電力系統繼電保護的現狀與發展

吳友哲

（山東貝特建筑項目管理咨詢有限公司，山東 濟南 250011）

0 引 言

電力系統工作過程中常會發生一些突發性危險、電力故障以及異常運行等特殊情況。細小的零部件故障可能會發展成嚴重的電力事故，從而影響整個電力系統或部分系統的正常工作，導致用戶的供電系統損壞、停止供電或電能質量降低等，嚴重時甚至會造成設備損壞和人身傷害等后果。因此，要盡可能縮短維修、檢測以及拆卸故障部件所需的時間，才能將損失和影響控制在最小。這種瞬間判斷和采取相應措施的動作僅依靠人工是不可能完成的，因此需要設計一套智能化裝置來執行相應的操作。

1 繼電保護的作用及組成

電力系統的繼電保護一般由測量部分（和值調整部分）、邏輯部分和執行部分組成。當電力系統的受保護部件（如發電機和線路等）或電力系統本身發生故障時，繼電保護裝置應能快速找出故障部件，以防止故障點的范圍因連帶反應不斷擴大，保證無故障部件能夠繼續正常工作。此外，及時對損壞的零件進行封鎖處理，通知維修人員對該點位進行零件替換。

當電力系統的受保護部件在運行中出現異常時，繼電保護裝置應能及時響應，根據運行維護情況向值班人員發出聲光報警和圖形信息等報警信號[1]。此時，值班人員不要求保護系統迅速動作，而是根據故障點對電力系統及其部件的危害程度設置一定的隔離和保護機制，避免再受到其他電磁的干擾。這種保護裝置不僅能保護電力系統中的高精密設備，還能保護工作人員的人身安全。

2 繼電保護的基本要求

電力系統的繼電保護裝置應滿足電力系統保護機制的可靠性、對故障部件的選擇性、高靈敏性以及維修動作速度性的要求，如圖1 所示。

圖1 繼電保護的基本要求

2.1 動作選擇性

電力系統中繼電保護裝置的動作選擇性指保護裝置要通過故障設備或線路本身的保護機制來消除系統中潛在的故障。當檢測故障的設備在動作選擇的前提下啟動保護機制或斷路器被拒絕運行時，只有通過相鄰電子元件才能進行針對性的動作選擇，保護設備的正常運行。確保線路保護或斷路器故障保護具有針對性，才能消除繼電保護的故障點。上下電網（包括同一級別）之間繼電保護裝置的設置應遵循逐級配合的基本原則，以確保在電網發生故障時能夠有效排除故障[2]。當系統故障部件斷開連接時，要求其他無故障的電子部件能夠正常運作和持續供電。

2.2 動作速度性

動作速度性一般是指保護裝置應能夠盡快排除短路故障，提高繼電保護系統的穩定性，減少對設備和線路的損壞，縮小電力故障的蔓延范圍，提高自動重合閘、備用電源以及備用設備自動投入運行的完成效果。

2.3 操作靈敏性

電力系統中管控系統的操作靈敏度要在可管控范圍之內，一般需要在0.1 ～0.9 s 內做出準確判斷。當金屬性短路發生在設備或線路的保護范圍內時，電力系統的繼電保護裝置必須承擔起整個系統故障判斷和檢測靈敏度的工作[3]。而這種高靈敏度的繼電系統保護裝置承載著整個電力保護措施的預判責任。電力維修系統需要對靈敏度進行設定，并按照規定時間進行檢查，避免系統的操作靈敏度下降。

2.4 運行可靠性

我國電力系統的繼電保護裝置要確保系統運行的可靠性，確保系統中的線路和各種零部件的使用安全可靠。在電力系統正常運行狀態下，持續對故障問題進行實時監督和檢測，可能會影響電力輸出的故障問題及時反饋給數據終端。

3 繼電保護的發展現狀和方向

隨著計算機技術的飛速發展及其在繼電保護系統領域的應用，許多新型計算機控制原理和方法不斷應用于繼電保護。人工神經網絡、模糊邏輯以及專家理論等人工智能技術已在電力系統的許多領域得到了廣泛應用，提高了繼電保護的水平。人工智能技術的發展為繼電保護注入了新的元素，不僅可以提高繼電保護的可靠性，還為繼電保護裝置的發展指明了方向[4]。

隨著我國電力系統科學技術的深入發展，我國電力系統繼電保護的相關技術也在不斷提升和創新。在未來，我國電力系統繼電保護裝置的發展將會朝著計算機智能化、網絡化以及和綜合自動化的方向不斷發展。

