裝置的保護(hù)水平。事實(shí)上，變壓器裝置在日常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)較為頻繁的便是短路故障問(wèn)題，相關(guān)工作人員要對(duì)短路故障問(wèn)題的具體發(fā)生因素進(jìn)行分析，隨后將自動(dòng)化繼電保護(hù)裝置安裝到電流元件以及抗阻元件當(dāng)中，讓變壓器裝置的電壓電流運(yùn)行效果更加安全穩(wěn)定。另外，變壓器系統(tǒng)在持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中必須要安排專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)其油箱溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)管，如果變壓器的油箱溫度快速升高，就會(huì)引發(fā)大規(guī)模的瓦斯爆炸，所以還要為其匹配相應(yīng)的瓦斯保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備，密切監(jiān)視變壓器設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)。

5.4 在線路接地保護(hù)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，其部分設(shè)施不可避免的會(huì)暴露在室外環(huán)境當(dāng)中，而與外界接觸的線路也往往是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，裸露在外部環(huán)境的輸電線路需要配備較為完整的繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，在繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的加持下，裸露在外部環(huán)境的輸電線路能夠持續(xù)穩(wěn)定的高效運(yùn)行，避免各類風(fēng)險(xiǎn)事故問(wèn)題的頻繁出現(xiàn)。由于現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的電能傳輸具備較高的穩(wěn)定性要求，但由于外部自然環(huán)境的因素以及地理環(huán)境的因素會(huì)對(duì)輸電線路產(chǎn)生不利侵害，所以電力系統(tǒng)部門的工作人員必須要為其打造一套較為完整的接地裝置，相關(guān)技術(shù)人員還要結(jié)合輸電線路的具體工作環(huán)境以及天氣條件特點(diǎn)，設(shè)置較為科學(xué)合理的接地方法。目前，大多數(shù)電力系統(tǒng)接地裝置在設(shè)置的過(guò)程中，都會(huì)采用大電流以及小電流接地策略，不同形式的基地策略必須要和地形地貌特征進(jìn)行匹配，提升接地裝置的實(shí)際應(yīng)用效果。大電流型接地裝置應(yīng)用過(guò)程中, 其裝置當(dāng)中的電流通過(guò)量往往相對(duì)較高，所以一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么基地線路瞬時(shí)電壓就會(huì)快速增加，使接地線路出現(xiàn)極為嚴(yán)重的負(fù)荷，這就會(huì)導(dǎo)致接地線路內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受極為嚴(yán)重的沖擊。在此過(guò)程中，應(yīng)用繼電保護(hù)裝置能夠立刻切斷電能輸入，迅速降低接地線路內(nèi)部的電壓值，降低接地線路的電流負(fù)荷，避免持續(xù)高壓對(duì)接電線路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害，有效延長(zhǎng)接地線路的運(yùn)行壽命。另外，如果該區(qū)域電力系統(tǒng)保持小電流接地模式，當(dāng)其接地線路出現(xiàn)短路故障問(wèn)題時(shí)，其輸電線路的電流就會(huì)快速降低，而為了保證接地線路電流能夠持續(xù)運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告信息，相關(guān)工作人員便會(huì)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理和解決，讓輸電線路恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

6 總結(jié)

在當(dāng)前社會(huì)背景下，高新科技得到了全面的發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中也獲得了有效的推廣，而電力行業(yè)作為我國(guó)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)當(dāng)中不可或缺的重要部分，通過(guò)融入繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)，能夠大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以相關(guān)技術(shù)人員要不斷優(yōu)化繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用模式和應(yīng)用效果，充分發(fā)揮出技電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的故障問(wèn)題防護(hù)作用，從而為電力系統(tǒng)帶來(lái)更高的保護(hù)和支持，推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定的健康發(fā)展。