探讨继电保护和电网安全运行的重要性

摘要：本文通过笔者的分析继电保护的作用、组成及其干扰因素后，　初步确定防护继电保护的措施，　为今后进一步深入开展继电保护研究，　确定继电保护的可靠性奠定了基础。

关键词：电力系统；继电保护；可靠性；稳定性；发展

一、继电保护装置定义

当电力系统中的电力元件（　如发电机、线路等）　或电力系统本身发生故障或危及其安全运行的事件时，　需要有向运行值班人员及时发出警告信号，　或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件的发展，　使故障元件及时从电力系统中断开，　最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，　降低对电力系统安全供电的影响，　并满足电力系统的某些特定要求。所以，　继电保护被称为电网安全运行的第一道防线。

二、继电保护的重要性

（　一）　继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备

任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。继电保护装置用以快速恢复电力系统的完整性，　防止发生和中止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故，　如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。其作用是：（　1）　当被保护的电力系统元件发生故障时，　应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发生跳闸命令，　使故障元件及时从电力系统中断开，　以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，　降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求。（　2）　反映电气设备的不正常工作情况，　并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发生信号，　以便值班人员进行处理，　或由装置自动地进行调整，　或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。

（　二）　故障原因分析

电气设备事故的发生一般都要经过一定的发展过程；　一些无法预知的事件而使设备处于非正常的运行状态，　如电气设备的局部发热、绕组轻微匝间短路等；　由于缺乏实时的监控设备或运行人员对系统运行状况估计错误和对运行状态了解不深等原因，　当设备某处发生故障或异常时，　则有可能引起一系列的连锁反应。从理论上来说，　不论是系统发生故障还是局部的电气设备故障，　都是由故障设备所在段的继电保护装置（　自动装置）　或者通过后备保护延时切除故障。由于保护装置及二次回路中存在的隐性故障，　在发生故障时保护装置可能出现误跳、拒动、越级跳闸等情况。这样，　系统就会更加不稳定，　从而进一步削弱电力系统的稳定性与安全性。

（　三）　电气故障造成严重后果

企业供配电系统和电气设备在生产运行中，　由于绝缘老化、机械损伤等原因发生各种故障和不正常的工作状态是不可能完全避免的。常见的也是最危险的故障就是各种类型的短路，　它使系统电压降低，　并产生很大的短路电流，　从而造成严重后果：（　1）　通过故障点很大的短路电流和所燃起的电弧，　使故障元件遭到破坏。例如，　因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（　一般又称过负荷）　，　就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，　使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，　加速绝缘的老化和损坏，　就可能发展成故障。　（　2）　短路电流通过非故障元件，　由于发热和电动力的作用引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；（　3）　电力系统中部分地区的电压大大降低，　破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。（　4）　破坏电力系统并列运行的稳定性，　引起系统振荡，　甚至使整个系统瓦解。

以此为鉴，　在电力系统中采用继电保护可以大大提高供电的可靠性，　减少线路停电的次数，　还可以提高电力系统并列运行的稳定性。

三、电力系统中的稳定性

随着电力系统的不断扩大和发展，　大容量、高参数机组在电网中的不断投运，　电力系统的稳定和发电设备安全运行对继电保护及自动装置的要求越来越高，　它不但要求继电保护装置具有良好的可靠性，　同时也要求继电保护装置具有较好的稳定性。

在电力系统中，　有三种必须同时满足的稳定性要求，　即同步运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性。失去同步运行稳定性的后果，　是系统发生振荡，　引起系统中枢点电压、发电设备和输电线路的电流和电压大幅度地周期性变动，　电力系统因不能继续向负荷正常供电而不能继续运行。失去频率稳定性的后果，　是发生系统频率崩溃而招致系统全停电，　这是绝对需要避免的一种恶性事件。交流联网的系统容量愈大，　发生全局性的频率崩溃的概率愈低，　但后果也愈严重。系统频率的突然深度下降，　标志着严重的系统事故即将来临，　按频率降低自动减负荷是对付频率崩溃的最有效手段。失去电压稳定性的后果，　是发生电压崩溃，　使受影响的地区停电，　过去只是一个极个别的局部问题。近些年来，　国外系统多次因电压崩溃引起大面积停电事故，　在国际上所谓的电压稳定性问题，　指的是影响及于全电网的情况。虽然一切电压崩溃的根源都是因为无功补偿功率不足，　但只是在供电变压器自动调压得到普遍采用之后，　才发展成为全网性大停电。

四、继电保护的基本要求

对电力系统继电保护的基本性能要求有可靠性、选择性、快速性、灵敏性。这些要求之间，　有的相辅相成，　有的相互制约，　需要针对不同的使用条件，　分别进行协调。

（　一）　可靠性

要求保护装置动作可靠，　即在规定保护范围内发生了它应该动作的故障时，　它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，　则不应该误动作。

继电保护装置的误动作和拒绝动作都会给电力系统造成严重的危害。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，　误动和拒动的危害程度有所不同，　因而提高保护装置可靠性的着重点在各种具体情况也应有所不同。例如，　当系统中有充足的旋转备用容量、输电线路很多、各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时，　由于继电保护装置的误动作，　使发电机变压器或输电线切除而给电力系统造成的影响可能很小；　但如果发电机变压器或输电线故障时继电保护装置拒绝动作，　将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，　损失是巨大的。

提高继电保护可靠性的办法，　主要是采用经过全面分析论证，　有实际运行经验或者经试验确证为技术性能满足要求、元件工艺质量优良的装置；而提高继电保护的可靠性，　除了选用高可靠性的装置外，　重要的还可以采取装置双重化，　实现“二中取一”跳闸方式。

（二）　选择性

是指在对系统影响可能最小的处所，　实现断路器的控制操作，　以终止故障或系统事故的发展。

除了决定于继电保护装置本身的性能外，　还要求满足：（1）　由电源算起，　愈靠近故障点的继电保护的故障起动值相对愈小，　动作时间愈短，　并在上下级之间留有适当的裕度；（2）　要具有后备保护作用，　如果最靠近故障点的继电保护装置或断路器因故拒绝动作而不能断开故障时，　能由紧邻的电源侧继电保护动作将故障断开。

（三）　快速性

是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，　以断开故障或中止异常状态发展。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，　提高线路故障后自动重合闸的成功率，　并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，　是提高电力系统暂态稳定的最重要手段。

（四）　灵敏性

是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠动作的能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，　不论短路点的位置、短路的类型如何，　以及短路点是否有过渡电阻，　都能敏锐感觉，　正确反应。保护装置的灵敏性，　通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。

五、结语

总之，　在进行继电保护时，　一定要按原则将各种因素都考虑周全来保证继电保护措施之间不失配、不越级。在运行过程中出现问题后，　要进行全面、仔细地分析。