3.1 云計算

為了推動國家電力系統的發展，相關的專業人士不斷突破當前的技術壁壘，對我國電網繼電保護系統提出了更高的技術要求。電力繼電保護系統除了具備基本的保護功能，還應具有預判故障的處理和數據上傳的功能，即云計算功能。在電力系統運行的過程中會產生大量的系統故障信息和數據，通過云端網絡將信息數據存儲到故障數據庫中。該數據庫還要具備電力修復通信功能和數據共享能力。整個系統的信息和網絡資源通過與其他保護裝置、控制裝置以及電力調度系統聯網來實現[5]。

我國電力系統的智能化內涵不僅包括設備管理的升級，還包括可操作和監控系統化的智能管理。未來，我國電力系統的發展和科技的創新要徹底拋棄各種老式的機電設備，在原有的技術基礎上不斷探索更節能、更具科技發展力的新型技術手段，以提高我國電力系統繼電保護裝置的安全性、靈敏性以及可靠性,為促進我國電力系統科技水平的發展和社會經濟效益的提升貢獻力量。

3.2 網絡化

電力保護系統通過互聯網對接遠程云端網絡形成一種特有的網絡化智能處理系統，可以實現電力系統線路的保護和變壓器零部件的保護等功能。網絡繼電保護系統作為一種新型的繼電保護科技，是未來智能化網絡保護技術發展的必然趨勢。這種具備高科技含量的繼電保護模式，可以通過精密的科學技術對電力保護系統實施不間斷的通信監控。將計算機網絡技術運用到繼電保護系統中可以進行實時的檢測和管理，針對我國各省、市骨干電網的拓撲結構，達到電力系統繼電保護的基本條件。同時，將系統中的主要保護裝置接入云端計算機網絡，實現保護裝置與維修服務平臺的互聯，并實現實時監控的功能。

目前，我國電力繼電保護系統的智能化防護網絡已經實現基本的科技創新，但仍然處于初級試驗階段，在充分利用計算機網絡實現智能化數據管理、電力線路保護以及變壓器保護等功能方面還有很大的發展空間[6]。

3.3 綜合自動化

隨著現代電力系統的科學技術不斷創新和發展，繼電保護裝置已經能夠通過智能化的互聯網絡系統自動篩出危險信號，并在故障發生之前發出預警信號，為專人提供智能化的處理選項。一部分繼電保護裝置會在故障發生前給出提醒信號，一部分繼電保護裝置會在故障發生后的0.1 ～0.8 s 內做出判斷，并自行采取一定的斷電措施，以防零件因負荷過重而損毀。

電力系統的繼電保護裝置會儲存故障發生的時間和原因，并連同具有相同危險信號的零件將檢測到的數據上傳至終端信號服務器。維修人員只需讀取信息就可迅速了解故障原因和故障點位，提升了維修人員的工作效率。維修人員會將獲取的維修記錄上傳，儲存至電力系統的云端系統。此外，將運行過程中產生的問題和故障點的信息和數據上傳至系統終端，并將相關數據備份至電力系統的云端系統，也可以將被保護部分的任何數據信息發送到網絡控制中心或其他終端設備。

通過集智能化和科技化于一體的繼電保護電力系統，不僅可以完成基礎的繼電保護功能，還可以實現實時監測和控制電力輸出、維持數據通信等功能，實現電力系統保護、故障檢測和控制、電力輸出量的測量以及數據通信等全面智能化處理。智能化的電力保護系統打破了傳統二次系統的專業壁壘，解決了傳統檢測設備所存在的報警延遲問題，降低了電力系統損壞率，能夠有效保障電力系統不間斷正常運行。隨著我國科學技術水平的不斷提高，繼電保護自動化系統已經在國家電網建設中起到了推進式的作用，為國家電網運行的安全性、穩定性以及經濟性提供了保障[7]。

4 直流輸電技術

隨著電力電子技術的不斷發展和突破，直流輸電技術日趨成熟。目前，各種新的發電方式將被推廣，新的發電方式所產生的電力將以直流電的形式傳輸，如磁流體發電、電燃氣發電、燃料電池以及太陽能電池等方式。

此外，超高壓輸電也顯示出其特有的優勢，如增加了用電高峰時段的輸電容量、延長了部分地區的輸電距離、降低了單位功率輸電的工程成本、減少了線路的能量損耗和線路走廊占用的面積等。綜合以上應用分析，直流輸電具有顯著的綜合經濟效益和社會效益，在今后的繼電保護中將實現長久的發展和應用。

5 結 論

高效可靠的電力繼電保護是電力系統正常穩定運行的基礎，也是我國經濟穩定發展的基本要求。隨著電力繼電保護系統的不斷革新，檢測技術、計算機技術、網絡維修技術以及人工智能檢測等技術飛速發展，繼電保護理論體系也在不斷完善。就我國電力技術的發展來看，通過從原始的人工管理創新改革成數字化和智能化的數字管理系統，其將具有廣闊的發展空間。